СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫ ДВИГАТЕЛЯ БЕЗ ДАТЧИКА КУЛАЧКА (ВАРИАНТЫ) И БЛОК КОНТРОЛЛЕРА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF DETERMINING ENGINE PHASE WITHOUT CAM PICKUP (VERSIONS) AND ENGINE CONTROL UNIT

В обычных системах двигателей с впрыском топлива необходимо знать положение каждого цилиндра, чтобы осуществить впрыск топлива в надлежащий момент времени. В обычных локомотивных дизельных двигателях каждый цилиндр осуществляет рабочий такт и такт выпуска. Маховик коленчатого вала, который введен в контакт с коленчатым валом и чувствителен к его движению, совершает два оборота при завершении рабочего такта и такта выпуска заданного цилиндра. Процесс управления двигателем, который управляет впрыском топлива в цилиндр во время рабочего хода, должен получать информацию от распределительного вала (который совершает один оборот на каждые два оборота коленчатого вала), чтобы можно было надлежащим образом определить, когда заданный цилиндр находится на своем рабочем такте или такте выпуска, т.е. на первом или втором обороте коленчатого вала. Этот тип эксплуатации обычно называют четырехтактным режимом.
Для некоторых двигателей установка датчика кулачка затруднительна и создает проблемы управления качеством во время сборки. Рабочая характеристика датчика кулачка связана с его установкой в двигателе. На расположение датчика кулачка влияют пространственные ограничения, которые приводят к размещению датчиков кулачков в областях избыточного ускорения. В области производства и сборки двигателей обычно считают, что возможность использования наименьшего количества деталей для достижения выполнения желательной функции увеличивает надежность и уменьшает затраты. Если бы можно было исключить датчик кулачка, то можно было бы исключить также механическую обработку, проводимую на крышке датчика кулачка и тактирование маховика. Желателен двигатель с впрыском топлива, выполненный с возможностью запуска и работы без потребности в сигнале кулачка.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является система согласно патенту США №6571776. Раскрытая в патенте США №6571776 система похожа на систему согласно настоящему изобретению тем, что осуществляется контроль за выдачей сигнала команды (сигнала на воспламенение) относительно окна впрыска. Однако вместо выдачи командных сигналов "не в фазе" согласно патенту США №6571776 осуществляют в данной рабочей фазе выдачу контрольных сигналов относительно предполагаемого положения кулачка для различных групп цилиндров. В частности, как показано, например, на Фиг.3, двигателем управляют 1) для обеспечения сигнала воспламенения при каждом обороте коленчатого вала (этап 106), пока не будет достигнуто заданное количество оборотов в минуту (этап 112); 2) для последующего обеспечения сигнала воспламенения для каждого последующего оборота относительно предполагаемого положения кулачка (этап 114); 3) для осуществления оперативного контроля за показателем рабочей характеристики двигателя (этап 116) и для изменения предполагаемого положения кулачка, если не увеличивается уровень рабочей характеристики двигателя.
Таким образом, сигналы на воспламенение сначала генерируются для каждого оборота, а затем - поочередно, и только затем осуществляется контроль за происходящим в двигателе. Согласно настоящему изобретению, с другой стороны, осуществляют оперативный контроль показателя рабочей характеристики двигателя, основываясь на командных сигналах, направленных к первой группе цилиндров, как на протяжении окна впрыска, так и в момент не в фазе с окном впрыска, например, во время множества следующих друг за другом оборотов. Другими словами, согласно патенту США №6571776 характеристика двигателя оценивается на основе фазовых сигналов на воспламенение, генерируемых при чередующихся вращениях, в то время как рабочая характеристика двигателя согласно настоящему изобретению оценивается на основе сигналов команды как на протяжении окна впрыска, так и в момент не в фазе с окном впрыска, при следующих друг за другом оборотах.
Согласно первому объекту настоящего изобретения создан способ определения фазы коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, содержащего множество цилиндров, последовательность воспламенения в которых реализуется за два оборота коленчатого вала, при этом в первой группе цилиндров рабочий такт предусматривается во время одного оборота коленчатого вала, а во второй группе цилиндров рабочий такт предусматривается во время другого оборота коленчатого вала, причем каждый цилиндр имеет конфигурацию, предусматривающую наличие окна впрыска, в котором обеспечивается впрыск топлива, причем согласно способу генерируют сигнал команды впрыска топлива в, по меньшей мере, один цилиндр из первой группы цилиндров на протяжении окна впрыска, генерируют сигнал команды впрыска топлива в, по меньшей мере, один цилиндр из первой группы цилиндров в момент не в фазе с окном впрыска, осуществляют оперативный контроль показателя рабочей характеристики двигателя, который чувствителен к воспламенению и отсутствию воспламенения в цилиндрах, и делают вывод о том, что фаза двигателя является правильной, на основании флуктуации в показателе двигателя в соответствии с генерированием сигналов команд впрыска на протяжении окна впрыска топлива и генерированием сигналов команд впрыска не в фазе с окном впрыска.
Предпочтительно показатель двигателя выбирают из группы, состоящей из скорости двигателя, ускорения коленчатого вала, температуры выхлопа и средней теплотворной способности топлива.
Предпочтительно двигатель является двигателем с V-образным расположением цилиндров, содержащим левый блок цилиндров, половина которых принадлежит первой группе и половина принадлежит второй группе, и правый блок цилиндров, половина которых принадлежит первой группе и половина принадлежит второй группе, при этом последовательностью воспламенения управляет первый блок контроллера двигателя, содержащий первый обрабатывающий модуль, обеспечивающий направление сигналов команд впрыска топлива для левого блока цилиндров, и второй обрабатывающий модуль, обеспечивающий направление сигналов команд впрыска топлива для правого блока цилиндров, при этом, по меньшей мере, один из первого и второго обрабатывающих модулей установлен в полудвухтактный режим.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ оценки рабочей характеристики отдельного цилиндра в двигателе внутреннего сгорания, содержащем коленчатый вал, функционально связанный с множеством поршней, расположенных во множестве цилиндров, причем согласно способу измеряют период времени первого интервала вращения коленчатого вала, соответствующий ожидаемому воспламенению в первом цилиндре, для получения первого измерения ускорения измеряют период времени второго интервала вращения коленчатого вала, соответствующий ожидаемому воспламенению для, по меньшей мере, трех цилиндров для получения второго измерения ускорения, уравнивают второе измерение ускорения в соответствии со значением, отображающим интервал вращения, по протяженности аналогичный первому интервалу вращения, для получения уравненного значения, и сравнивают первое измерение ускорения с уравненным значением, при этом разность между первым измерением ускорения с уравненным значением указывает различие в рабочей характеристике первого цилиндра по сравнению с другими цилиндрами двигателя.
Предпочтительно коленчатый вал содержит прикрепленный к нему вращающийся элемент, содержащий множество равноотстоящих друг от друга вокруг вращающегося элемента элементов, при этом первый интервал вращения выражен в градусах вращения, соответствующих расстоянию между двумя из упомянутых элементов, проходящими некоторую точку.
Предпочтительно второй интервал вращения представляет собой полный оборот вращающегося элемента.
Предпочтительно уравнивание предусматривает получение среднего значения ускорения для интервалов вращения, выраженных в градусах вращения, соответствующих расстоянию между двумя из упомянутых элементов.
3
Предпочтительно первое измерение и второе измерение получают при соблюдении условия работы двигателя, выбранного из группы, состоящей из таких условий, как: а) температура воды в двигателе стабильна в течение 120-180 секунд и превышает 100°F; б) скорость двигателя стабильна в течение 120-180 секунд и превышает 440 об/мин; в) количество топлива в двигателе стабильно в течение 120-180 секунд и превышает 1 мм/такт; г) температура масла в двигателе стабильна в течение 120-180 секунд и превышает 100°F и д) комбинации указанных условий.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан компьютерный программный продукт для использования в локомотивных двигателях, содержащий используемый компьютером носитель информации, содержащий считываемые компьютером модули кода программы, воплощенные в используемом компьютером носителе информации, для направления сигналов команд топлива в левый блок цилиндров двигателя и правый блок цилиндров двигателя, считываемый компьютером первый модуль кода программы, предписывающий компьютеру вращать двигатель в режиме, выбранном из группы, состоящей из четырехтактного режима со сдвигом фаз, полного полудвухтактного режима, частичного полудвухтактного режима и полного двухтактного режима, считываемый компьютером второй модуль кода программы, предписывающий компьютеру переключать режим двигателя в режим, выбранный из группы, состоящей из четырехтактного режима в той же фазе, частичного полудвухтактного режима и полного полудвухтактного режима, считываемый компьютером третий модуль кода программы, предписывающий компьютеру наблюдение за изменениями в показателе двигателя, чувствительном к воспламенению в цилиндрах, и считываемый компьютером четвертый модуль кода программы, предписывающий компьютеру регулировать двигатель для достижения надлежащей фазы двигателя.
Согласно четвертому объекту настоящего изобретения создан компьютерный программный продукт для использования в локомотивном двигателе, содержащий используемый компьютером носитель информации, содержащий считываемые компьютером модули кода программы, воплощенные в используемом компьютером носителе информации, для определения фазы коленчатого вала двигателя, причем двигатель содержит множество цилиндров, последовательность воспламенения в которых реализуется за два оборота коленчатого вала, причем в первой группе цилиндров рабочий такт предусматривается во время одного оборота коленчатого вала, а во второй группе цилиндров рабочий такт предусматривается во время другого оборота коленчатого вала, при этом каждый цилиндр имеет конфигурацию, предусматривающую наличие окна впрыска, в котором обеспечивается впрыск топлива, считываемый компьютером первый модуль кода программы, предписывающий компьютеру генерировать сигнал команды впрыска топлива в, по меньшей мере, один цилиндр либо из первой группы, либо из второй группы цилиндров, на протяжении окна впрыска, считываемый компьютером второй модуль кода программы, предписывающий компьютеру генерировать сигнал команды впрыска топлива в, по меньшей мере, один цилиндр либо из первой группы, либо из второй группы цилиндров, в некоторый момент времени не в фазе с окном впрыска, и считываемый компьютером второй модуль кода программы, предписывающий компьютеру определить, какой оборот соответствует воспламенению в цилиндрах из первой группы цилиндров, на основании показателя двигателя, который чувствителен к воспламенению и отсутствию воспламенения в цилиндрах.
Согласно пятому объекту настоящего изобретения создан способ определения правильной фазы двигателя внутреннего сгорания без датчика кулачка, причем двигатель внутреннего сгорания содержит первую группу цилиндров, рабочий такт в которых осуществляется во время первого оборота коленчатого вала, и вторую группу цилиндров, рабочий такт в которых осуществляется во время второго оборота коленчатого вала, и блок контроллера двигателя, который принимает поток сигналов, чувствительный к вращению коленчатого вала, при этом согласно способу запускают двигатель в режиме, выбранном из группы, состоящей из четырехтактного режима со сдвигом фаз, истинного полудвухтактного режима и частичного полудвухтактного режима, устанавливают режим двигателя в режим, выбранный из группы, состоящей из четырехтактного режима в той же фазе и полного полудвухтактного режима, и наблюдают изменения в показателе двигателя, чувствительном к воспламенению в цилиндрах, при этом на основании изменений определяют правильную фазу двигателя.
Предпочтительно показателем двигателя является, по меньшей мере, один показатель, выбранный из группы, состоящей из скорости двигателя, ускорения коленчатого вала, температуры выхлопа и средней теплотворной способности топлива, при этом дополнительно управляют двигателем для достижения регулируемой скорости.
Предпочтительно при установке режима двигателя в четырехтактный режим с одинаковыми фазами сдвигают фазу двигателя на 360°.
Предпочтительно показателем двигателя является ускорение, а наблюдение осуществляют, когда двигатель находится в переходном состоянии.
Предпочтительно установка включает в себя установку двигателя в полный полудвухтактный режим, причем при определении фазы двигателя дополнительно предусматривает переключение двигателя в четырехтактный режим с одинаковыми фазами и регулирование двигателя до достижения определенной фазы двигателя.
Предпочтительно дополнительно наблюдают за показателем двигателя после изменения фазы двигателя и сдвигают фазу двигателя на 360°, если показатель двигателя свидетельствует, что определенная фаза двигателя является неправильной, на том основании, что в двигателе не происходит воспламенение.
Предпочтительно в случае прерывания потока сигналов дополнительно устанавливают двигатель в режим, выбранный из группы, состоящий из четырехтактного режима с одинаковыми фазами и полного полудвухтактного режима.
Согласно шестому объекту настоящего изобретения создан способ определения правильной фазы двигателя внутреннего сгорания без датчика кулачка, причем двигатель внутреннего сгорания содержит первую группу цилиндров, рабочий такт в которых осуществляется во время первого оборота коленчатого вала, и вторую группу цилиндров, рабочий такт в которых осуществляется во время второго оборота коленчатого вала, и блок контроллера двигателя, который принимает поток сигналов, чувствительный к вращению коленчатого вала, причем согласно способу запускают двигатель в режиме запуска, выбранном из группы, состоящей из четырехтактного режима со сдвигом фаз, истинного двухтактного режима, частичного полудвухтактного режима и полного полудвухтактного режима, и наблюдают изменения в ускорении двигателя в результате воспламенения или отсутствия воспламенения, либо в обоих этих случаях, при этом на основании изменений определяют правильную фазу двигателя.
Предпочтительно дополнительно устанавливают двигатель в режим, отличающийся от режима запуска, перед определением фазы двигателя.
Предпочтительно дополнительно устанавливают двигатель в четырехтактный режим с одинаковыми фазами и регулируют двигатель до достижения определенной фазы двигателя.
Предпочтительно дополнительно наблюдают за показателем двигателя после регулирования фазы двигателя и сдвигают фазу двигателя на 360°, если показатель двигателя свидетельствует, что определенная фаза двигателя является неправильной, на том основании, что в двигателе не происходит воспламенение.
Предпочтительно в случае прерывания потока сигналов дополнительно устанавливают двигатель в режим, выбранный из группы, состоящий из четырехтактного режима с одинаковыми фазами и полного полудвухтактного режима.
Предпочтительно наблюдение проводят во время переходного состояния двигателя.
Предпочтительно дополнительно управляют двигателем для достижения регулируемой скорости.
Согласно седьмому объекту настоящего изобретения создан способ определения правильной фазы двигателя внутреннего сгорания без датчика кулачка, причем двигатель внутреннего сгорания содержит первую группу цилиндров, рабочий такт в которых осуществляется во время первого оборота коленчатого вала, и вторую группу цилиндров, рабочий такт в которых осуществляется во время второго оборота коленчатого вала, и блок контроллера двигателя, который принимает поток сигналов, чувствительный к вращению коленчатого вала, причем согласно способу запускают двигатель в режиме запуска, выбранном из группы, состоящей из четырехтактного режима со сдвигом фаз, истинного двухтактного режима, частичного полудвухтактного режима и полного полудвухтактного режима, и наблюдают изменения в показателе двигателя, чувствительном к воспламенению в цилиндрах, при этом на основании изменений определяют правильную фазу двигателя.
Предпочтительно показателем двигателя является, по меньшей мере, один показатель, выбранный из группы, состоящей из скорости двигателя, ускорения коленчатого вала, температуры выхлопа и средней теплотворной способности топлива.
Предпочтительно дополнительно управляют двигателем для достижения регулируемой скорости.
Предпочтительно режимом запуска является полный полудвухтактный режим, показателем двигателя является скорость двигателя, а наблюдение изменений проводят во время переходного состояния двигателя.
Предпочтительно дополнительно устанавливают двигатель в режим, отличающийся от режима запуска, перед определением фазы двигателя.
Предпочтительно дополнительно переключают двигатель в четырехтактный режим с одинаковыми фазами и регулируют двигатель до достижения определенной фазы двигателя.
Предпочтительно дополнительно наблюдают за показателем двигателя после регулирования фазы двигателя и сдвигают фазу двигателя на 360°, если показатель двигателя свидетельствует, что определенная фаза двигателя является неправильной, на том основании, что в двигателе не происходит воспламенение.
Предпочтительно в случае прерывания потока сигналов дополнительно устанавливают двигатель в режим, выбранный из группы, состоящий из четырехтактного режима с одинаковыми фазами и полного полудвухтактного режима.
Согласно восьмому объекту настоящего изобретения создан блок контроллера двигателя, имеющий конфигурацию, обеспечивающую управление последовательностью воспламенения в двигателе внутреннего сгорания, содержащего множество цилиндров, последовательность воспламенения в которых осуществляется за два оборота коленчатого вала, причем в первой группе цилиндров рабочий такт предусматривается во время одного оборота коленчатого вала, а во второй группе цилиндров рабочий такт предусматривается во время другого оборота коленчатого вала, при этом каждый цилиндр имеет конфигурацию, предусматривающую наличие окна впрыска, в котором обеспечивается впрыск топлива, а блок контроллера двигателя содержит первый обрабатывающий модуль, конфигурация которого обеспечивает генерирование сигнала команды впрыска топлива в, по меньшей мере, один цилиндр либо из первой группы, либо из второй группы цилиндров, на протяжении окна впрыска, второй обрабатывающий модуль, конфигурация которого обеспечивает генерирование сигнала команды впрыска топлива в, по меньшей мере, один цилиндр либо из первой группы, либо из второй группы цилиндров, в некоторый момент времени не в фазе с окном впрыска, и третий обрабатывающий модуль, конфигурация которого обеспечивает определение того, какой оборот соответствует воспламенению в цилиндрах из первой группы цилиндров, на основании показателя двигателя, который чувствителен к воспламенению и отсутствию воспламенения в цилиндрах.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе 12-цилиндрового двигателя с V-образным расположением цилиндров, которым можно управлять в соответствии с принципами данного изобретения;
Фиг.2 - вид в перспективе обычной системы впрыска топлива, которую можно использовать с вариантами осуществления данного изобретения;
Фиг.3 - диаграмма, иллюстрирующая последовательность воспламенения в типичном 12-цилиндровом двигателе с V-образным расположением цилиндров;
Фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая проблему определения фазы двигателя без сигнала датчика кулачка;
Фиг.5 - схема, иллюстрирующая блок контролера двигателя, содержащий несколько разных процессоров, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;
Фиг.6 - диаграмма, иллюстрирующая манипулирование последовательностью воспламенения в 12-цилиндровом двигателе с V-образным расположением цилиндров, которую можно воплотить для определения фазы двигателя, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;
Фиг.7 - диаграмма, демонстрирующая определение фазы двигателя, в соответствии с вариантом осуществления манипулирования, показанным на фиг.6, и оперативный контроль скорости двигателя;
Фиг.8 - диаграмма, демонстрирующая определение фазы двигателя, в соответствии с вариантом осуществления манипулирования, показанным на фиг.6, и оперативный контроль скорости двигателя;
Фиг.9 - диаграмма, иллюстрирующая манипулирование последовательностью воспламенения в 12-цилиндровом двигателе с V-образным расположением цилиндров, которую можно воплотить для определения фазы двигателя, в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг.10а-b - диаграмма, демонстрирующая определение фазы двигателя в соответствии с вариантом осуществления манипулирования, проиллюстрированным на фиг.9, и оперативный контроль скорости двигателя; при этом на фиг.10а представлен сценарий, когда правый процессор находится в фазе, а на фиг.10b представлен сценарий, когда левый процессор находится в фазе;
Фиг.11а-b - диаграмма, демонстрирующая определение фазы двигателя, которую можно воплотить для определения фазы двигателя в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения; при этом на фиг.11а представлен сценарий, когда левый процессор находится в фазе, а на фиг.11b представлен сценарий, когда левый процессор находится не в фазе;
Фиг.12а-b - диаграмма, демонстрирующая определение фазы двигателя в соответствии с вариантом осуществления манипулирования, проиллюстрированным на фиг.11, и оперативный контроль скорости двигателя; при этом на фиг.12а представлен сценарий, когда левый процессор находится в фазе, а на фиг.12b представлен сценарий, когда правый процессор находится в фазе;
Фиг.13 - диаграмма, иллюстрирующая манипулирование последовательностью воспламенения в 12-цилиндровом двигателе с V-образным расположением цилиндров, которую можно воплотить для определения фазы двигателя, в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения;
Фиг.14 - диаграмма, демонстрирующая определение фазы двигателя в соответствии с вариантом осуществления манипулирования, проиллюстрированным на фиг.13, и оперативный контроль скорости двигателя;
Фиг.15 - таблица команд, которую можно воплотить для передачи сообщений из главного процессора в левый и правый процессоры, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;
Фиг.16 - таблица команд, которую можно воплотить для передачи сообщений из левого и правого процессоров в главный процессор, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;
Фиг.17 - таблица функций, при выполнении которых используются команды, показанные на фиг.15 и 16;
Фиг.18 - таблица, отображающая файлы и функцию в главном процессоре, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;
Фиг.19 - таблица, отображающая файлы и функции в левом и правом процессорах, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;
Фиг.20 - схема последовательности операций, иллюстрирующая один вариант осуществления данного изобретения, для оптимизации подачи топлива в отдельные цилиндры;
Фиг.21 - схема последовательности операций, отображающая один вариант осуществления данного изобретения, для идентификации неправильного воспламенения в цилиндрах;
Фиг.22а-b - графики согласно вариантам осуществления расчета скорости двигателя при работе в исследуемом варианте осуществления модальности и во время переходного процесса в двигателе; при этом на фиг.22а показан график согласно варианту осуществления, который предусматривает использование среднего значения скорости двигателя в начале и в конце оборота, а на фиг.22b показан график согласно варианту осуществления, который предусматривает использование скорости двигателя в одной точке в конце каждого оборота;
Фиг.23 - вариант осуществления, предусматривающий использование скользящих средних значений скорости двигателя для определения фазы двигателя; и
Фиг.24 - вариант осуществления, предусматривающий использование ускорение двигателя для определения фазы двигателя.
В случае двигателей, которые работают за счет впрыска топлива, наиболее типичная конфигурация включает в себя процессор, который управляет впрыском топлива блока цилиндров. Например, в 12-цилиндровом двигателе с V-образным расположением цилиндров, как правило, один процессор будет управлять впрыском топлива блока шести цилиндров, а другой процессор будет управлять впрыском топлива другого блока шести цилиндров. Надлежащее тактирование впрыска для каждого цилиндра основано на положении коленчатого вала, с которым функционально сочленены цилиндры. Постоянный оперативный контроль положения коленчатого вала осуществляется, по меньшей мере, одним датчиком положения коленчатого вала, а информация в виде сигналов, формируемая датчиком положения коленчатого вала, используется для определения, где во время оборота на 360° находится коленчатый вал. В примере 12-цилиндрового двигателя с V-образным расположением цилиндров в течение двух оборотов коленчатого вала происходит воспламенение во всех двенадцати цилиндрах. Так, например, один цилиндр осуществляет рабочий такт во время первого оборота коленчатого вала и такт выпуска во время второго оборота коленчатого вала. Вместе с тем, не получая сигнал датчика кулачка, предназначенный для того, чтобы определить, на каком - первом или втором - положении находится коленчатый вал, приходится воплощать другой механизм определения поворота коленчатого вала.
Согласно одному аспекту данного изобретения создан способ определения фазы двигателя при запуске, не требующий использования сигнала датчика кулачка. Этот способ предусматривает изменение базовой последовательности команд, управляемой процессором, и оперативный контроль показателей двигателей в течение заданного периода времени. Как правило, показателем двигателя является скорость двигателя, но это может быть и ускорение двигателя, температура выхлопа, средняя теплотворная способность топлива или любая другая переменная, которая может быть чувствительной к воспламенению или отсутствию воспламенения в цилиндрах за некоторый период времени.
Фиг.1 иллюстрирует в целом возможный дизельный двигатель 10 с воспламенением от сжатия, в котором применяется электронная система управления топливом для использования в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Двигатель 10 может быть относительно большим дизельным двигателем, таким, как дизельные двигатели моделей FDL-12, FDL-16 или HDL, изготавливаемые General Motors Company в Гроув-Сити, штат Пенсильвания, США. Такой двигатель может включать в себя турбонагнетатель 12 и ряд инициализируемых силовых узлов или узлов впрыска топлива, обозначенных ссылочной позицией 14. Например, 12-цилиндровый двигатель имеет 12 таких силовых узлов, а 16-цилиндровый двигатель имеет 16 таких силовых узлов. Двигатель 10 дополнительно включает в себя воздуховпускной трубопровод 16, топливоподающую магистраль 18, предназначенную для подачи топлива в каждый из силовых узлов 14, водоподводящий трубопровод 20, используемый при охлаждении двигателя, смазочный насос 22 и водяной насос 24, причем все это известно в данной области техники. Промежуточный охладитель 26, соединенный с турбонагнетателем 12, облегчает охлаждение турбонагнетаемого воздуха перед тем, как он попадает в соответствующую камеру сгорания внутри одного из силовых узлов 14. Двигатель может быть двигателем с V-образным или прямолинейным расположением цилиндров, что тоже известно в данной области техники.
На фиг.2 показан один из множества силовых узлов 14, который включает в себя цилиндр 28 и соответствующий топливоподающий узел, обозначенный целиком ссылочной позицией 30 и предназначенный для подачи топлива в камеру сгорания внутри цилиндра 28. Каждый инициализируемый силовой узел может дополнительно включать в себя ось 32 коромысла воздушных клапанов для сообщения движения множеству пружинных воздушных клапанов, совместно обозначенных ссылочной позицией 34. Ось 32 коромысла воздушных клапанов соединена с толкателем 36 клапанов через коромысла 38 клапанов и приводится в действие тем способом, который известен в данной области техники.
3
3
Каждый инициализируемый силовой узел 14 дополнительно включает в себя гильзу 40 цилиндра, которая вставляется в расточенное отверстие (не показана) в блоке цилиндров двигателя 10. Инициализируемый силовой узел 14 включает в себя рубашку или литой кожух цилиндра для заключения в ней или в нем цилиндра 28 и связанных с ним компонентов. Для типичного двигателя 10, такого как используемый в локомотивах, возможный диапазон давления впрыска находится приблизительно между 5 килофунтов-сил на квадратный дюйм (кфн-с/кв.д) и 30 кфн-с/кв.д, но может быть и более широким диапазоном - в зависимости от двигателя. Возможный диапазон объемного расхода при подаче топлива находится между 50 мм/такт и 2600 мм/такт. Возможный диапазон рабочего объема цилиндра может составлять от примерно 1 литра до примерно 15 литров или более, в зависимости от двигателя. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными возможными диапазонами.
Топливоподающий узел 30 включает в себя механизм 42 впрыска топлива, соединенный с магистралью 44 впрыска под высоким давлением, которая по текучей среде сообщается с блоком 46 генерирования давления топлива, таким, как топливный насос. Эта конфигурация известна как конфигурация «насос-магистраль-форсунка». Блок 46 генерирования давления топлива нагнетает давление за счет срабатывания толкателя 48, который приводится в действие контуром кулачка на распределительном валу двигателя, предназначенным для включения подачи топлива. Топливоподающий узел 30 включает в себя шину 50 электронных сигналов, предназначенную для приема электронных сигналов из электронного контроллера, что будет описано ниже. Шина 50 электронных сигналов выдает управляющий сигнал на клапан 52 с электронным управлением, такой, как электромагнитный клапан, который образует часть топливоподающего узла 30.
Обращаясь к фиг.3, отмечаем, что здесь показана диаграмма, иллюстрирующая последовательность воспламенения в 12-цилиндровом двигателе с V-образным расположением цилиндров. Во время первого оборота 110 коленчатого вала воспламенение во всех цилиндрах 6Л 114, 2П 115, 2Л 116, 4П 117, 4Л 118 и 1П 119 происходит в этой последовательности. Во время второго оборота 112 коленчатого вала воспламенение в цилиндрах 1Л 120, 5П 121, 5Л 122, 3П 124, 3Л 125 и 6П 126 соответственно происходит в этой последовательности. Как показано на фиг.4, цилиндры, изображенные в верхнем ряду 220 под заголовком «Первый оборот 110 коленчатого вала», осуществляют рабочий такт; и, наоборот, во время первого оборота 110 коленчатого вала цилиндры, показанные в нижнем ряду 222 под заголовком «Второй оборот 112 коленчатого вала», осуществляют такт выпуска. В таких двигателях возможно использование, по меньшей мере, одного процессора для управления тактированием впрыска в каждом из цилиндров на протяжении 720° (2-х оборотов коленчатого вала). Как правило, двигатель содержит блок контроллера двигателя (БКД), который содержит один процессор для управления левым блоком цилиндров и еще один процессор для управления правым блоком цилиндров двигателей с V-образным расположением цилиндров. При запуске двигателя рукояткой БКД должен правильно идентифицировать оборот коленчатого вала, чтобы осуществить подачу топлива в цилиндры в надлежащей последовательности подачи. Были разработаны способы эксплуатации БКД, чтобы определить, на каком обороте находится коленчатый вал, путем манипулирования тактированием воспламенения и выбора цилиндров под управлением процессора. Термин «фаза двигателя», употребляемый в данной заявке, относится собственно к последовательности воспламенения, в которой команды впрыска посылаются в отдельные цилиндры в некоторый момент времени на основании механических ограничений, вследствие чего топливо будет впрыскиваться в цилиндр и произойдет сгорание. Термин «фаза двигателя» уместен применительно к двигателям, которые содержат множество цилиндров, причем воспламенение во всех цилиндрах происходит на протяжении двух оборотов (720°) коленчатого вала. В том смысле, в каком он употребляется в данной заявке, термин «не в фазе» относится к состоянию, когда сигналы команд впрыска топлива для цилиндра запрограммированы на посылку на обороте коленчатого вала, противоположном тому обороту коленчатого вала, на котором осуществляется рабочий такт для этого цилиндра. Как правило, хотя это и не обязательно, термин «не в фазе» относится к сдвигу на 360° по сравнению с надлежащим положением для некоторого случая.
На фиг.5 показана базовая схема блока 30 контролера двигателя для типичного 12-цилиндрового V-образного двигателя, содержащая первый процессор 310 управления двигателем, который управляет левым блоком шести цилиндров, и второй процессор 30 управления двигателем, который управляет впрыском в правый блок шести цилиндров. Процессор 330 сигналов содержит обрабатывающий модуль, конфигурация которого обеспечивает генерирование импульса на каждом обороте коленчатого вала. Этот импульс называют моделируемым сигналом 332 кулачка.
Топливоподающий узел 30 имеет конфигурацию, обеспечивающую реакцию на любой сигнал команды впрыска топлива по шине 50 сигналов во время рабочего такта в верхней мертвой точке (ВМТ) с целью подачи топлива в каждый цилиндр во время окна впрыска, которое определяется подъемом контура кулачка, предназначенного для подачи топлива. Например, если профиль контура кулачка поднимается, то топливоподающий толкатель 48 (см. фиг.2) будет приводиться в действие, нагнетая давление топлива, а затем во взаимодействии с сигналом воспламенения по команде впрыска, который включает электромагнитный клапан 52, произойдет подача топлива в цилиндр по магистрали 44 под высоким давлением. Подача топлива может начинаться до рабочего такта (т.е. во время такта сжатия) и продолжаться с переходом на рабочий такт. Например, впрыск топлива может начинаться за 5 градусов до ВМТ и продолжаться до достижения 25 градусов после ВМТ. Соответственно, топливоподающему узлу можно придать конфигурацию, делающую его нечувствительным к любому сигналу команды впрыска топлива вне окна впрыска, так что топливо не будет подаваться в цилиндр вне окна впрыска. Например, если профиль контура кулачка больше не поднимается, то топливоподающий толкатель 48 (см. фиг.2) не будет срабатывать, подавая какое-либо топливо, и даже наличие сигнала воспламенения не приведет к подаче топлива в цилиндр, потому что топливоподающий толкатель в этом случае не должен приводиться в действие контуром кулачка. Таким образом, этот вариант осуществления изобретения обладает преимуществом вышеописанной двойной взаимосвязи для подачи топлива в цилиндры: 1) приведение в действие топливоподающего толкателя и 2) подача сигнала команды впрыска. Если одно из этих действий не происходит, то не происходит и подача топлива. Следует понимать, что вышеуказанная взаимосвязь включает в себя электромеханическую взаимосвязь, создаваемую в одном возможном варианте осуществления и необязательно воплощаемую посредством кода программного обеспечения. Вышеописанная механическая взаимосвязь эксплуатируется во время запуска или эксплуатации таким образом, что один или более электромагнитных клапанов в топливоподающем узле срабатывают так, как если бы ВМТ каждого цилиндра соответствовала рабочему такту. Это приводит к воспламенению в цилиндре, если этот цилиндр на самом деле находится в ВМТ рабочего такта. Вместе с тем топливоподающий узел не будет впрыскивать топливо, если цилиндр находится в ВМТ такта выпуска, потому что в последнем случае кулачок топливного насоса не движется вверх, и поэтому не будет создаваться поток топлива, а воспламенение в цилиндре не произойдет даже в присутствии сигнала воспламенения. Из соображений удобства рассмотрения срабатывание электромагнитного клапана, которое происходит не во время рабочего такта (т.е. во время такта выпуска), называется генерированием команды впрыска топлива (или сигнала воспламенения), которое происходит не в фазе по отношению к окну впрыска или его части. Конкретная конфигурация, в соответствии с которой топливо впрыскивается в цилиндр, не критична. Что важно, так это то, что можно посылать сигналы впрыска (или сигналы воспламенения) и таким образом, что подача топлива и/или воспламенение не будет происходить до тех пор, пока сигнал впрыска не будет послан в конкретном окне впрыска. Возникающая возможность посылать сигналы впрыска без впрыска в цилиндры обеспечивает некоторые манипуляции сигналами воспламенения для определения надлежащей фазы двигателя без использования датчика кулачка.
Таблица 1 иллюстрирует выраженный в градусах угол коленчатого вала каждого цилиндра в его верхней мертвой точке или ВМТ, а также правильную фазу и неправильную фазу каждого цилиндра, управляемого левым процессором 310 или правым процессором 320. Во время типичной эксплуатации оба процессора - левый 310 и правый 320 - находятся в фазе друг с другом или в одной и той же фазе, а это означает, что оба процессора разрешают одни и те же обороты в качестве первого оборота коленчатого вала и второго оборота коленчатого вала. Если оба процессора допускают правильные первый и второй обороты (т.е. правильную фазу), то они будут демонстрировать последовательность воспламенения, показанную в строке 2 таблицы 1 в четырехтактном режиме. Если оба процессора допускают неправильные первый и второй обороты, то они оба находятся не в фазе, как показано в строке 3 таблицы 1.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения фаза левого процессора 310 и фаза правого процессора 320 преднамеренно сдвинуты относительно друг друга на 360°, что приводит к срабатыванию электромагнитного клапана, показанному на фиг.6А и 6В. См. также строки 4-7 таблицы 1. Вышеизложенное относится к четырехтактному режиму со сдвигом фаз. Сдвиг фаз на 360° приводит к манипуляции, при которой сигналы команд впрыска от одного из процессоров - левого 310 или правого 320 - окажутся в правильной фазе, а от другого - не в фазе. Фиг.6А иллюстрирует последовательность воспламенения и срабатывание электромагнитных клапанов цилиндров, когда левый процессор 310 находится в правильной фазе. Как будет рассмотрено ниже, процессоры, выделенные жирным шрифтом, представляют срабатывание электромагнитных клапанов и впрыск топлива таким образом, что вызывают сгорание в цилиндре (воспламенение), процессоры, выделенные курсивом, представляют срабатывание электромагнитных клапанов, но без впрыска топлива (т.е. воспламенение не происходит), а процессоры, указанные обычным шрифтом (не жирным и не курсивом), представляют отсутствие срабатывания электромагнитных клапанов. Фиг.6В иллюстрирует последовательность воспламенения в случае, если правый процессор 320 находится в правильной фазе. Если левый процессор 310 находится в правильной фазе, то в шестом цилиндре 114, втором цилиндре 116, четвертом цилиндре 118, первом цилиндре 120, пятом цилиндре 122 и третьем цилиндре 125 левого блока произойдет воспламенение. И наоборот, если правый процессор 320 находится в правильной фазе, то воспламенение произойдет во втором цилиндре 115, четвертом цилиндре 117, первом цилиндре 110, пятом цилиндре 121, третьем цилиндре 124 и шестом цилиндре 126, причем все они принадлежат правому блоку. На основании этого допущения определение того, находится ли левый процессор 310 или правый процессор 320 в правильной фазе, обеспечивается в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления путем измерения скорости двигателя, когда либо левый процессор 310, либо правый процессор 320 снова вводится в фазу с одним или другим из них, т.е. в одинаковую фазу.
Таблица 1
Положении коленчатого вала
0
75
120
195
240
315
360
435
480
555
600
675
Правильная ВМТ
6Л
2П
2Л
4П
4Л
1П
1Л
5П
5Л
3П
3Л
6П
Неправильная ВМТ
1Л
5П
5Л
3П
3Л
6П
6Л
2П
2Л
4П
4Л
1П
Левый блок в правильной фазе
6Л
2Л
4Л
1Л
5Л
3Л
Левый блок в неправильной фазе
1Л
5Л
3Л
6Л
2Л
4Л
Правый блок в правильной фазе
2П
4П
1П
5П
3П
6П
Правый блок в неправильной фазе
5П
3П
6П
2П
4П
1П
Фиг.7 демонстрирует один вариант осуществления возможной синхронизации правого и левого процессоров 320 и 310, соответственно. При таком сценарии двигатель запускают, что обозначено ссылочной позицией 70, и при этом левый процессор 310 и правый процессор 320 находятся не в фазе друг с другом в четырехтактном режиме со сдвигом фаз, причем левый процессор 310 находится в правильной фазе, а правый процессор 320 находится в неправильной фазе. Вычисляют скорость двигателя для измерительного окна 75 первого оборота коленчатого вала. После следующего оборота 72 коленчатого вала левый процессор 310 вводят в ту же фазу, что и правый процессор 320. Введение левого процессора 310 в фазу с правым процессором 320 приводит оба процессора в состояние не в фазе с правильной фазой двигателя, в результате чего скорость двигателя уменьшается, как показано в измерительных окнах 77 и 78. Уменьшение скорости двигателя показывает, что оба процессора 310 и 320 находятся не в фазе. На основании этого показания сдвигают на 360° оба процессора 310 и 320 для следующего оборота 74 коленчатого вала, чтобы ввести их обоих в правильную фазу двигателя, что обуславливает нахождение всех двенадцати цилиндров в надлежащей последовательности воспламенения или фазе. После этого скорость двигателя увеличивается, как показано в измерительном окне 79.
Фиг.8 иллюстрирует вариант осуществления способа синхронизации, аналогичный тому, который показан на фиг.7, хотя здесь правый процессор 320 находится в правильной фазе при проворачивании коленчатого вала двигателя, что обозначено позицией 80. Во время первого оборота 80 коленчатого вала, когда левый и правый процессоры 310 и 320 находятся не в фазе друг с другом, вычисляется скорость двигателя, что обозначено позицией 81. На втором обороте 82 коленчатого вала левый процессор 310 приводится в ту же фазу, что и правый процессор 320, и вычисляется скорость двигателя, что обозначено позицией 85. Поскольку левый процессор 310 и правый процессор 320 находятся в одной и той же - правильной - фазе, скорость двигателя увеличивается. Это увеличение скорости двигателя показывает, что оба процессора 310, 320 находятся в правильной фазе, и начинается нормальная работа.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления левый процессор 310 и правый процессор 320 запрограммированы на приведение в действие электромагнитного клапана на одних и тех же цилиндрах за каждый оборот (см. фиг.9). Во время первого оборота 92 коленчатого вала в первые три цилиндра левого и правого блоков посылаются сигналы команд впрыска топлива, что обозначено позицией 90. Во время второго оборота 93 коленчатого вала сигналы команд впрыска топлива посылаются в те же самые шесть цилиндров, что обозначено позицией 94. На фиг.10А представлена диаграмма, демонстрирующая полудвухтактный режим при синхронизации фазы левого процессора 310 и правого процессора 320. На обороте 180 коленчатого вала двигатель вводится в четырехтактный режим со сдвигом фаз, при этом левый процессор 310 и правый процессор 320 сдвинуты по фазе на 360°. Во время второго оборота 182 оба процессора - левый 310 и правый 320 - переходят в полудвухтактный режим, как показано на фиг.9. На протяжении начального оборота 180 коленчатого вала правый процессор 320 находился в правильной фазе (см. цилиндры, обозначенные жирным шрифтом). Таким образом, когда процессоры 310 и 320 переводятся в полудвухтактный режим на втором обороте 182 коленчатого вала, воспламенение во время второго оборота коленчатого вала не происходит ни в одном цилиндре, что вызывает уменьшение скорости, и это обозначено позицией 181. Левый и правый процессоры 310 и 320 остаются в полудвухтактном режиме на протяжении следующих двух оборотов 184 и 186. Во время оборота 184 коленчатого вала воспламенение во всех шести цилиндрах происходит в надлежащей последовательности, и скорость двигателя увеличивается (см. измерительное окно 183). В отличие от этого на следующем последовательном обороте 186 цилиндры находятся не в фазе, а воспламенения в них нет. В результате скорость двигателя уменьшается (см. измерительное окно 185). На основании увеличения и уменьшения скорости двигателя в полудвухтактном режиме можно определить надлежащую фазу. Левому и правому процессорам 310 и 320 приданы конфигурации, допускающие переключение в надлежащей фазе в обычный четырехтактный режим, после чего начинается обычная работа. На фиг.10В представлена иллюстрация, аналогичная той, которая показана на фиг.10А, за исключением того, что в надлежащей фазе при запуске находится левый процессор 310.
На фиг.11А и В показан еще один способ манипулирования последовательностью воспламенения в цилиндрах в целях определения. Способ манипулирования, показанный на фиг.11А и 11В, предусматривает подачу в левый блок цилиндров команд в предположении обычного четырехтактного режима, а в правый блок цилиндров - в предположении полудвухтактного режима, как описано со ссылкой на фиг.6 и 9, соответственно. Следует отметить, что модальности, устанавливаемые для левого процессора и правого процессора, можно обратить, например, предписывая левому процессору осуществление полудвухтактного режима, а правому процессору - осуществление четырехтактного режима. Это называется частичным полудвухтактным режимом. Во время первого оборота 110 коленчатого вала воспламенение во всех шести цилиндрах происходит на их рабочем такте (см. цилиндры, выделенные жирным шрифтом и обозначенные позицией 1111). Во время второго оборота 112 коленчатого вала воспламенение происходит только в цилиндрах, управляемых левым процессором, на их обычном рабочем такте (см. цилиндры, выделенные жирным шрифтом и обозначенные позицией 1112). Таким образом, если левый процессор находится в фазе, будет происходить циклическое воспламенение в шести цилиндрах, а воспламенение в трех цилиндрах будет происходить на последующих оборотах коленчатого вала. Эта модель обеспечит приведение к надлежащей фазе двигателя. На фиг.11В показано воспламенение в цилиндрах, когда левый процессор находится не в фазе. Во время первого оборота 110 коленчатого вала воспламенение происходит во втором, четвертом и первом цилиндрах, управляемых правым процессором. Поскольку левый процессор находится не в фазе, а второй процессор находится в двухтактном режиме, воспламенение в упомянутых цилиндрах во время второго оборота 112 коленчатого вала не происходит.
Фиг.12 демонстрирует способ синхронизации, при котором используется модальность, проиллюстрированная на фиг.11. На начальном обороте 1200 коленчатого вала двигатель устанавливается в четырехтактный режим со сдвигом фаз. Как только начинается второй оборот 1220 коленчатого вала, правый процессор переводится в полудвухтактный режим. Поскольку левый процессор остается в четырехтактном режиме и находится в правильной фазе, сгорание происходит в трех цилиндрах в течение измерительных окон 1225 и 1230. Во время следующего последовательного оборота 1222 коленчатого вала сгорание происходит в шести цилиндрах. Вследствие этого скорость двигателя увеличивается (см. измерительное окно 1235). На следующем обороте 1224 сгорание происходит только в трех цилиндрах, управляемых левым процессором. Таким образом, скорость двигателя не увеличивается (см. измерительное окно 1240). Фиг.12В иллюстрирует способ синхронизации, при котором используется манипулирование, проиллюстрированное на фиг.11. На фиг.12В показан сценарий, согласно которому левый процессор находится не в фазе, а правый процессор находится в фазе. Во время первого оборота 1200 коленчатого вала левый и правый процессоры запускаются в четырехтактном режиме со сдвигом фаз. При инициировании второго оборота 1220 коленчатого вала правый процессор переводится в полудвухтактный режим. Во время второго оборота 1220 сгорание не происходит ни в одном из цилиндров, что приводит к уменьшению скорости двигателя (см. измерительное окно 1230 по сравнению с 1225). Во время следующего оборота 1222 коленчатого вала сгорание происходит в трех цилиндрах, управляемых правым процессором, а скорость двигателя немного возрастает. Вследствие этого скорость двигателя увеличивается (см. измерительное окно 1235). На следующем обороте 1224 сгорание не происходит ни в одном из цилиндров, а скорость двигателя уменьшается (см. измерительное окно 1240). Фиг.12А и 12В иллюстрируют, что за счет использования манипуляции, показанной фиг.11, можно обнаружить увеличение и уменьшение сигнатуры скорости двигателя. Это увеличение и уменьшение сигнатуры скорости двигателя обеспечивает определение надлежащей фазы двигателя. Сразу же после определения фазы двигателя происходит коррекция процессора, находящегося не в фазе, и оба процессора переключаются в обычный четырехтактный режим.
Фиг.13 иллюстрирует еще один вариант осуществления способа манипулирования последовательностью воспламенения в левом и правом блоках цилиндров. В соответствии с этим манипулированием команды впрыска топлива проходят во всех двенадцати цилиндрах в каждом положении ВМТ каждого цилиндра. Это называется истинным двухтактным режимом. Эта манипуляция приводит к сгоранию в шести цилиндрах во время первого оборота 110 коленчатого вала и второго оборота 112 коленчатого вала. Во время первого оборота 110 коленчатого вала в цилиндрах 1300 происходит воспламенение, тогда как цилиндры 1302, получают команду впрыска топлива, но из-за механических ограничений топливо в цилиндры не впрыскивается. Во время второго оборота 112 коленчатого вала в цилиндрах 1306 происходит зажигание, а в цилиндрах 1308 проходит команда впрыска топлива, хотя топливо в эти цилиндры не впрыскивается.
На фиг.14 показан способ синхронизации, воплощающий манипулирование, показанное на фиг.13. Во время первого оборота 1400 коленчатого вала оба процессора - левый и правый - получают команды, направленные на осуществление воспламенения в истинном двухтактном режиме. Таким образом, воспламенение происходит в шести цилиндрах на протяжении измерительного окна 1245. Поскольку воспламенение происходит в истинном двухтактном режиме воспламенение происходит в шести цилиндрах, оперативный контроль во время двухтактного режима не покажет увеличение или уменьшение скорости двигателя. Таким образом, во время синхронизации можно использовать еще одно манипулирование. Для воплощения этого примера первый и второй процессоры 310, 320 устанавливают в полудвухтактный режим. Поскольку левый и правый процессоры обеспечивают воспламенение в первых трех цилиндрах, на протяжении второго оборота 1410 скорость двигателя возрастает, как показано в измерительном окне 1430. Во время следующего оборота 1415 воспламенение происходит в шести цилиндрах, а скорость двигателя увеличивается (см. измерительное окно 1435). Скорость двигателя уменьшается во время следующего оборота 1420, как показано в измерительном окне 1440. Это увеличение и уменьшение скорости двигателя обеспечивает определение фазы двигателя. Если один из процессоров находится не в фазе, то он устанавливается в надлежащую фазу, и предполагается, что тогда оба процессора работают в обычном четырехтактном режиме.
Возвращаясь к фиг.5, следует отметить, что в конкретном варианте осуществления процессор сигналов содержит, по меньшей мере, один обрабатывающий модуль, конфигурация которого обеспечивает генерирование сигнала коленчатого вала из, по меньшей мере, одного датчика коленчатого вала (не показано), и конфигурация, по меньшей мере, одного обрабатывающего модуля 330 обеспечивает генерирование моделируемого сигнала 332 кулачка. Моделируемый сигнал кулачка в типичном случае является сигналом, который генерируется в начале каждого оборота коленчатого вала. В примере 12-цилиндрового двигателя с V-образным расположением цилиндров левый процессор 310 и правый процессор 320 имеют конфигурацию, обеспечивающую управление последовательностью воспламенения при впрыске топлива. Соответственно, в типичном варианте осуществления для левого и правого процессоров 310, 320 сохраняются разные режимы манипулирования, описанные со ссылкой на фиг.6, 9, 11 и 13. Каким будет манипулирование (модальность) левого и правого процессоров 310, 320 - это определяет главный процессор 340. Таблица, показанная на фиг.15, иллюстрирует пример единиц сообщения, которые можно использовать для построения кадра сообщения, который посылается из главного процессора 340 в левый и/или правый процессоры 310, 320. На фиг.16 представлена таблица единиц сообщения, которые можно использовать для построения кадра сообщения, который посылается из левого и/или правого процессоров 310, 320 в главный процессор 340. На фиг.17 показан ряд функций, основанных на настройках, показанных на фиг.15 и 16 и обеспечивающих управление синхронизацией двигателя. Обратим внимание на функцию 1700, являющуюся функцией, управляющую той модальностью, которую будет допускать каждый процессор (т.е. управляющую четырехтактным режимом, полудвухтактным режимом, истинным двухтактным режимом), и тем оборотом, который каждый процессор будет считать первым оборотом. Важно, чтобы левый процессор 310, правый процессор 320 и главный процессор 340 «одинаково понимали» то, какой оборот коленчатого вала является первым оборотом, а какой оборот коленчатого вала является вторым оборотом. Чтобы пометить эти обороты, процессор 330 сигналов генерирует в начале каждого оборота сигнал, называемый моделируемым сигналом 332 кулачка. Моделируемый сигнал 332 кулачка содержит серию сигналов прямоугольной формы высокого и низкого уровня. Договоримся, что сигналы высокого уровня обозначаются как нечетные, а сигналы низкого уровня обозначаются как четные. При запуске двигателя блок 300 контроллера двигателя не может определить, какой оборот является первым оборотом в последовательности воспламенения. Таким образом, пользуясь определением функций 1700, можно установить левый и правый процессоры 310, 320 на конкретный режим манипулирования для определения надлежащей фазы двигателя и достижения вышеописанной синхронизации двигателя. Например, при осуществлении четырехтактного режима со сдвигом фаз, когда левый и правый процессоры находятся не в фазе, строится следующий кадр сообщения:
настройки по умолчанию при запуске являются следующими (ВвД - воспламенение в двигателе):
ВвД = Нуль
режим = нуль
первый оборот = нуль.
Для переключения левого процессора в состояние не в фазе проводят следующие настройки:
ВвД = 1
режим = нуль
первый оборот = 1.
На фиг.15-17 как раз и представлен один пример формулировки сообщения, которое можно воплотить. Используемая формулировка программы не критична в той степени, в какой формулировка программы может обеспечивать желаемые функциональные возможности. На фиг.18 представлена таблица, иллюстрирующая файлы и функцию в главном процессоре 340, в соответствии с типичным вариантом осуществления данного изобретения. На фиг.19 представлена таблица, отображающая файлы и функции в каждом из левого и правого процессоров 310, 320 управления впрыском топлива в соответствии с типичным вариантом осуществления данного изобретения.
В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение относится к устройству и способу измерения ускорения, соответствующего отдельным цилиндрам двигателя, во время эксплуатации двигателя. Многие параметры двигателя, такие, как составляющие впрыска топлива, а также размеры и качество струи топлива и т.п., могут вызывать изменения в качестве сгорания от цилиндра к цилиндру, а также для конкретного цилиндра на протяжении срока службы двигателя. Эти различия могут привести к ухудшению работоспособности двигателя, сгорания топлива и уровней выбросов. Зная ускорение коленчатого вала в интервалах времени, соответствующее каждому цилиндру, можно обеспечивать экстраполяцию важных событий эксплуатации двигателя и его работоспособность, например, но не в ограничительном смысле, оптимизацию тактирования впрыска топлива и качество впрыска топлива. Кроме того, зная ускорение коленчатого вала на протяжении заданного временного окна, можно реализовать один способ синхронизации впрыска топлива посредством управляющего процессора и без потребности в датчике кулачка. В базовом варианте осуществления изобретения ускорение коленчатого вала определяют путем измерения вращательного ускорения вращающегося элемента, такого как маховик коленчатого вала, который содержит множество элементов, отстоящих вокруг маховика коленчатого вала. Один или более датчиков положения коленчатого вала, расположенных вблизи маховика коленчатого вала, генерируют сигналы положения на основании прохождения упомянутых элементов датчиками положения коленчатого вала. С упомянутым одним или более датчиков положения коленчатого вала соединен с возможностью связи процессорный блок, конфигурация которого обеспечивает измерение окна периода времени вращения коленчатого вала. Этот блок предпочтительно имеет конфигурацию, обеспечивающую измерение окон времени вращения, соответствующих каждому цилиндру двигателя. Период времени, в течение которого датчик положения коленчатого вала проходит мимо двух элементов, или период времени, в течение которого датчик положения коленчатого вала проходит мимо заданного количества элементов, дает моменты съема данных, которые обеспечивают расчет для цилиндра, в котором воспламенение происходит неправильно или возникают какие-либо иные проблемы эксплуатации. Время прохождения между элементами на коленчатом валу, соответствующее положению ВМТ конкретного цилиндра, в котором возникают проблемы, будет увеличиваться.
Как упоминалось выше, информацию об ускорении коленчатого вала можно использовать для оперативного контроля рабочей характеристики конкретного цилиндра и устранения проблем эксплуатации путем увеличения или уменьшения количества топлива или изменения тактирования впрыска топлива. В одном варианте осуществления данное изобретение посвящено блоку контроллера двигателя, имеющему конфигурацию, обеспечивающую сбор информации об ускорении коленчатого вала и расчет технической характеристики отдельного цилиндра в сравнении с другими отдельными цилиндрами или всеми цилиндрами в целом. В конкретном варианте осуществления блоку контроллера двигателя придана конфигурация, обеспечивающая генерирование показателя качества сгорания. Этот показатель качества сгорания представляет собой число между 1 и 100 и вычисляется исходя из среднего значения по десяти одинаковым операциям двигателя в ходе испытания двигателя и представляет собой взвешенное среднее значение отсчета импульсов от элемента к элементу с начала времени впрыска до поворота коленчатого вала на 40° после этого, а полученный результат потом делят на средний вычисленный отсчет импульсов, который вычисляют исходя из средней скорости двигателя, измеренной за один полный оборот, и преобразуют в значение, выраженное в процентах. Это число можно нормализовать по данным температуры выхлопа для этого блока цилиндров, а потом скорректировать по давлению воздуха во впускном трубопроводе. Разность между сохраненным значением показателя качества сгорания для конкретного цилиндра и реальным измеренным показателем указывает любые отклонения в качестве сгорания. Это можно потом использовать для вычисления доли количества топлива, на которую следует провести увеличение или уменьшение для каждого из цилиндров, чтобы привести рабочую характеристику этого конкретного цилиндра в соответствие с рабочей характеристикой других цилиндров. Предпочтительными условиями сбора данных о сгорании являются следующие:
(а) температура воды в двигателе стабильна в течение 120-180 секунд и превышает 100°F;
(б) скорость двигателя стабильна в течение 120-180 секунд и превышает 440 об/мин;
3
(в) количество топлива в двигателе стабильно в течение 120-180 секунд и превышает 100 мм/такт и
(г) температура масла в двигателе стабильна в течение 120-180 секунд и превышает 100°F.
Кроме того, разность между сохраненным значением показателя качества сгорания для конкретного цилиндра и реальным измеренным показателем указывает отклонение в качестве сгорания. В общем случае, если отклонение превышает заданное значение, выраженное в процентах (например, превышает значение от 2 до 20%), то воспламенение в этом цилиндре считается неправильным.
На фиг.20 показан один вариант осуществления способа оптимизации рабочей характеристики цилиндра. В соответствии с этим вариантом осуществления способа, значение показателя качества для каждого из цилиндров генерируют 2000 путем сбора и обработки данных различных параметров. Сразу же после генерирования показателя значения показателя качества определяют 2010 значение ускорения для конкретного цилиндра. Это значение ускорения сравнивают 2015 со значением показателя качества. На основании различий, выявленных в результате этапа 2015, вычисляют 2020 надлежащую поправку количества топлива. На основании вычисления, проведенного на этапе 2020, корректируют 2025 количество топлива для отдельных цилиндров.
В еще одном варианте осуществления ускорение цилиндров используют для идентификации неправильного воспламенения во всех цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Обращаясь к схеме последовательности операций, показанной на фиг.21, отмечаем, что на этапе 2100 генерируют значение показателя качества. При этом получают 2110 значение ускорения для отдельного цилиндра. Это значение ускорения сравнивают 2115 со значением показателя качества. На основании этого сравнения можно идентифицировать 2120 любые цилиндры с неправильным воспламенением.
Как указано выше, наблюдение за циклическим ускорением коленчатого вала обеспечивает исключительно высокое разрешение применительно к условиям отдельных цилиндров. Благодаря этому высокому разрешению можно использовать ускорение коленчатого вала в качестве показателя двигателя для вариантов осуществления способа определения фазы двигателя, как описано выше. Описание способов, проиллюстрированных на фиг.7, 8, 10, 12 и 14, требует некоторого показателя для контроля измерений, которым подвергается показатель двигателя за счет манипулирования модальностью левого и правого процессоров. Показателем двигателя, пример которого приведен в описании вышеупомянутых чертежей, является скорость. Однако каждый из способов синхронизации имеет определенные преимущества и определенные ограничения. Например, способ синхронизации в четырехтактном режиме, описанный применительно к фиг.7 и 8, труден в осуществлении во время перехода двигателя от скорости при запуске к его обычной рабочей скорости. Вместе с тем способ синхронизации в четырехтактном режиме обеспечивает плавный запуск. Использование ускорения в цилиндрах в качестве показателя двигателя даст необходимую информацию для реализации варианта осуществления способа синхронизации в четырехтактном режиме даже во время переходного процесса в двигателе. Иными словами, наблюдение за ускорением в цилиндрах, осуществляемое для каждого цилиндра, обеспечит потребителю информацию, касающуюся цилиндров и воспламенения, а также того, в каких цилиндрах нет воспламенения. Эта информация впоследствии обеспечивает возможность вывода о том, какой процессор находится в фазе, ввиду заданных манипуляций последовательностью впрыска, управляемой левым и правым процессорами.
При некоторых обстоятельствах в качестве показателя можно использовать скорость двигателя, чтобы определить фазу двигателя даже во время переходного процесса в двигателе. Использование скорости двигателя в качестве показателя во время переходного процесса требует воплощения полной полудвухтактной модальности, поскольку изменяющаяся скорость двигателя обеспечивает распознаваемую сигнатуру даже при быстрых изменениях в двигателе, т.е. при ускорении до заданной скорости двигателя. На фиг.22а представлен график скорости двигателя, характерный для двигателя, установленного на полный полудвухтактный режим, во время переходного процесса в двигателе. Скорость двигателя на нечетном обороте обозначена кружочками, а скорость двигателя на четном обороте обозначена крестиками. Первый крестик 22-22 отображает среднее значение скорости двигателя в точке 0 и точке 1. Первый кружочек 22-24 отображает среднюю скорость двигателя в точке 1 и точке 2. Вычисляя разности между последовательными кружочками и последовательными крестиками, можно определить оборот, дающий скорость двигателя. Вместе с тем в использовании среднего значения скорости за весь оборот для этого вычисления имеются и недостатки. Например, в некоторых случаях линия, образованная путем соединения сплошных кружочков и крестиков, может оказаться относительно плоской. Эта плоская сигнатура может сделать определение правильной фазы двигателя затруднительным. То есть последовательность (3 последовательных кружочка) - (3 последовательных крестика) может не превышать 0 все время. На фиг.22b представлена модификация вычисленной скорости двигателя. На этом чертеже нечетный и четный обороты представлены как одно значение скорости двигателя, полученное в начале каждого оборота. Хотя это и обуславливает генерирование сигнатуры высокого и низкого уровня с целью определения правильной фазы двигателя, поскольку получается лишь одна точка данных скорости двигателя, этому определению может помешать шум. Чтобы решить эти вопросы шума, получают три выборки в конце каждого оборота, а затем усредняют их, чтобы вычислить скорость двигателя для этого оборота.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления фазу двигателя можно определить и во время переходного состояния двигателя, воспользовавшись средней скоростью двигателя за несколько последовательных оборотов. Запуск двигателя происходит в полном полудвухтактном режиме с использованием средней скорости на обороте 1 коленчатого вала и обороте 2 коленчатого вала (каждому из которых можно присвоить название «нечетный» или «четный»). Вычисления, как правило, проводят после того, как двигатель достигает выходной скорости коленчатого вала двигателя, составляющей 225 об/мин, и используют среднюю скорость при запуске. «Среднюю скорость» вычисляют с помощью следующего уравнения:
На фиг.23 показано воплощение этого алгоритма. В этом случае (сумма скорости двигателя в конце 3-х последовательных оборотов 1 коленчатого вала) - (сумма скорости двигателя в конце 3-х последовательных оборотов 2 коленчатого вала)=(783,9-790,9)=-7,0, и это означает, что нужно скорректировать фазу на 360 градусов сразу же после переключения в четырехтактный режим с одинаковыми фазами.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления фазу двигателя можно определять во время переходного процесса, воспользовавшись ускорением двигателя на обороте 1 коленчатого вала и обороте 2 коленчатого вала (каждому из которых можно присвоить название «нечетный» или «четный»). Запуск двигателя производят после того, как двигатель достигает выходной скорости коленчатого вала двигателя, составляющей 225 об/мин. «Среднюю скорость» вычисляют с помощью нижеследующего уравнения:
«Среднее ускорение» вычисляют путем дифференцирования «Средней скорости»:
«Скользящее среднее ускорение» во время каждого оборота коленчатого вала вычисляют с помощью нижеследующего уравнения:
где i=l - первая выборка (начало) оборота коленчатого вала, a i=N - последняя выборка (конец) оборота коленчатого вала.
Обращаясь к фиг.24, следует отметить, что в этом случае (сумма скользящего среднего ускорения двигателя в конце 3-х последовательных оборотов 1 коленчатого вала) - (сумма скользящего среднего ускорения двигателя в конце 3-х последовательных оборотов 2 коленчатого вала)=(-22,47-168,1)=-190,57, и это означает, что нужно скорректировать фазу на 360 градусов сразу же после переключения в четырехтактный режим с одинаковыми фазами.
Хотя здесь проиллюстрированы и описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, должен быть очевидным тот факт, что такие варианты осуществления представлены лишь в качестве примеров. В рамках объема притязаний описываемого здесь изобретения возможны многочисленные вариации, изменения и замены. Соответственно, предполагается, что изобретение будет ограничено лишь существом и объемом притязаний прилагаемой формулы изобретения. Варианты осуществления можно адаптировать к многочисленным конфигурациям двигателей, включая, но не ограничиваясь ими, 4-, 6-, 8-, 12- и 16-цилиндровые двигатели с прямолинейным расположением цилиндров и 4-, 6-, 8- и 16-цилиндровые двигатели с V-образным расположением цилиндров.