СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЕ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF CONTROLLING AIR FLOW IN ENGINE (EMBODIMENTS)

Уровень техники/Раскрытие изобретения
Количество воздуха, поступающего в двигатель, может быть оценено посредством датчика абсолютного давления в коллекторе (АДК) или датчика массового расхода воздуха (МРВ). Датчик АДК обладает достоинством непосредственного замера давления во впускном коллекторе с целью определения воздушного заряда цилиндра. Следовательно, датчик АДК может обеспечивать более точную оценку расхода воздуха двигателя, когда давление во впускном коллекторе двигатель изменяется из-за скачков нагрузки двигателя. С другой стороны, датчик МРВ обеспечивает точное измерение массы воздуха, поступающей в двигатель во время условий установившегося состояния, что может улучшить управление воздушно-топливным отношением двигателя во время условий установившегося состояния. Однако, на выходной сигнал как датчика АДК, так и датчика МРВ может влиять влажность воздуха, т.к. выходные сигналы каждого датчика не компенсируются с учетом влажности. В результате этого характеристики двигателя во время условий высокой влажности могут быть хуже характеристик двигателя во время условий низкой влажности.
Авторы настоящего изобретения выявили вышеуказанные проблемы и разработали способ управления двигателем, содержащий: регулирование опережения/запаздывания момента зажигания в соответствии с влажностью окружающего воздуха с целью уменьшения детонации; регулирование расхода воздуха двигателя в соответствии с требуемым крутящим моментом двигателя, при этом расход воздуха двигателя регулируют в соответствии с парциальным давлением кислорода в воздухе; и регулирование оценочного крутящего момента двигателя в соответствии с парциальным давлением кислорода в воздухе в дополнении к регулируемому опережению/запаздыванию момента зажигания, при этом парциальное давление кислорода в воздухе зависит от влажности окружающего воздуха.
Путем регулирования момента зажигания в двигателе и требуемого расхода воздуха двигателя в соответствии с влажностью окружающего воздуха, возможно обеспечить технический результат, заключающийся в выдаче двигателем одинакового значения выходного крутящего момента как при условиях высокой влажности, так и при условиях низкой влажности. Регулирование требуемого расхода воздуха двигателя в соответствии с парциальным давлением кислорода в воздухе может позволить двигателю работать с одинаковым количеством кислорода как при условиях высокой влажности окружающего воздуха, так и при условиях низкой влажности окружающего воздуха. Следовательно, кислород, текущий через двигатель, может быть приведен в соответствие с подходящим количеством топлива с целью повышения крутящего момента двигателя при условиях высокой влажности окружающего воздуха по сравнению со случаем, когда расход воздуха двигателя не регулируют в соответствии с влажностью. Кроме того, если система управления двигателем содержит датчик МРВ, то расход воздуха двигателя может быть отрегулирован в соответствии с удельной теплоемкостью воздуха, текущего через двигатель, так что двигатель работает с тем же количеством кислорода как при условиях высокой влажности окружающего воздуха, так и при условиях низкой влажности окружающего воздуха. Дополнительно, регулировки момента зажигания в соответствии с влажностью могут увеличить опережение зажигания с целью увеличения крутящего момента двигателя при условиях работы с повышенной влажностью
Настоящее раскрытие может обеспечить ряд преимуществ. В частности, данный подход может обеспечить более равномерные характеристики двигателя в определенном диапазоне уровней влажности окружающего воздуха. Также подход пригоден для атмосферных двигателей и двигателей с турбонаддувом. А также подход применим к системам с массовым расходом воздуха и повышенной частотой вращения.
Вышеуказанные преимущества и другие преимущества, а также отличительные признаки настоящего раскрытия будут более ясны в последующем разделе «Осуществление изобретения», взятого как такового или с учетом прилагаемых чертежей.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено схематическое изображение двигателя.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение двигателя по фиг. 1 в составе привода.
На фиг. 3-5 представлены примеры влияний влажности на работу двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 6 представлена блок-схема примера системы управления крутящим моментом.
На фиг. 7 представлена блок-схема примера способа управления двигателем.
На фиг. 8 представлен пример рабочей последовательности в соответствии со способом по фиг. 7.
Осуществление изобретения
Настоящее раскрытие относится к управлению двигателем при изменяющихся уровнях влажности окружающего воздуха. Двигатель может быть сконфигурирован, как показано на фиг. 1, в составе привода, как показано на фиг. 2. Двигатель по фиг. 1 может работать как раскрыто на фиг. 3-5. Система по фиг.1 может содержать устройство управления крутящим моментом, как раскрыто на блок-схеме по фиг. 6. Система по фиг. 1 может также содержать исполняемые инструкции для обеспечения способа управления двигателем, раскрытого на фиг. 7. Способ управления двигателем по фиг. 7 корректирует работу двигателя с целью улучшения выходного крутящего момента двигателя во время условий низкой и высокой влажности окружающего воздуха. Двигатель может работать как показано в рабочей последовательности на фиг. 8.
На фиг. 1 двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один из которых показан на фиг. 1, управляется посредством электронного контроллера 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным внутри них и соединенным с коленчатым валом 40. Маховик 97 и ведомая шестерня 99 подсоединены к коленчатому валу 40. Стартер 96 (например, электрическая машина низкого напряжения (работающая с напряжением ниже 30 вольт) содержит вал-шестерню 98 и ведущую шестерню 95. Вал-шестерня 98 может выборочно продвигать ведущую шестерню 95 для вхождения в зацепление с ведомой шестерней 99. Стартер 96 может быть непосредственно установлен на передней части двигателя или задней части двигателя. Согласно некоторым примерам, стартер 96 может выборочно подавать крутящий момент на коленчатый вал 40 через ремень или цепь. Согласно одному примеру, стартер 96 находится в базовом состоянии, когда не приведен в зацепление с коленчатым валом двигателя. Камера сгорания 30 показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Впускной и выпускной клапаны каждый могут быть приведены в действие посредством впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53. Положение впускного кулачка 51 может быть определено посредством датчика 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено посредством датчика 57 выпускного кулачка. Фаза впускного клапана 52 относительно коленчатого вала 40 может быть отрегулирована посредством фазовращателя 59 впускного распределительного вала. Фаза выпускного клапана 54 относительно коленчатого вала 40 может быть отрегулирована посредством фазовращателя 58 выпускного распределительного вала.
Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыска топлива напрямую в цилиндр 30, что специалистам в данной области техники известно как прямой впрыск. Топливная форсунка 66 доставляет жидкое топливо пропорционально длительности импульса от контроллера 12. Топливо доставляют в топливную форсунку 66 посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показано). Согласно одному примеру, может быть использована двухступенчатая топливная система высокого давления для создания повышенного давления топлива.
Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с компрессором 162 турбонагнетателя и воздухозаборником 42 двигателя. Согласно другим примерам, компрессор 162 может являться компрессором нагнетателя. Вал 161 механически соединяет турбину 164 турбонагнетателя с компрессором 162 турбонагнетателя. Установленная в качестве опции электронная дроссельная заслонка 62 (например, основная или дроссельная заслонка впускного коллектора двигателя) регулирует положение дроссельной шайбы 64 с целью управления расходом воздуха от компрессора 162 во впускной коллектор 44. Давление в камере 45 наддува может называться давлением на входе дроссельной заслонки, т.к. вход дроссельной заслонки находится внутри камеры 45 наддува. Выход дроссельной заслонки находится во впускном коллекторе 44. Согласно некоторым примерам, дроссельная заслонка 62 и дроссельная шайба 64 могут быть расположены между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44, так что дроссельная заслонка 62 является дроссельной заслонкой впускного окна. Рециркуляционный клапан 47 компрессора может выборочно регулироваться в множество положений между полностью закрытым и полностью открытым. Перепускная заслонка 163 может регулироваться посредством контроллера 12 с целью обеспечения возможность выборочного обхода турбины 164 отработавшими газами с целью управления частотой вращения компрессора 162. Альтернативно или дополнительно, лопастной привод 167 регулирует положение лопастей турбины с целью увеличения или уменьшения к.п.д. турбины.
Воздушный фильтр 43 очищает воздух, поступающий в воздухозаборник 42 двигателя через вход 3, подверженный влиянию температуры, давления и влажности окружающего воздуха. Преобразованные продукты горения выпускают на выходе 5, подверженном влиянию температуры и давления окружающего воздуха. Таким образом, поршень 36 и камера 30 сгорания могут работать как насос во время вращения двигателя 10 с целью втягивания воздуха из входа 3 и выпускания побочных продуктов горения на выход 5. Вход 3 расположен выше по потоку от выхода 5 в соответствии с направлением потока через двигатель 10, выпускного коллектора 48 и воздухозаборника 42 двигателя. «Выше по потоку» не подразумевает где-нибудь вне двигателя за входом 3, а «ниже по потоку» не подразумевает где-нибудь вне двигателя за выходом 5.
Система 88 зажигания без распределителя обеспечивает искру зажигания в камеру 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах (УДКОГ) показан соединенным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70. Альтернативно, вместо УДКОГ 126 может быть установлен датчик кислорода в отработавших газах с двумя состояниями.
Каталитический нейтрализатор 70, согласно одному примеру, может содержать множеством блоков-носителей каталитического нейтрализатора. Согласно иному примеру, может использоваться множество устройств снижения токсичности отработавших газов. Каталитический нейтрализатор 70, согласно одному примеру, может представлять собой каталитический нейтрализатор трехкомпонентного типа.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как стандартный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106 (ПЗУ) (например, долговременную память), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимую память 110 (ЭНП) и стандартную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы отдатчиков, связанных с двигателем 10, помимо тех сигналов, о которых говорилось ранее, в том числе сигналы: температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с охлаждающим рукавом 114; датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора для измерения усилия, прикладываемого стопой 152, измерения абсолютного давления в коллекторе (АДК) двигателя от датчика 123 давления, связанного с впускным коллектором 44; измерения давления наддува двигателя или давления на входе дроссельной заслонки от датчика 122 давления; измерения влажности окружающего воздуха от датчика 113 влажности; положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; измерения массы воздуха, поступающего в двигатель от датчика 120; и измерения положения дроссельной заслонки от датчика 68. Также может быть измерено барометрическое давление (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего раскрытия датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное число равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала, на основе чего может быть определена частота вращения двигателя (ЧВД).
Во время работы каждый цилиндр внутри двигателя 10 типично проходит четырехтактный цикл, содержащий: такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вводится в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, и поршень 36 перемещается ко дну цилиндра для увеличения объема внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится рядом с дном цилиндра и в конце его такта (например, когда объем камеры 30 сгорания максимальный), специалистами в данной области техники обычно называется нижней мертвой точкой (НМТ).
Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра для сжатия воздуха внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой находится поршень 36 в конце его такта, в наиболее близком положении к головке цилиндра (например, когда объем камеры 30 сгорания минимальный), специалистами в данной области техники обычно называется верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, называемом здесь впрыском, топливо вводят в камеру сгорания. В процессе, называемом здесь зажиганием, введенное топливо воспламеняют путем таких известных средств зажигания, как свеча 92 зажигания, что приводит к сгоранию топлива.
Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент поворотного вала. Наконец, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывается для выпускания сгоревшей топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается к ВМТ. Следует заметить, что вышеприведенное представлено исключительно в качестве примера, и что моменты открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов могут изменяться, например, для обеспечения положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или различных других целей.
На фиг. 2 показана структурная схема автомобиля 225, содержащего привод 200. Привод по фиг. 2 содержит двигатель 10, показанный на фиг. 1. Привод 200 может быть приведен в действие двигателем 10. Коленчатый вал 40 двигателя показан соединенным с гидротрансформатором 206. В частности, коленчатый вал 40 двигателя механически соединен с крыльчаткой 285 гидротрансформатора. Гидротрансформатор 206 также содержит турбину 285 для передачи выходного крутящего момента на входной вал 270 коробки передач. Входной вал 270 коробки передач механически соединяет гидротрансформатор 206 с автоматической коробкой 208 передач. Гидротрансформатор 206 также содержит шунтирующую блокировочную муфту 212 гидротрансформатора (МГТ). Крутящий момент напрямую передают от крыльчатки 285 на турбину 286, когда МГТ замкнута. МГТ электрически управляется контроллером 12. Альтернативно, МГТ может быть замкнута гидравлически. Согласно одному примеру, гидротрансформатор может называться элементом коробки передач.
Когда блокировочная муфта 212 гидротрансформатора полностью расцеплена, гидротрансформатор 206 передает крутящий момент двигателя на автоматическую коробку 208 передач посредством переноса текучей среды между турбиной 286 гидротрансформатора и крыльчаткой 285 гидротрансформатора, за счет чего возможно увеличение крутящего момента. Для сравнения, когда блокировочная муфта 212 гидротрансформатора полностью сцеплена, выходной крутящий момент двигателя напрямую передается через муфту гидротрансформатора на входной вал 270 коробки 208 передач. Альтернативно, блокировочная муфта 212 гидротрансформатора может быть частично сцеплена, тем самым позволяя регулировать величину крутящего момента, напрямую передаваемого коробке передач. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью регулирования величины крутящего момента, передаваемого гидротрансформатором 212 путем регулирования блокировочной муфты гидротрансформатора в соответствии с различными рабочими условиями двигателя или на основе запроса водителя по работе двигателя.
Автоматическая коробка 208 передач содержит зубчатые муфты (например, заднего хода и передач 1-6) 211 и муфту 210 переднего хода. Зубчатые муфты 211 (например, 1-10) и муфта 210 переднего хода могут быть выборочно зацеплены для продвижения автомобиля. Выходной крутящий момент от автоматической коробки 208 передач может быть, в свою очередь, передан на колеса 216 через выходной вал 260 для продвижения автомобиля. Конкретно, автоматическая коробка 208 передач может передавать входной приводной крутящий момент на входной вал 270 в соответствии с условиями движения автомобиля до передачи выходного приводного крутящего момента на колеса 216.
Далее, к колесам 216 может быть приложена сила трения путем зацепления колесных тормозов 218. Согласно одному примеру, колесные тормоза 218 могут быть зацеплены в ответ на давление стопой водителя на педаль тормоза, как показано на фиг. 1. Согласно иным примерам, контроллер 12 или контроллер, связанный с контроллером 12, может применить зацепление колесных тормозов. Таким же путем, сила трения на колеса 216 может быть уменьшена путем расцепления колесных тормозов 218 в ответ на отпускание стопой водителя педали тормоза. Кроме того, колесные тормоза могут прикладывать силу трения к колесам 216 посредством контроллера 12, в качестве части процедуры автоматизированной остановки двигателя.
Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью получения входных сигналов от двигателя 10, как показано более подробно на фиг. 1, и соответственно управлять выходным крутящим моментом двигателя и/или работой гидротрансформатора, коробки передач, муфт и/или тормозов. Согласно одному примеру, выходным крутящим моментом двигателя можно управлять путем регулирования комбинации момента зажигания, длительности топливного импульса, момента топливного импульса и/или воздушного заряда, путем управления открытием дроссельной заслонки и/или моментами срабатывания клапанов, высотой подъема клапанов и наддувом для двигателей с наддувом или турбонаддувом. В случае дизельного двигателя, контроллер 12 может управлять выходным крутящим моментом двигателя путем управления комбинацией длительности топливного импульса, момента топливного импульса и воздушного заряда. Во всех случаях управление двигателем может быть осуществлено на основе «цилиндр за цилиндром» с целью управления выходным крутящим моментом двигателя. Контроллер 12 может также управлять выходным крутящим моментом и выработкой электроэнергии от интегрированного стартера-генератора привода (ИСГП) путем регулирования тока, текущего на и от обмотки возбуждения и/или обмотки ротора ИСГП, как известно из уровня техники.
При выполнении стартстопных условий контроллер 12 может инициировать остановку двигателя путем выключения подачи топлива и/или искры к двигателю. Однако в некоторых примерах двигатель может продолжать вращаться. Дополнительно, для поддержания определенной величины кручения в коробке передач, контроллер 12 может заземлить вращающиеся элементы коробки 208 передач на корпус 259 коробки передач, и тем самым на раму автомобиля. При выполнении условий перезапуска двигателя и/или когда водитель автомобиля хочет запустить автомобиль, контроллер 12 может перезапустить двигатель 10 путем проворачивания коленчатого вала двигателя 10 и возобновления горения в цилиндрах.
На фиг. 3 показан график изменения среднего индикаторного эффективного давления (СИЭД) цилиндров двигателя от доли рециркуляции отработавших газов (РОГ). Вертикальная ось отображает ковариацию СИЭД, при этом ковариация СИЭД увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает долю РОГ в заряде цилиндра цилиндров двигателя в процентах. Доля РОГ увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси.
Кривая 304 отображает зависимость ковариации СИЭД от доли РОГ для двигателя, работающего при высоком уровне влажности окружающего воздуха. Кривая 306 отображает зависимость ковариации СИЭД от доли РОГ для того же самого двигателя, работающего при тех же рабочих условиях, но при меньшем уровне влажности окружающего воздуха. По мере увеличения ковариации СИЭД стабильность горения в цилиндрах двигателя уменьшается, и увеличивается вероятность пропусков зажигания в двигателе.
Таким образом, можно отметить, что увеличение влажности влечет за собой снижение стабильности горения. Это происходит потому, что увеличение влажности приводит к увеличению разбавления заряда в цилиндре. Следовательно, может быть желательно эксплуатировать двигатель с низкой долей РОГ, когда двигатель работает при высоких уровнях влажности окружающего воздуха для данной частоты вращения и нагрузки двигателя. Аналогичным образом, может быть желательно эксплуатировать двигатель с высокой долей РОГ, когда двигатель работает при низких уровнях влажности окружающего воздуха при той же самой частоте вращения и нагрузке двигателя.
На фиг. 4 показан график зависимости минимального момента зажигания для обеспечения наилучшего крутящего момента (НКМ) (например, наименьшее опережение зажигания для обеспечения наилучшего крутящего момента) при конкретном расходе воздуха двигателя от доли рециркуляции отработавших газов (РОГ). Вертикальная ось отображает угол опережения зажигания НКМ (например, угол поворота коленчатого вала), при этом угол опережения зажигания НКМ увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает долю РОГ в заряде цилиндра цилиндров двигателя в процентах. Доля РОГ увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси.
Кривая 402 отображает зависимость угла опережения зажигания НКМ от доли РОГ для двигателя, работающего при 80 процентном уровне относительной влажности окружающего воздуха. Кривая 404 отображает зависимость угла опережения зажигания НКМ от доли РОГ для того же самого двигателя, работающего при тех же рабочих условиях и при 60 процентном уровне относительной влажности окружающего воздуха. Кривая 406 отображает зависимость угла опережения зажигания НКМ от доли РОГ для того же самого двигателя, работающего при тех же рабочих условиях и при 40 процентном уровне относительной влажности окружающего воздуха. Кривая 408 отображает зависимость угла опережения зажигания НКМ от доли РОГ для того же самого двигателя, работающего при тех же рабочих условиях и при 20 процентном уровне относительной влажности окружающего воздуха.
Таким образом, можно отметить, что увеличение влажности влечет за собой увеличение опережения момента зажигания НКМ. Это происходит потому, что увеличение влажности приводит к увеличению разбавления заряда цилиндра. Поэтому может быть желательно эксплуатировать двигатель с более ранним моментом зажигания, когда двигатель работает при повышенных уровнях влажности окружающего воздуха для данных частоты вращения и нагрузки двигателя. Аналогичным образом, может быть желательно эксплуатировать двигатель с менее ранним моментом зажигания, когда двигатель работает при меньших уровнях влажности окружающего воздуха при тех же самых частоте вращения и нагрузке двигателя. Путем регулирования момента зажигания НКМ на основе влажности окружающего воздуха, становится возможным обеспечение для двигателя одинаковой величины крутящего момента, производимого двигателем, как при высоких уровнях влажности окружающего воздуха, так и при низких уровнях влажности окружающего воздуха.
На фиг. 5 показан график зависимости абсолютного давления во впускном коллекторе (АДК) от доли рециркуляции отработавших газов (РОГ) для данной частоты вращения двигателя. Вертикальная ось отображает АДК, при этом АДК увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает долю РОГ в заряде цилиндра цилиндров двигателя в процентах. Доля РОГ увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси. Двигателем управляют для обеспечения эквивалентного крутящего момента для каждой доли РОГ при различных уровнях влажности окружающего воздуха.
Кривая 502 отображает зависимость АДК от доли РОГ для двигателя, работающего при 80 процентном уровне относительной влажности окружающего воздуха. Кривая 504 отображает зависимость АДК от доли РОГ для того же самого двигателя, работающего при тех же рабочих условиях и при 60 процентном уровне относительной влажности окружающего воздуха. Кривая 506 отображает зависимость АДК от доли РОГ для того же самого двигателя, работающего при тех же рабочих условиях и при 40 процентном уровне относительной влажности окружающего воздуха. Кривая 508 отображает зависимость АДК от доли РОГ для того же самого двигателя, работающего при тех же рабочих условиях и при 20 процентном уровне относительной влажности окружающего воздуха.
Соответственно, можно отметить, что АДК должно увеличиваться для обеспечения эквивалентного крутящего момента двигателя для данной частоты вращения двигателя и доли РОГ. Это происходит потому, что датчик АДК не компенсирует парциальное давление кислорода во влажном воздухе. АДК может быть увеличено при повышенных уровнях влажности окружающего воздуха с целью обеспечения для двигателя такого же эквивалентного объема кислорода, который двигатель получает при аналогичных рабочих условиях при более низких уровнях влажности окружающего воздуха. Таким образом, может быть желательно эксплуатировать двигатель при повышенном значении АДК, когда двигатель работает при повышенных уровнях влажности окружающего воздуха для данных частоты вращения и нагрузки двигателя с целью обеспечения такого же аналогичного выходного крутящего момента двигателя, какой производится двигателем при пониженных уровнях влажности окружающего воздуха.
На фиг. 6 показана блок-схема для оценки крутящего момента двигателя. Блок-схема по фиг. 6 может быть встроена в систему по фиг. 1 в качестве исполняемых инструкций, сохраненных в долговременной памяти.
Абсолютное давление в коллекторе (АДК) поступает в блок-схему 600 в блоке 602. АДК может быть измерено посредством датчика давления, расположенного так, чтобы быть подверженным воздействию давления во впускном коллекторе двигателя. Воздушный заряд цилиндра определяют на основе АДК в блоке 604. Согласно одному примеру, способ 600 определяет воздушный заряд цилиндра на основе частоты вращения двигателя, плотности воздуха и АДК по следующему уравнению:
1
2
где Mcyl - это масса воздуха в цилиндре, α и α - это параметры перекачки двигателя, регрессирующие в зависимости от эксплуатационных данных двигателя (например, частоты вращения двигателя, АДК и массы воздуха цилиндра) при условиях окружающего воздуха и текущих частоте вращения и нагрузке двигателя, N - это частота вращения двигателя, Pm - это давление во впускном коллекторе, Pamb - это давление окружающего воздуха, Pamb_nom - это номинальное давление окружающего воздуха (например, 101 кПа). Массовый расход воздуха двигателя может быть определен путем умножения воздуха в цилиндре на число цилиндров двигателя, деленное на два, и умножения на частоту вращения двигателя. Альтернативно, расход воздуха двигателя может быть определен по закону идеального газа и частоте вращения двигателя. Массовый расход воздуха двигателя является выходным сигналом на умножающее соединение 606.
Массовый расход воздуха (МРВ) двигателя поступает в блок-схему 600 в блоке 630. МРВ может быть измерен посредством датчика массового расхода воздуха, расположенного в воздухозаборнике двигателя. Датчик МРВ выдает сигнал массового расхода воздуха для сухих условий в блок 632 воздушного заряда. Массовый расход воздуха двигателя при обороте двигателя может быть разделен на число цилиндров, всасывающих воздух при обороте цилиндра с целью определения массового расхода воздуха цилиндра в блоке 632. Альтернативно, выходной сигнал массового расхода воздуха двигателя от датчика МРВ может быть проинтегрирован за период двух оборотов двигателя с целью определения массы воздуха, засосанного за цикл двигателя, при этом масса воздуха, засосанного за цикл двигателя может быть разделена на число цилиндров двигателя с целью определения массы воздуха в цилиндре в течение цикла двигателя, в блоке 632.масса воздуха в цилиндре двигателя может быть умножена на частоту вращения двигателя и разделена на два с целью определения массового расхода цилиндра.
Для двигателей, работающих при неустановившихся условиях, массовый расход воздуха двигателя может быть определен исходя из расхода воздуха цилиндра, выраженного уравнением:
где Ma - это предполагаемый массовый расход цилиндра, K - это текущий коэффициент наполнения, Ko - это предыдущий коэффициент наполнения, F - это массовый расход воздуха в двигатель, and Мао - это предыдущий массовый расход цилиндра, как раскрыто в патентном документе США №.5,331,936, который таким образом полностью включен в настоящее описание для всех назначений и целей. Массовый расход цилиндра может быть преобразован в массовый расход двигателя путем умножения массового расхода цилиндра в течение цикла двигателя (например, двух оборотов) на число цилиндров, всасывающих воздух при обороте двигателя. Массовый расход воздуха двигателя является выходным сигналом в делительное соединение 634.
Влажность поступает в блок-схему 600 в блоке 610. Влажность окружающего воздуха может быть измерена посредством датчика. Выходной сигнал датчика влажности является входным сигналом в эмпирически определенную передаточную функцию, которая выдает молярный процент влажности воздуха, поступающего в двигатель. Молярный процент влажности может быть выражен в виде:
где Mw - это молярная доля водяного пара в воздухе, всасываемом в двигатель, nw - это число молей водяного пара в воздухе, всасываемом в двигатель, и na - это число молей воздуха, всасываемого в двигатель. Молярный процент влажности воздуха, поступающего в двигатель, является выходным сигналом в блок 612 коррекции парциального давления кислорода, умножающее соединение 616 и умножающее соединение 646. Блок 612 коррекции парциального давления кислорода является основой для корректировки расхода воздуха двигателя в соответствии с определенным исходя из АДК. Блок 614 коррекции удельной теплоемкости является основой для корректировки расхода воздуха двигателя в соответствии с определенным исходя из МРВ.
В блоке 612 коррекции парциального давления кислорода молярный процент влажности является основой для определения корректировочного коэффициента влажности:
где Hadj - это корректировочный коэффициент влажности и Mol_pct - это молярный процент влажности воздуха, засасываемого в двигатель. Корректировочный коэффициент влажности является выходным сигналом от блока 612 в умножающее соединение 606. Расход воздуха двигателя от блока 604 умножают на корректировочный коэффициент влажности в умножающем соединении 606 для обеспечения расхода воздуха двигателя, скорректированного по влажности. Расход воздуха двигателя, скорректированный по влажности, направляют в переключательный блок 620 от умножающего соединения 606.
Блок 614 коррекции удельной теплоемкости выдает коэффициент теплоемкости, имеющий значение 1,82, на умножающий блок 616. Коэффициент теплоемкости основан на отношении удельной теплоемкости воды (например, удельной теплоемкости воды при постоянном давлении (Ср)) и удельной теплоемкости воздуха (например, удельной теплоемкости сухого воздуха при постоянном давлении (Ср)).
В умножающем соединении 616 коэффициент теплоемкости делят на 100 и умножают на молярный процент влажности, определенный в блоке 610. Результат добавляют к числу один в суммирующем соединении 618. Выходной сигнал суммирующего соединения 618 направляют на делительное соединение 634, где расход воздуха двигателя из блока 632 делят на выходной сигнал суммирующего соединения 618 для получения расхода воздуха двигателя, скорректированного по влажности. Расход воздуха двигателя, скорректированный по влажности, направляют на переключательный блок 620.
Таким образом, в соответствии со способом, раскрытым на блок-схеме 600, в котором расход воздуха двигателя, определенный датчиком АДК, не компенсированный по влажности, равен 100 г/мин, а влажность окружающего воздуха на три молярных процента больше номинальной влажности окружающего воздуха, при этом расход воздуха двигателя, скомпенсированный по влажности, равен (100 г/мин)*(1/(1+3/100))=97,09 г/мин. Для датчика МРВ, на основе системного расхода воздуха двигателя 100 г/мин, измеренного датчиком МРВ при влажности окружающего воздуха, который на три молярных процента больше номинальной влажности окружающего воздуха, расход воздуха двигателя, скомпенсированный по влажности, равен: (100 г/мин)*(1/(1+(3*1,82)/100))=94,82 г/мин.
В переключательном блоке 620 выбирают расход воздуха двигателя, основанный на АДК или МРВ, в качестве основы для определения индикаторного крутящего момента двигателя. Переключательный блок 620 может выбирать расход воздуха двигателя, основанный на АДК, или расход воздух двигателя, основанный на МРВ, исходя из рабочих условий двигателя или исходя из конфигурации оборудования двигателя. Согласно одному примеру, блок-схема 600 может выбрать расход воздуха двигателя, основанный на МРВ, в ответ на установившиеся рабочие условия двигателя. Расход воздух двигателя, основанный на АДК, может быть выбран в ответ на неустановившиеся рабочие условия двигателя (например, переменные частота вращения и нагрузка двигателя). Расход воздух двигателя, основанный на АДК или МРВ, направляют на блок 622 индикаторного крутящего момента двигателя.
В блоке 622 способ 600 определяет крутящий момент двигателя на основе расхода воздуха двигателя и фактической частоты вращения двигателя. Согласно одному примеру, таблицы и/или функции, которые выдают эмпирически определенные значения индикаторного крутящего момента двигателя, индексируются по расходу воздуха двигателя и фактической частоте вращения двигателя. Индикаторный крутящий момент двигателя является выходным сигналом от блока 622 в умножающее соединение 624.
Нагрузка двигателя является входным сигналом в блок 640 блок-схемы 600. Согласно одному примеру, нагрузка двигателя может быть определена путем деления фактической массы воздуха, поступающего в цилиндр, на теоретическую массу воздуха, которая может занять весь объем цилиндра (например, когда поршень цилиндра находится в нижней мертвой точке такта впуска), при нормальных атмосферных условиях. Нагрузка двигателя направляется в блок 644.
Частота вращения двигателя поступает в блок 642 блок-схемы 600. Частота вращения двигателя может быть определена посредством датчика положения двигателя или аналогичного тахометра. Частота вращения двигателя направляется в блок 644.
В блоке 644 способ 600 определяет изменение минимального момента зажигания для обеспечения наилучшего крутящего момента (НКМ) для каждого процентного изменения доли рециркулирующих отработавших газов в цилиндре или процентной молярной влажности в цилиндре. Блок 644 интерполирует между эмпирически определенными значениями в таблице или функции, которые индексируются по частоте вращения и нагрузке двигателя. Блок 644 выдает изменение момента зажигания НКМ на процент РОГ или молярной влажности в умножающее соединение 646.
Молярный процент влажности, определяемый в блоке 610 умножается на изменение момента зажигания НКМ на процент молярной влажности с целью получения изменения момента зажигания НКМ, скорректированного на влажность, что направляют в суммирующее соединение 648.
Базовый момент зажигания НКМ, в зависимости от частоты вращения двигателя и нагрузки из блока 660, добавляют к изменению момента зажигания НКМ, скорректированного на влажность в суммирующем соединении 648. Результирующий момент зажигания НКМ, скорректированный на влажность, подают в суммирующее соединение 650.
Запланированный момент зажигания из блока 662 вычитают из момента зажигания НКМ, скорректированного по влажности в суммирующем соединении 650. Результат представляет собой разность момента зажигания и момента зажигания НКМ, скорректированного по влажности. Запланированный момент зажигания может являться комбинацией ограниченного по детонации момента зажигания и других корректировок момента зажигания (например, корректировок момента зажигания по типу топлива). Разность момента зажигания и момента зажигания НКМ, скорректированного по влажности, подается на блок 652.
Блок 652 представляет собой таблицу или функцию, которая проиндексирована по моменту зажигания исходя из момента зажигания НКМ, скорректированного по влажности. Таблица или функция содержит эмпирически определенные значения крутящего момента для моментов зажигания, запаздывающих относительно момента зажигания НКМ, разделенных на крутящий момент для момента зажигания НКМ (например, отношение крутящих моментов). Таблица выдает значения в диапазоне от 0 до 1 (момент зажигания НКМ). Выходной сигнал от блока 652 направляют на умножающий блок 624, где индикаторный крутящий момент умножают на отношение зажигания или выходной сигнал из блока 652. Результирующее значение крутящего момента в блоке 626 является оценочным крутящим моментом двигателя. Оценочный крутящий момент двигателя может быть основой для переключения коробки передач и ограничения крутящего момента двигателя до значения, меньшего порогового крутящего момента, с целью ограничения вероятности деградации двигателя. Например, оценочный крутящий момент двигателя может быть входным сигналом для программы переключения коробки передач, которая определяет, когда переключать передачи коробки передач. Согласно одному примеру, коробка передач может перейти с первой передачи на вторую передачу, когда крутящий момент двигателя больше 30 Н*м, а скорость автомобиля больше 10 км/ч. Дополнительно, оценочный крутящий момент двигателя может быть основой для сдерживания или ограничения расхода воздуха с целью снижения вероятности деградации двигателя. Например, величина открытия дроссельной заслонки двигателя может быть не больше, чем пороговая величина открытия, если оценочный крутящий момент двигателя больше или равен пороговому крутящему моменту. Аналогичным образом, опережение распределительного вала могут не увеличивать больше пороговой величины, если оценочный крутящий момент двигателя больше порогового значения.
Таким образом, расход воздуха и момент зажигания двигателя могут быть скорректированы в соответствии с влажностью окружающего воздуха. Корректировки могут быть основаны на парциальном давлении кислорода в воздухе для оценок расхода воздуха двигателя, основанных на АДК. Аналогичным образом, корректировки могут быть основаны на удельной теплоемкости воздуха, втягиваемого в двигатель для оценок расхода воздуха двигателя, основанных на МРВ.
На фиг. 7 показан способ управления приводом автомобиля. Способ по фиг. 7 может быть включен в состав системы по фиг. 1 в качестве исполняемых инструкций, сохраненных в долговременной памяти. Также способ по фиг. 7 может обеспечивать рабочую последовательность, как показано на фиг. 8.
На этапе 702 способ 700 определяет требуемый крутящий момент двигателя. Требуемый крутящий момент двигателя может быть суммой запрошенного водителем крутящего момента, вспомогательного крутящего момента и крутящего момента перекачки двигателя. Согласно одному примеру, крутящий момент перекачки двигателя может быть эмпирически определен и сохранен в виде таблиц и функций в памяти. Вспомогательный крутящий момент представляет собой крутящий момент для работы генератора переменного тока автомобиля, компрессора кондиционирования воздуха, насоса гидроусилителя рулевого управления и других таких устройств. Вспомогательный крутящий момент может быть также эмпирически определен и сохранен в памяти на основе вспомогательных ведомых частоты вращения и нагрузки. Запрошенный водителем крутящий момент может быть определен на основе скорости автомобиля и положения педали акселератора. Способ 700 суммирует запрошенный водителем крутящий момент, вспомогательный крутящий момент и крутящий момент перекачки двигателя с целью обеспечения требуемого крутящего момента двигателя, и способ 700 переходит на этап 704.
На этапе 704 способ 700 определяет требуемую нагрузку двигателя исходя из требуемого крутящего момента двигателя. Требуемая нагрузка двигателя может изменяться от почти нулевого значения до значения, большего единицы для двигателей с наддувом или турбонаддувом. Значение нагрузки двигателя, равное единице, для двигателей без турбонаддува может отображать полную нагурзку двигателя при текущей частоте вращения двигателя. Нагрузка двигателя может быть определена посредством набора эмпирически определенных таблиц или функций, которые выдают значение нагрузки двигателя в зависимости от частоты вращения двигателя, фаз газораспределения двигателя и рабочего режима двигателя (например, по экономии топлива, выбросам, нагреву двигателя и т.д.). Согласно одному примеру, значение нагрузки, равное единице, отображает максимальный теоретический заряд воздуха в цилиндре при конкретной частоте вращения, при которой двигатель работает, когда давление в цилиндре равно нормальному атмосферному давлению и когда объем цилиндра максимален (например, в верхней мертвой точке такта впуска). После определения значения нагрузки двигателя способ 700 переходит на этап 706.
На этапе 706 способ 700 определяет требуемый массовый расход воздуха двигателя исходя из требуемой нагрузки двигателя. Согласно одному примеру, требуемый расход воздуха двигателя может быть определен путем умножения требуемой нагрузки двигателя на теоретический максимальный расход воздуха двигателя при нормальной температуре и давлении (например, нормальном атмосферном давлении), умноженном на барометрическое давление и корректировки температуры окружающего воздуха для фактических рабочих условий двигателя. Теоретический максимальный расход воздуха двигателя при нормальной температуре и давлении для четырехтактного двигателя является объемом цилиндров двигателя, деленным на 2, умноженным на частоту вращения двигателя. Требуемый массовый расход воздуха двигателя является требуемым расходом воздуха двигателя, умноженным на плотность воздуха. После определения требуемого массового расхода воздуха двигателя способ 700 переходит на этап 708.
На этапе 708 способ 700 определяет максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя и максимальный расход воздуха двигателя исходя из пороговых значений компонентов. Согласно одному примеру, максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя основано на максимальном крутящем моменте двигателя, определенным исходя из максимального СИЭД, основанного на деградации поршней. Максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя может быть скорректировано на влажность окружающего воздуха, как показано уравнением:
где air_maf_max - это максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя, hum_meas - это измеренная влажность в молярных процентах, и hum_base - это базовая влажность в молярных процентах. Максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя может быть определено эмпирически и сохранено в памяти.
Способ 700 также определяет границы расхода воздуха двигателя или пороговые значения на основе выбранных компонентов двигателя. Например, способ 700 определяет максимальный расход воздуха двигателя или пороговое значение для топливных форсунок, турбонагнетателя и температуры выпускного коллектора.
Границы расхода воздуха двигателя для топливных форсунок, турбонагнетателя и температуры выпускного коллектора могут быть определены эмпирически и сохранены в памяти контроллера. Граница расхода воздуха двигателя для топливных форсунок основана на максимальном расходе воздуха двигателя при максимальном расходе потока через топливные форсунки. Граница расхода воздуха двигателя для турбонагнетателя - это максимальный расход воздуха двигателя, когда воздух течет через турбонагнетатель при максимальном расходе воздуха турбонагнетателя. Граница расхода воздуха двигателя для выпуска двигателя представляет собой максимальный расход воздуха двигателя, который обеспечивает температуру выпуска двигателя, меньшую пороговой температуре. После определения максимального порогового значения расхода воздуха двигателя и пороговых значений расхода воздуха двигателя на основе компонентов двигателя, способ 700 переходит на этап 710.
На этапе 710 способ выбирает наименьшее значение исходя из требуемого расхода воздуха двигателя, определенного на этапе 706, максимального порогового значения расхода воздуха двигателя, определенного на этапе 708 и пороговых значений расхода воздуха двигателя на основе компонентов двигателя, определенных на этапе 708. Таким образом, если требуемый расход воздуха двигателя, определенный на этапе 706, равен 200 г/мин, максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя равно 230 г/мин, максимальный расход воздуха двигателя для топливных форсунок равен 245 г/мин, максимальный расход воздуха двигателя для турбонагнетателя равен 235 г/мин, а максимальный расход воздуха двигателя для температуры выпуска двигателя равен 233 г/мин, способ 700 выбирает 200 г/мин как наименьший расход воздуха двигателя. С другой стороны, если требуемый расход воздуха двигателя, определенный на этапе 706, равен 250 г/мин, максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя равно 230 г/мин, максимальный расход воздуха двигателя для топливных форсунок равен 245 г/мин, максимальный расход воздуха двигателя для турбонагнетателя равен 235 г/мин, а максимальный расход воздуха двигателя для температуры выпуска двигателя равен 233 г/мин, способ 700 выбирает 230 г/мин как наименьший расход воздуха двигателя. Таким образом, максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя и пороговые значения расхода воздуха двигателя на основе компонентов двигателя могут предотвращать превышение выбранным расходом воздуха двигателя максимального порогового значения расхода воздуха двигателя и пороговых значений расхода воздуха двигателя на основе компонентов двигателя. После определения наименьшего значения расхода воздуха двигателя, способ 700 переходит на этап 712.
На этапе 712 способ 700 корректирует требуемый расход воздуха двигателя исходя из влажности окружающего воздуха. Конкретный индикаторный крутящий момент двигателя, происходящий от требуемого крутящего момента двигателя, может быть основан на расходе воздуха двигателя, определенном посредством датчиков МРВ или АДК при номинальных уровнях влажности окружающего воздуха. Если двигатель работает при текущих условиях повышенной влажности окружающего воздуха при том же расходе воздуха двигателя, основанном на некомпенсированных показаниях датчиков МРВ и АДК, выходной крутящий момент двигателя будет меньше, чем если бы двигателя работал при тех же условиях, но при номинальной влажности. Таким образом, расход воздуха двигателя, который обеспечивает требуемый крутящий момент двигателя и который основан на расходе воздуха двигателя, определяемом датчиками МРВ или АДК, корректируется на влажность окружающего воздуха.
Для массовых расходов воздуха двигателя, которые обеспечивают требуемый крутящий момент двигателя и которые основаны на показаниях датчика АДК, способ 700 корректирует массовый расход воздуха двигателя исходя из следующего уравнения:
где Eng_air_hum - это требуемый расход воздуха двигателя, скомпенсированный на влажность, base_airflow - это расход воздуха двигателя при номинальной влажности для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя и humidity - это молярный процент влажности в окружающем воздухе. Молярный процент влажности корректирует расход двигателя на парциальное давление кислорода во влажном воздухе. Таким образом, если базовый расход воздуха равен 100 г/мин для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя, а влажность окружающего воздуха на три молярных процента больше номинальной влажности при определении базового расхода воздуха двигателя, требуемый расход воздуха двигателя, скомпенсированный на влажность, равен 100*(1+93/100)=103 г/мин расхода влажного воздуха для двигателя с целью обеспечения того же самого крутящего момента двигателя, как и при номинальной влажности.
Для расходов воздуха двигателя, которые обеспечивают требуемый крутящий момент и которые основаны на показаниях датчика МРВ, способ 700 корректирует расход воздуха двигателя исходя из следующего уравнения:
где Eng_air_hum - это требуемый расход воздуха двигателя, скомпенсированный на влажность, base_airflow - это расход воздуха двигателя при номинальной влажности для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя, heat_cap_fact - это коэффициент теплоемкости, раскрытый в блоке 614 на фиг.6, and humidity - это молярный процент влажности в окружающем воздухе. Молярный процент влажности и коэффициент теплоемкости корректируют расход воздуха двигателя по теплоемкости влажного окружающего воздуха. Таким образом, если базовый расход воздуха двигателя равен 100 г/мин для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя, а влажность окружающего воздуха на три молярных процента больше номинальной влажности при определении базового расхода воздуха двигателя, требуемый расход воздуха двигателя, скомпенсированный на влажность, равен 100*(1+(3*1.82)/100))=105.46 г/мин расхода влажного воздуха для двигателя с целью обеспечения того же самого крутящего расхода двигателя, что и при номинальной влажности. Способ 700 переходит на этап 714 после компенсирования требуемого объема воздуха двигателя или корректирования на влажность окружающего воздуха.
На этапе 704 способ 700 определяет нагрузку двигателя исходя из наименьшего расхода воздуха двигателя, выбранного на этапе 710. Согласно одному примеру, таблицы и/или функции на этапе 706 инвертируют, и нагрузка двигателя с этапа 710 является основой для индексирования таблиц и/или функций. Таблицы и/или функции выводят нагрузку двигателя. Способ 700 переходит на этап 716 после определения нагрузки двигателя.
На этапе 716 способ 700 регулирует исполнительные механизмы двигателя для обеспечения расхода воздуха двигателя, скорректированного на влажность, определенного на этапе 712. Согласно одному примеру, способ 700 предотвращает превышение величиной открытия дроссельной заслонки, опережением распределительного вала относительно коленчатого вала, давлением наддува и/или величиной закрытие перепускной заслонки соответствующих предельных величин, так чтобы расход воздуха двигателя, скорректированный на влажность, не был превышенным. Таким образом, величина открытия дроссельной заслонки, опережение распределительного вала, давление наддува и величина закрытия перепускной заслонки не могут превышать соответствующие пороговые значения, так что расход воздуха двигателя, скорректированный на влажность, не будет превышенным. Далее, определяют положение дроссельной заслонки и положения распределительного вала, которые обеспечивают требуемый расход воздуха двигателя, скорректированный на влажность, путем индексирования эмпирически определенных таблиц и функций, которые выдают положение дроссельной заслонки и положения распределительного вала исходя из требуемого расхода воздуха двигателя, скорректированного на влажность. После функционирования исполнительных механизмов двигателя с целью обеспечения требуемого расхода воздуха двигателя, скомпенсированного на влажность, способ 700 переходит на этап 718.
На этапе 718 способ 700 определяет требуемый крутящий момент двигателя исходя из нагрузки двигателя, определенной на этапе 714. Таким образом, нагрузка двигателя корректируется на основе границ расхода воздуха двигателя и выбранного наименьшего. Согласно одному примеру, таблицы и/или функции на этапе 704 инвертируют, так чтобы нагрузка двигателя с этапа 714 служила основой для индексирования таблиц и/или функций. Таблицы и/или функции выдают нагрузку двигателя. Т.к. нагрузка двигателя и индикаторный крутящий момент двигателя основаны на наименьшем крутящем моменте, определенном на этапе 710, нагрузка двигателя и индикаторный крутящий момент поддерживают ниже пороговой нагрузки двигателя и порогового индикаторного крутящего момента. После определения нагрузки двигателя способ 700 переходит на выход.
На этапе 720 способ 700 регулирует момент зажигания двигателя в соответствии с влажностью. Согласно одному примеру, таблицы, содержащие эмпирически определенные моменты зажигания, индексируют посредством частоты вращения двигателя, нагрузки расхода воздуха двигателя и влажности. Таблицы выдают момент зажигания двигателя, скомпенсированный на влажность. По мере увеличения влажности окружающего воздуха момент зажигания смещается в сторону опережения. После регулировки момента зажигания способ 700 переходит на этап 722.
Таким путем максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя может быть скорректировано в соответствии с влажностью. Например, максимальный расход воздуха двигателя может быть увеличен при повышенных уровнях влажности окружающего воздуха, так что при тех же рабочих условиях в двигатель подается равный объем кислорода, за исключением работы двигателя при пониженном уровне влажности окружающего воздуха.
Таким образом, способ по фиг. 7 предусматривает способ управления двигателем, содержащий: регулирование опережения/запаздывания момента зажигания в соответствии с влажностью окружающего воздуха с целью уменьшения детонации; регулирование расхода воздуха двигателя в соответствии с требуемым крутящим моментом двигателя, при этом расход воздуха двигателя регулируют в соответствии с парциальным давлением кислорода в воздухе; и регулирование оценочного крутящего момента двигателя в соответствии с парциальным давлением кислорода в воздухе в дополнении к регулируемому опережению/запаздыванию момента зажигания, при этом парциальное давление кислорода в воздухе зависит от влажности окружающего воздуха.
Способ также содержит то, что оценочный крутящий момент двигателя основан на выходном сигнале датчика АДК. Способ содержит то, что момент зажигания регулируют на основе следующего отношения: момент зажигания, запаздывающий относительно минимального момента зажигания для обеспечения наилучшего крутящего момента двигателя, деленный на момент зажигания для обеспечения наилучшего крутящего момента. Способ содержит то, что расход воздуха двигателя регулируют посредством дроссельной заслонки. Способ содержит то, что расход воздуха двигателя регулируют посредством распределительных валов. Способ содержит то, что опережение/запаздывание момента зажигания регулируют на основе минимального зажигания для обеспечения наилучшего наклона крутящего момента. Способ содержит то, что требуемый крутящий момент двигателя зависит от запрошенного водителем требуемого крутящего момента.
Способ по фиг. 7 также предусматривает способ управления двигателем, содержащий: генерацию значения влажности, показывающего уровень влажности окружающего воздуха; генерацию значения массового расхода воздуха двигателя на основе парциального давления кислорода в воздухе, при этом парциальное давление кислорода в воздухе зависит от уровня влажности окружающего воздуха; генерацию базового минимального момента зажигания для обеспечения наилучшего крутящего момента; регулирование базового минимального момента зажигания для обеспечения наилучшего крутящего момента на основе уровня влажности окружающего воздуха; и оценку крутящего момента, генерируемого двигателем в соответствии с массовым расходом воздуха двигателя и отрегулированным базовым минимальным углом опережения зажигания. Способ содержит то, что крутящий момент, генерируемый двигателем, зависит от измеренного расхода воздуха двигателя.
Согласно некоторым примерам, способ содержит то, что измеренный расход воздуха двигателя основан на выходном сигнале датчика абсолютного давления в коллекторе. Способ содержит то, что измеренный расход воздуха двигателя основан на выходном сигнале датчика массового расхода воздуха. Способ содержит то, что измеренный расход воздуха двигателя регулируют по удельной теплоемкости.
Способ содержит то, что удельная теплоемкость основана на отношении удельной теплоемкости воды к удельной теплоемкости воздуха. Способ содержит также регулирование порогового значения расхода воздуха двигателя в соответствии с влажностью окружающего воздуха, и при этом пороговое значение расхода воздуха двигателя представляет собой максимальный расход воздуха двигателя.
Способ по фиг. 7 предусматривает способ управления двигателем, содержащий: регулирование опережения/запаздывания момента зажигания в соответствии с влажностью окружающего воздуха с целью уменьшения детонации; регулирование расхода воздуха двигателя в соответствии с требуемым крутящим моментом двигателя, при этом расход воздуха двигателя регулируют в соответствии с коэффициентом теплоемкости; и регулирование оценочного крутящего момента двигателя в соответствии с коэффициентом теплоемкости в дополнении к регулируемому опережению/запаздыванию момента зажигания. Способ содержит то, что коэффициент теплоемкости представляет собой отношение удельной теплоемкости воды к удельной теплоемкости сухого воздуха. Способ содержит то, что оценочный крутящий момент двигателя основан на выходном сигнале датчика массового расхода воздуха. Способ содержит то, что оценочный крутящий момент двигателя представляет собой основу для переключения передач коробки передач. Способ содержит то, что оценочный крутящий момент двигателя представляет собой основу для ограничения крутящего момента двигателя до значения меньшего, чем пороговый крутящий момент. Способ содержит то, что коэффициент теплоемкости представляет собой величину, равную 1,82.
На фиг. 8 представлен пример смоделированной последовательности работы двигателя. Сигналы и последовательности по фиг. 6 могут обеспечиваться системой, показанной на фиг. 1, исполняющей способ по фиг. 6. Вертикальные отметки Т0-Т6 отображают существенные моменты времени в последовательности. Согласно данному примеру, показано, что двигатель работает при различных уровнях влажности окружающего воздуха в соответствии со способом по фиг. 7. Первая часть последовательности работы двигателя происходит между моментами времени Т0 и Т3. Она отображает работу двигателя во время условий низкой влажности окружающего воздуха. Вторая часть последовательности работы двигателя происходит между моментами времени Т4 и Т6. Она отображает работу двигателя во время условий высокой влажности окружающего воздуха. Двойной буквой S вдоль горизонтальной оси каждого графика обозначены разрывы во времени. Интервал времени между разрывом времени двойной буквой S может быть длинным или коротким.
Первый график сверху на фиг. 8 отображает зависимость запрошенного водителем крутящего момента от времени. Горизонтальная ось отображает время, причем время увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика. Вертикальная ось отображает запрошенный водителем крутящий момент, при этом запрошенный водителем крутящий момент увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Запрошенный водителем крутящий момент может быть определен на основе положения педали акселератора и скорости автомобиля.
Второй график сверху на фиг. 8 отображает изменение уровня влажности окружающего воздуха от времени. Вертикальная ось отображает уровень влажности окружающего воздуха, при этом уровень влажности окружающего воздуха увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает время, при этом время увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика.
Третий график сверху на фиг. 8 отображает зависимость положения перепускной заслонки турбонагнетателя от времени. Вертикальная ось отображает положение перепускной заслонки, при этом степень открытия положения перепускной заслонки увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает время, при этом время увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика.
Четвертый график сверху на фиг. 8 отображает зависимость величины расхода воздуха двигателя от времени. Вертикальная ось отображает величину расхода воздуха двигателя, при этом величина расхода воздуха двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает время, при этом время увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика. Горизонтальная линия 702 отображает максимальное пороговое значение расхода воздуха двигателя для условий низкой влажности окружающего воздуха при текущих рабочих условиях двигателя. Горизонтальная линия 804 отображает пороговое значение максимального расхода воздуха двигателя для условий высокой влажности окружающего воздуха при текущих рабочих условиях двигателя, тех же рабочих условий, что и для горизонтальной линии 802, за исключением высокой влажности окружающего воздуха. Сплошная линия 820 отображает расход воздуха двигателя, когда двигателем управляют в соответствии со способом по фиг. 7. Пунктирная линия 822 отображает расход воздуха двигателя, когда двигателем управляют без поправок на влажность.
Пятый график сверху на фиг. 8 отображает зависимость индикаторного крутящего момента двигателя от времени. Вертикальная ось отображает индикаторный крутящий момент двигателя, при этом индикаторный крутящий момент двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает время, при этом время увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика. Горизонтальная линия 806 отображает максимальное пороговое значение индикаторного крутящего момента двигателя для условий низкой влажности окружающего воздуха при текущих рабочих условиях двигателя. Горизонтальная линия 808 отображает пороговое значение максимального индикаторного крутящего момента двигателя для условий высокой влажности окружающего воздуха при текущих рабочих условиях двигателя, тех же рабочих условий, что и для горизонтальной линии 706, за исключением высокой влажности окружающего воздуха. Сплошная линия 830 отображает крутящий момент двигателя, когда двигателем управляют в соответствии со способом по фиг. 7. Пунктирная линия 832 отображает крутящий момент двигателя, когда двигателем управляют без поправок на влажность.
Шестой график сверху на фиг. 8 отображает зависимость опережения зажигания двигателя от времени. Вертикальная ось отображает опережение зажигания двигателя, при этом опережение зажигания двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает время, при этом время увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика.
В момент времени Т0 запрошенный водителем крутящий момент находится на пониженном уровне, и уровень влажности окружающего воздуха низкий. При пониженных уровнях влажности окружающего воздуха выходные сигналы датчиков АДК и МРВ менее подвержены влиянию влажности. Положение перепускной заслонки закрытое, и расход воздуха двигателя низкий. Такие условия могут указывать на условия холостого хода двигателя. Кроме того, индикаторный крутящий момент двигателя низкий, и момент зажигания смещен в сторону опережения.
В момент времени Т1 водитель увеличивает запрошенный водителем крутящий момент, и расход воздуха двигателя начинает возрастать в ответ на увеличение запрошенного водителем крутящего момента. Уровень влажности окружающего воздуха остается низким, и перепускная заслонка остается закрытой по мере того, как двигатель начинает ускоряться (не показано). Индикаторный крутящий момент двигателя увеличивается в ответ на увеличенные запрошенный водителем крутящий момент и расход воздуха двигателя. Опережение зажигания смещают в сторону запаздывания по мере увеличения запрошенного водителем крутящего момента и увеличения частоты вращения двигателя (не показана).
Между моментами времени Т1 и 12 запрошенный водителем крутящий момент продолжает увеличиваться, и расход воздуха двигателя и индикаторный крутящий момент увеличиваются по мере увеличения запрошенного водителем крутящего момента. Перепускная заслонка начинает открываться по мере увеличения частоты вращения двигателя, и тепловая энергия, подаваемая к турбонагнетателю увеличивается (не показано). Момент зажигания двигателя еще больше смещают в сторону запаздывания.
В момент времени Т2 расход воздуха двигателя удерживается или ограничивается до величины порогового значения 802 с целью снижения вероятности деградации двигателя даже если запрошенный водителем крутящий момент продолжает увеличиваться. Расход воздуха двигателя может быть ограничен до максимального расхода воздуха двигателя, как раскрыто на этапе 708 по фиг. 7. Расход воздуха двигателя может быть ограничен до максимального расхода воздуха двигателя посредством ограничения открытия перепускной заслонки, как показано в момент времени Т2. Далее, степень открытия дроссельной заслонки двигателя и опережение распределительного вала могут быть ограничены или сдержаны до величин, которые предотвращают превышение расходом воздуха двигателя порогового значения 802. Путем сдерживания расхода воздуха двигателя ниже порогового значения крутящий момент двигателя может быть сдержан до порогового значения 806. Момент зажигания удерживают на постоянном значении при удерживании расхода воздуха двигателя меньшим или равным порогового значения 802.
Между моментами времени Т2 и Т3 запрошенный водителем крутящий момент продолжает увеличиваться, но расход воздуха двигателя, зажигание двигателя и индикаторный крутящий момент двигателя остаются неизменными. Уровень влажности окружающего воздуха также остается на постоянном низком значении.
В момент времени Т3 водитель отпускает педаль акселератора (не показано), и запрошенный водителем крутящий момент начинает снижаться. Расход воздуха двигателя и индикаторный крутящий момент двигателя начинают уменьшаться вскоре после снижения запрошенного водителем крутящего момента ниже крутящего момента, для которого требуется расход воздуха выше уровня 802. Степень открытия перепускной заслонки также снижается в ответ на пониженный запрошенный водителем крутящий момент. Опережение зажигания увеличивается в ответ на снижение запрошенного водителем крутящего момента.
Вторая часть последовательности начинается непосредственно перед моментом времени Т4, когда двигателем управляют при тех же самых рабочих условиях, что и в момент времени Т0, за исключением того, что уровень влажности окружающего воздуха увеличен. Момент зажигания двигателя смещен в сторону опережения в ответ на увеличение влажности, как раскрыто на фиг.6, по сравнению с моментам зажигания в момент времени Т0. Далее, величина расхода воздуха двигателя увеличивают на малую величину, так что двигатель всасывает тот же самый объем кислорода, что и в момент времени Т0.
В момент времени Т4 водитель увеличивает запрошенный водителем крутящий момент, и расход воздуха двигателя начинает увеличиваться в ответ на увеличенный запрошенный водителем крутящий момент, как и в момент времени Т1. Уровень влажности окружающего воздуха остается высоким, и перепускная заслонка остается закрытой, пока двигатель начинает ускоряться (не показано). Индикаторный крутящий момент двигателя увеличивается в ответ на увеличенные запрошенный водителем крутящий момент и расход воздуха двигателя. Опережение зажигания смещают в сторону запаздывания по мере увеличения запрошенного водителем крутящего момента, и частота вращения двигателя увеличивается (не показано). Опережение зажигания в момент времени Т4 более раннее, чем момент зажигания в момент времени Т1 для компенсации разбавления, обусловленного повышенной влажностью окружающего воздуха. Расход воздуха и крутящий момент двигателя также увеличиваются в соответствии с влажностью окружающего воздуха, как показано на кривых 820 и 830, по сравнению с кривой 822 расхода воздуха двигателя и кривой 832 крутящего момента двигателя, когда не обеспечивается компенсация на влажность окружающего воздуха.
Между моментами времени Т4 и Т5 запрошенный водителем крутящий момент продолжает увеличиваться, и индикаторный крутящий момент увеличивается с увеличением запрошенного водителем крутящего момента так же, как и между моментом времени Т1 и моментом времени Т2 для кривой 820 индикаторного крутящего момента, скомпенсированного на влажность окружающего воздуха. Кривая 822 индикаторного крутящего момента, не скомпенсированного на влажность окружающего воздуха, увеличивается меньше, чем кривая 820. Перепускная заслонка начинает открываться по мере увеличения частоты вращения двигателя, и тепловая энергия, подаваемая к турбонагнетателю, увеличивается (не показано). Момент зажигания двигателя больше смещают в сторону опережения по сравнению с моментом зажигания, показанным между моментом времени Т2 и моментом времени Т3.
В момент времени Т5 расход воздуха двигателя, показанный кривой 820, продолжает возрастать, т.к. пороговое значение расхода воздуха двигателя было увеличено до величины порогового значения 804. Кривая 822 расхода воздуха двигателя увеличивается меньше, чем кривая 820, т.к. расход воздуха двигателя не увеличивается больше порогового значения 802, если не обеспечивают компенсацию на влажность окружающего воздуха. Пороговое значение расхода воздуха двигателя может быть увеличено во время условий повышенной влажности окружающего воздуха, как показано кривой 820, так что двигатель снабжают тем же объемом кислорода, что и в случае, когда двигателем управляют при тех же условиях, за исключением пониженного уровня влажности окружающего воздуха. Кривая 820 расхода воздуха двигателя может быть ограничена до максимального порогового значения расхода воздуха двигателя, как раскрыто на этапе 708 по фиг. 7. Расход воздуха двигателя, скомпенсированный на влажность (кривая 820) может быть ограничен до максимального порогового значения расхода воздуха двигателя посредством ограничения открытия перепускной заслонки, как показано в момент времени Т5. Кроме того, степень открытия дроссельной заслонки двигателя и опережение распределительного вала может быть ограничено или сдержано до величин, предотвращающих превышение расходом воздуха двигателя порогового значения 804. Путем сдерживания расхода воздуха двигателя ниже порогового значения, крутящий момент двигателя может быть сдержан до порогового значения 808, который является тем же, что и пороговое значение 806. Таким образом, расход воздуха двигателя может быть увеличен для компенсации выходных сигналов датчиков АДК и МРВ, которые могут не корректировать по влажности окружающего воздуха. Момент зажигания удерживают постоянным, пока расход воздуха двигателя удерживают меньшим или равным порогового значения 804.
Между моментом времени Т5 и моментом времени Т6 запрошенный водителем крутящий момент продолжает увеличиваться вместе с расходом воздуха двигателя, скомпенсированным на влажность окружающего воздуха (кривая 820). Индикаторный крутящий момент двигателя также регулируют на влажность окружающего воздуха, зажигание двигателя и индикаторный крутящий момент изменяться с увеличением расхода воздуха двигателя. Уровень влажность окружающего воздуха также остается на постоянном высоком значении.
В момент времени Т6 водитель отпускает педаль акселератора (не показано), и запрошенный водителем крутящий момент начинает снижаться. Расход воздуха двигателя, скомпенсированный на влажность окружающего воздуха, и некомпенсированный расход воздуха двигателя уменьшаются по мере уменьшения запроса водителя. Кроме того, индикаторный крутящий момент двигателя, скомпенсированный на влажность, и некомпенсированный индикаторный крутящий момент начинают понижаться по мере понижения запрошенного водителем крутящего момента. Степень открытия перепускной заслонки также уменьшается в ответ на пониженный запрошенный водителем крутящий момент. Опережение зажигания увеличивается в ответ на уменьшение запрошенного водителем крутящего момента.
Таким образом, если двигателем управляют при повышенных уровнях влажности окружающего воздуха, пороговое значение расхода воздуха двигателя и расход воздуха двигателя могут быть увеличены по сравнению с некомпенсированными расходом воздуха двигателя и пороговым значением расхода воздуха двигателя, так что объем кислорода, подаваемый в двигатель, остается постоянным и во влажных условиях, и в менее влажных рабочих условиях. Соответственно, двигатель может обеспечить тот же максимальный выходной крутящий момент при тех же рабочих условиях, включая условия высокой и низкой влажности.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими аппаратными частями двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия осуществляют путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Здесь завершается подробное описание. При его чтении специалисту в данной области техники следует учитывать, что возможны множество альтернатив и модификаций без отступления от существа и объема настоящего раскрытия. Например, преимущества настоящего раскрытия могут использоваться в сочетании с двигателями с одним цилиндром, со схемами I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и V16, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или с альтернативными конфигурациями топливной системы.