СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ
SYSTEM AND METHOD (EMBODIMENTS) FOR ENGINE

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для оценки давления отработавших газов в двигателе внутреннего сгорания.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Результаты измерения и/или оценки давления отработавших газов, протекающих через выпускной канал двигателя внутреннего сгорания, могут служить входными параметрами для различных стратегий управления транспортным средством для управления работой двигателя. В одном примере двигатель может содержать отдельный датчик давления, установленный в выпускном канале двигателя выше по потоку от каталитического нейтрализатора специально для измерения давления отработавших газов. Достоверные результаты измерения могут быть важны для контроля реализации различных стратегий управления транспортным средством.
Кроме того, чрезмерное давление отработавших газов в двигателе может стать причиной роста насосных потерь и расхода топлива. Наличие ограничений для потока в выпускной системе, например, фильтров твердых частиц, может обострять скачки давления отработавших газов. Например, фильтр твердых частиц ограничивает поток отработавших газов и увеличивает их давление по мере роста скопления сажи в фильтре. Фильтры твердых частиц можно периодически регенерировать для удаления скопившихся твердых частиц. Однако события регенерации могут происходить за счет роста расхода топлива. Поэтому достоверные результаты оценки давления отработавших газов нужны для определения загрязненности фильтра твердых частиц и планирования регенерации фильтра твердых частиц на моменты, оптимальные для минимизации расхода топлива. Достоверные результаты оценки давления отработавших газов также важны для предотвращения и/или сведения к минимуму скачков давления отработавших газов.
Однако некоторые двигатели могут не содержать датчик давления отработавших газов. Наличие отдельного датчика, специально предназначенного для измерения давления отработавших газов, может привести к удорожанию системы двигателя и усложнению управления ею. В подобных примерах давление отработавших газов можно моделировать по другим параметрам работы двигателя, например, массовому расходу всасываемого воздуха, и/или определять по показаниям других датчиков.
Однако авторы настоящего изобретения выявили, что эти модели давления отработавших газов могут иметь погрешности, могущие оказывать каскадный эффект на другие модели, использующие определенное по первой модели значение давления отработавших газов. Например, решения, предусматривающие измерение давления отработавших газов по массовому расходу всасываемого воздуха, могут обеспечивать пониженную достоверность, так как они не учитывают влияние ограничений для потока, например, фильтров твердых частиц, на давление отработавших газов. Кроме того, использование некоторых моделей может быть ограничено интервалом, в котором давление отработавших газов можно моделировать только при определенных параметрах работы двигателя. В результате, точность управления двигателем в зависимости от результатов оценки давления отработавших газов, полученных при работе двигателя вне этого интервала, может быть низкой.
В одном примере вышеуказанные недостатки может преодолеть способ, содержащий шаги, на которых: осуществляют мониторинг периодических волнообразных выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения (ВТО) отработавших газов во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре, оценивают давление отработавших газов по стандартному отклонению и/или средней частоте циклов периодических волнообразных выходных сигналов, и корректируют по меньшей мере один параметр работы двигателя в зависимости от результата оценки давления отработавших газов. Таким образом, с помощью имеющегося датчика двигателя (например, датчика ВТО отработавших газов) можно более достоверно оценивать давление отработавших газов двигателя и, тем самым, повысить точность управления двигателем в зависимости от результатов оценки давления отработавших газов.
В качестве примера, датчик ВТО может представлять собой датчик кислорода в отработавших газах с возможностью измерения парциального давления кислорода в отработавших газах. Контроллер может корректировать количество топлива, впрыскиваемого в один или более цилиндров двигателя, в зависимости от выходных сигналов, полученных от датчика ВТО. Это позволяет регулировать впрыск топлива с обратной связью по показаниям датчика ВТО. При этом, поскольку датчик кислорода измеряет парциальное давление кислорода в пробах отработавших газов, результат измерения количества кислорода датчиком возрастает при росте давления и, как следствие, плотности отработавших газов. Поэтому по колебаниям выходных сигналов датчика ВТО можно определять изменения давления отработавших газов. В частности, выходной сигнал датчика ВТО может представлять собой периодический волнообразный сигнал, возникающий в результате постоянных колебаний заданных значений впрыска топлива от значений беднее стехиометрического до значений богаче стехиометрического. Колебания частоты, и/или амплитуды, и/или стандартного отклонения периодического волнообразного сигнала датчика ВТО могут быть пропорциональны изменениям давления отработавших газов. То есть изменения характеристик волнообразного выходного сигнала датчика ВТО могут быть признаками изменений давления отработавших газов. Затем контроллер может отрегулировать работу двигателя в зависимости от результата определения изменения давления отработавших газов.
В другом варианте способ содержит шаги, на которых: осуществляют мониторинг периодических волнообразных выходных сигналов контроллера подачи топлива во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре, оценивают давление отработавших газов по волнообразным выходным сигналам указанного контроллера и корректируют по меньшей мере один параметр работы двигателя в зависимости от результата оценки давления отработавших газов.
В еще одном варианте система двигателя содержит: датчик кислорода в отработавших газах, одну или более топливных форсунок и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: определения заданного количества топлива для впрыска одной или более топливными форсунками в зависимости от выходных сигналов датчика кислорода в отработавших газах, регулирования одной или более топливных форсунок для впрыска заданного количества топлива, и оценки давления отработавших газов по выходным сигналам датчика кислорода в отработавших газах и/или изменениям заданного количества топлива за некоторый период.
Это позволяет получить более достоверные результаты оценки давления отработавших газов, учитывающие ограничения для потока в выпускной системе. В результате, можно улучшить управление двигателем в зависимости от результатов оценки давления отработавших газов. Кроме того, применение уже имеющегося датчика двигателя для оценки давления отработавших газов вместо специально предназначенного для этого датчика давления позволяет удешевить систему двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие 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 фигур чертежа
На ФИГ. 1 представлена принципиальная схема примера системы двигателя, содержащей датчик воздушно-топливного отношения отработавших газов, по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 2 представлена принципиальная схема примера системы управления подачей топлива для регулирования впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания в зависимости от выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, в системе двигателя и по сигналам датчика воздушно-топливного отношения на ФИГ. 1, по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 3 представлена блок-схема примера способа для оценки давления отработавших газов по выходным сигналам датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, датчика воздушно-топливного отношения на ФИГ. 1, по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 4А представлена первая диаграмма изменений выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов и заданных контроллером подачи топлива количеств впрыскиваемого топлива в условиях изменения давления отработавших газов.
На ФИГ. 4В представлена вторая диаграмма примеров изменений выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов и заданных контроллером подачи топлива количеств впрыскиваемого топлива в условиях изменения давления отработавших газов.
На ФИГ. 4С представлена третья диаграмма примеров изменений выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов и заданных контроллером подачи топлива количеств впрыскиваемого топлива в условиях изменения давления отработавших газов.
На ФИГ. 4D представлена четвертая диаграмма примеров изменений выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов и заданных контроллером подачи топлива количеств впрыскиваемого топлива в условиях изменения давления отработавших газов.
На ФИГ. 5 представлена диаграмма, иллюстрирующая примеры регулирования различных исполнительных устройств двигателя в условиях изменения давления отработавших газов.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для оценки давления отработавших газов в двигателе внутреннего сгорания, например, в системе двигателя на ФИГ. 1. В частности, давление отработавших газов можно оценивать по выходным сигналам датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, датчика кислорода в отработавших газах. По выходным сигналам датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов можно определять количество топлива, которое должно быть впрыснуто в двигатель сгорания (например, во взаимосвязи с необходимым воздушно-топливным отношением). Например, контроллер подачи топлива системы управления подачей топлива, например, системы управления подачей топлива на ФИГ. 2, может корректировать количество впрыскиваемого в двигатель топлива в зависимости от выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения отработавших газов для поддержания необходимого воздушно-топливного отношения. Кроме того, по выходным сигналам датчика воздушно-топливного отношения можно определять изменения давления отработавших газов, как раскрыто в примере алгоритма на ФИГ. 3. На ФИГ. 4A-4D представлены примеры графиков, иллюстрирующих возможные изменения выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения при изменениях давления отработавших газов во времени. Если по выходным сигналам датчика воздушно-топливного отношения будут выявлены изменения давления отработавших газов, контроллер двигателя, например, контроллер подачи топлива, может отрегулировать одно или более исполнительных устройств двигателя.
Обратимся к ФИГ. 1, представляющей собой принципиальную схему 100, изображающую один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, могущего входить в состав силовой установки автомобиля. Двигателем 10 можно по меньшей мере частично управлять с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и входных сигналов от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Пропорциональный сигнал положения педали отражает требуемый водителем крутящий момент, представляющий собой величину крутящего момента, запрошенного водителем 132 транспортного средства. Водитель 132 может запрашивать крутящий момент большей или меньшей величины путем регулирования положения устройства 130 ввода. В одном примере водитель 132 может запросить крутящий момент большей величины путем нажатия на устройство 130 ввода и крутящий момент меньшей величины путем отпускания устройства 130 ввода.
Камера 30 сгорания (то есть цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему передачи. Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 10, с коленчатым валом 40 может быть связан стартер через маховик.
Всасываемый воздух может поступать в камеру 30 сгорания из впускного коллектора 44 через заборный канал 42, а отработавшие газы могут выходить через выпускной коллектор 48 в выпускной канал 80. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может содержать два и более впускных клапана и/или два и более выпускных клапана.
В примере на ФИГ. 1 впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 выполнены с возможностью приведения в действие системами 51 и 53 кулачкового привода соответственно. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут содержать один или более кулачков и могут быть выполнены с возможностью выполнения одной или более из следующих функций: переключение профиля кулачков ППК (CPS), изменение фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), изменение фаз газораспределения ИФГ (VVT) и/или изменение высоты подъема клапанов ИВПК (VVL), которыми может управлять контроллер 12 для регулирования работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут определять датчики 55 и 57 положения соответственно. В других вариантах впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут быть электроприводными. Например, в другом варианте цилиндр 30 может содержать впускной клапан с электроприводом и выпускной клапан с кулачковым приводом, включая системы ППК и/или ИФКР.
В некоторых вариантах осуществления любой из цилиндров двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 30 показан содержащим одну топливную форсунку 66, в которую поступает топливо из топливной системы 172. Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с цилиндром 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса впрыска топлива ДИВТ (FPW) сигнала, полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 68. Так топливная форсунка 66 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск (далее также именуемый «НВ» (DI)) топлива в цилиндр 30 сгорания.
Следует понимать, что в других вариантах форсунка 66 может представлять собой форсунку впрыска во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Следует также понимать, что топливо в цилиндр 30 может поступать из нескольких форсунок, например, из нескольких форсунок впрыска во впускной канал, нескольких форсунок непосредственного впрыска или в той или иной комбинации.
Продолжим описание ФИГ. 1: заборный канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В данном конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может изменять контроллер 12, направляя сигнал на электромотор или привод в составе дросселя 62; данную конфигурацию обычно называют «электронное управление дроссельной заслонкой» ЭУДЗ (ETC). Например, контроллер 12 может содержать табулированную зависимость, связывающую положения устройства 130 ввода с необходимыми положениями дросселя. То есть, в зависимости от положения устройства 130 ввода, контроллер 12 может направить команду приводу дросселя 62 установить дроссельную заслонку 64 в необходимое положение. Таким образом, дросселем 62 можно управлять для изменения количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания и в другие цилиндры двигателя. То есть положение дроссельной заслонки 64 можно регулировать для регулирования количества воздуха, подаваемого в двигатель 10, в зависимости от положения устройства 130 ввода. В частности, дроссельную заслонку 64 можно устанавливать в более открытое положение пропорционально степени нажатия устройства 130 ввода. То есть, когда водитель 130 нажимает педаль акселератора в устройстве 130 ввода, дроссельная заслонка 64 может быть установлена в более открытое положение для увеличения количества воздуха, текущего в цилиндр 30 двигателя. В контексте настоящего описания дроссельной заслонки 64, а также любых других клапанов и регулируемых отверстий, установка клапана в более открытое положение включает в себя увеличение прохода, создаваемого клапаном, и, тем самым, массового расхода текучей среды через этот клапан.
Кроме того, клапаны, о которых идет речь в настоящем описании, могут быть двухпозиционными (например, двухходовыми) и/или бесступенчато-регулируемыми. Двухпозиционные клапаны можно устанавливать либо в полностью открытое, либо в полностью закрытое положение. Полностью открытым является положение, в котором клапан по существу не ограничивает поток, а полностью закрытым - такое положение клапана, в котором он полностью ограничивает поток так, что поток не может проходить через клапан. В отличие от них, бесступенчато-регулируемые клапаны можно открывать частично в разной степени. То есть бесступенчато-регулируемые клапаны можно устанавливать в открытое и закрытое положения, а также в одно или более положений между открытым и закрытым. Таким образом, поперечное проходное сечение бесступенчато-регулируемых клапанов можно регулировать до той или иной величины путем установки клапана в различные положения между открытым и закрытым, при этом, проход, создаваемый клапаном, или его поперечное проходное сечение растет по мере отклонения в сторону открытого положения от закрытого положения.
При этом следует понимать, что в некоторых примерах контроллер 12 может регулировать положение дросселя 62 и в зависимости от положения устройства 130 ввода, и в зависимости от дополнительных параметров работы двигателя. Например, контроллер 12 может устанавливать дроссельную заслонку 64 в более открытое положение при возрастании нагрузок от вспомогательных агрегатов, например, при росте потребности в кондиционировании воздуха и, как следствие, в подаче электроэнергии в компрессор кондиционера воздуха. В качестве другого примера, контроллер 12 может регулировать дроссельную заслонку 64 в зависимости от величины наддува, создаваемого турбокомпрессором или нагнетателем двигателя 10. В еще одном примере контроллер 12 может регулировать дроссельную заслонку 64 в зависимости от давления отработавших газов. Например, контроллер 12 может направлять сигналы на привод дросселя 62 для установки дроссельной заслонки 64 в более закрытое положение при превышении порога давления отработавших газов. Дроссельная заслонка 64 может быть установлена в положение, более закрытое, чем то, что было бы задано контроллером 12 в обычных условиях при ЭУДЗ, когда учитывают только управляющие сигналы водителя 130 через устройство 132 ввода. Закрытие дросселя 62 позволяет снизить давление отработавших газов.
Контроллер 12 также может регулировать количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр 30 форсункой 66, в зависимости от положения дроссельной заслонки 64 и количества воздуха, текущего в цилиндр 30 двигателя, для достижения необходимого воздушно-топливного отношения. В некоторых примерах необходимым воздушно-топливным отношением может быть стехиометрическое (например, воздушно-топливное отношение 14.7:1).
Контроллер 12 может получать информацию о положении дроссельной заслонки 64 в виде сигнала положения дросселя (ПД) от датчика 65 положения дросселя, могущего быть физически соединенным с дросселем 62 для измерения положения дроссельной заслонки 64. Заборный канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха для выдачи результата измерения количества воздуха, текущего в цилиндр 30. В некоторых примерах датчик 120 массового расхода воздуха может быть расположен в заборном канале 42, как в примере на ФИГ. 1. При этом в других примерах датчик 120 массового расхода воздуха может быть расположен во впускном коллекторе 44. Датчик 122 давления воздуха в коллекторе может быть расположен во впускном коллекторе 44 для выдачи показания давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP).
В некоторых примерах система 10 двигателя может содержать турбокомпрессор и/или нагнетатель. В примере на ФИГ. 1 система 10 двигателя показана содержащей турбокомпрессор. Турбокомпрессор содержит компрессор 90, расположенный в заборном канале 42, соединенный с турбиной 94, расположенной в выпускном канале 80. Отработавшие газы, текущие по выпускному каналу 80, могут вращать турбину 94, которая может быть соединена с компрессор 90 посредством вала 96 или иной механической тяги. Вращаясь, турбина 94 приводит во вращение компрессор 90, а при вращении компрессора 90 происходит сжатие всасываемого воздуха, подаваемого в дроссель 62. То есть компрессор 90 выполнен с возможностью повышения давления воздуха, поступающего из заборного канала 42, до уровня выше барометрического давления БД (BP). Величина давления, до которого повышают давление всасываемого воздуха, в настоящем описании может именоваться «давление наддува». Величину наддува, создаваемого компрессором 90, можно регулировать посредством регулятора 168 давления наддува, расположенного в перепускном канале 166 турбины 94.
Перепускной канал 166 может быть соединен противоположными концами с выпускным каналом 80 в обход турбины 94, создавая путь для прохождения отработавших газов в обход турбины 94. Регулятор 168 давления наддува может быть расположен в перепускном канале 166 для регулирования количества газов, текущих по перепускному каналу 166, и, следовательно, через турбину 94. Регулятор 168 давления наддува можно устанавливать в более открытое положение для увеличения количества газов, текущих через перепускной канал 166, и уменьшения количества газов, текущих через турбину 94. И наоборот, регулятор 168 давления наддува можно устанавливать в более закрытое положение для увеличения количества газов, текущих через турбину 94 и уменьшения количества газов, текущих через перепускной канал 166. Таким образом, открытие регулятора 168 давления наддува позволяет сократить число оборотов турбины 94 и, тем самым, величину наддува, создаваемого компрессором 90. И наоборот, закрытие регулятора 168 давления наддува позволяет увеличить число оборотов турбины 94 и величину наддува, создаваемого компрессором 90. Контроллер 12 может быть электрически соединен с приводом регулятора 168 давления наддува. Положение регулятора 168 давления наддува может регулировать данный привод по сигналам от контроллера 12.
В одном примере контроллер 12 может устанавливать регулятор 168 давления наддува в более открытое положение для снижения давления отработавших газов в выпускном канале 80. В частности, при превышении порога давления отработавших газов, контроллер 12 может установить регулятор 168 давления наддува в более открытое положение для снижения давления отработавших газов.
Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания по сигналу опережения зажигания O3 (SA) от контроллера 12 в определенных режимах работы. Несмотря на то, что на фигуре показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах камера 30 сгорания, либо одна или более других камер сгорания двигателя 10, могут работать в режиме воспламенения от сжатия, с искрой зажигания или без нее. В дополнительных примерах двигатель 10 может быть выполнен дизельным и может не содержать свечу 92 зажигания.
Расположенный выше по потоку первый датчик 126 воздушно-топливного отношения (ВТО) показан соединенным с выпускным каналом 80 выше по потоку от устройство 70 снижения токсичности выбросов. Расположенный выше по потоку первый датчик 126 ВТО может представлять собой любой датчик, подходящий для определения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, датчик кислорода. Например, датчик 126 ВТО может представлять собой датчик кислорода, например, линейный широкодиапазонный датчик кислорода или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах). Поэтому расположенный выше по потоку первый датчик 126 ВТО в настоящем описании также может именоваться «расположенный выше по потоку первый датчик 126 кислорода». В других примерах датчик 126 ВТО может представлять один или более из следующих датчиков: двухрежимный узкополосный датчик кислорода или ДКОГ (EGO), НДКОГ (HEGO) (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота (NOx), углеводородов или СО. В вариантах осуществления, где датчик 126 ВТО представляет собой датчик кислорода, например, УДКОГ, датчик 126 ВТО выполнен с возможностью создания выходного сигнала, например, сигнала напряжения, пропорционального количеству кислорода в отработавших газах. По данному выходному сигналу контроллер 12 определяет воздушно-топливное отношение отработавших газов.
В частности, парциальное давление кислорода в отработавших газах, отбираемых датчиком 126 ВТО, может быть обратно пропорционально напряжению, генерируемому датчиком 126 и передаваемому в контроллер 12. То есть выходной сигнал напряжения датчика 126 может монотонно убывать при росте количества кислорода в отработавших газах. То есть выходной сигнал напряжения датчика 126 может быть более высоким, если воздушно-топливное отношение богаче стехиометрического (например, воздушно-топливного отношения 14.7:1), и более низким, если воздушно-топливное отношение беднее стехиометрического.
Устройство 70 снижения токсичности выбросов показано расположенным вдоль выпускного канала 80 ниже по потоку от датчика 126 ВТО. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC), выполненный с возможностью восстановления оксидов азота и окисления СО и несгоревших углеводородов. В некоторых вариантах осуществления устройство 70 может представлять собой накопитель оксидов азота, устройства снижения токсичности выбросов иных типов или их комбинацию.
Фильтр 82 твердых частиц может быть установлен ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов и/или включен в состав устройства 70 снижения токсичности выбросов. Фильтр 82 твердых частиц может улавливать твердые частицы, например, сажу. Фильтр 82 твердых частиц может представлять собой фильтр твердых частиц дизельного двигателя ФТЧДД (DPF) и/или фильтр твердых частиц бензинового двигателя ФТЧБД (GPF). По мере скопления сажи на фильтре 82, давление отработавших газов может возрастать. Фильтр 82 может содержать нагреватель 84 для периодической регенерации фильтра 82. Нагреватель 84 может быть электрически соединен с контроллером 12 с возможностью включения по сигналам контроллера 12. Например, при превышении порога давления отработавших газов, контроллер 12 может направлять сигналы на нагреватель 84 для его включения и выжигания твердых частиц, уловленных в фильтре 82. То есть нагреватель 84 можно включать для выжигания твердых частиц, скопившихся на фильтре 82, для регенерации фильтра 82. В некоторых примерах фильтр 82 можно регенерировать через равные интервалы, например, по прошествии порогового периода, количества рабочих циклов двигателя и т.п., и/или в зависимости от параметров работы двигателя, например, давления отработавших газов.
Второй, расположенный ниже по потоку, датчик ВТО 128 показан соединенным с выпускным каналом 80 ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. Расположенный ниже по потоку датчик 128 может представлять собой любой датчик, подходящий для определения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, УДКОГ, ДКОГ, НДКОГ и т.п. В одном варианте осуществления расположенный ниже по потоку датчик 128 представляет собой ДКОГ, выполненный с возможностью указания относительного обогащения или обеднения отработавших газов после прохождения через устройства 70 снижения токсичности выбросов. Показание ДКОГ может представлять собой момент перехода или сигнал напряжения в момент перехода отработавших газов от бедного к богатому воздушно-топливному отношению.
Кроме того, в раскрываемых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) может направлять необходимое количество отработавших газов из выпускного канала 48 в заборный канал 42 и/или впускной коллектор 44 по магистрали 140 РОГ. Количество газов РОГ, подаваемых в заборный канал 42, может регулировать контроллер 12 с помощью клапана 142 РОГ. В магистрали РОГ также может быть установлен датчик РОГ 144 с возможностью выдачи показаний давления, и/или температуры, и/или концентрации отработавших газов. В некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере показанную в виде однокристального постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, в том числе: показание массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения двигателя; сигнал профиля зажигания ПЗ (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (в оборотах в минуту) может формировать контроллер 12 из сигнала ПЗ.
В носитель информации - постоянное запоминающее устройство 106 - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции в долговременной памяти, исполняемые микропроцессором 102 для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1 и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и в соответствии с инструкциями в памяти контроллера 12. Так, контроллер может оценивать давление отработавших газов в выпускном канале 80 по сигналам от датчиков 126 и/или 128 ВТО. В зависимости от давления отработавших газов и/или иных параметров работы двигателя, например, требуемого водителем крутящего момента, наддува, частоты вращения двигателя и т.п., контроллер 12 может отрегулировать регулятор 168 давления наддува, и/или впускной дроссель 62, и/или нагреватель 84 фильтра 82 твердых частиц.
Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом любой его цилиндр может также включать собственный комплект впускных /выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.п.
Далее, на ФИГ. 2, изображена схема, более подробно иллюстрирующая контроллер двигателя, выполненный с возможностью регулирования воздушно-топливного отношения двигателя. В частности, на ФИГ. 2 схематически изображена система 200 управления подачей топлива, содержащая контроллер 202, который может быть аналогичен контроллеру 12, раскрытому выше на примере ФИГ. 1, или схож с ним, направляющий электрические сигналы на одну или более топливных форсунок 266 для регулирования количества топлива, впрыскиваемого в один или более цилиндров двигателя 210. Форсунки 266 могут быть аналогичны топливной форсунке 66, раскрытой выше на примере ФИГ. 1, или быть схожи с ней, а двигатель 210 может быть аналогичен двигателю 10, раскрытому выше на примере ФИГ. 1, или быть схож с ним.
Контроллер 200 может регулировать количество топлива, впрыскиваемого форсунками 266, в зависимости от необходимого воздушно-топливного отношения, например, стехиометрического (14.7:1), и выходных сигналов датчика 250 ВТО. Датчик 250 ВТО в настоящем описании также может именоваться «датчик 250 кислорода в отработавших газах». Датчик 250 ВТО может быть тем же, что и датчик 126 ВТО, раскрытый выше на примере ФИГ. 1, или схож с ним. То есть датчик 250 ВТО может представлять собой НДКОГ, и/или ДКОГ, и/или УДКОГ, или датчик кислорода иного типа, измеряющий количество (например, массу, моли и т.п.) кислорода в отработавших газах в выпускном канале 251. То есть выходные сигналы датчика 250 ВТО могут соответствовать количеству кислорода в отработавших газах. Датчик 250 ВТО может направлять выходной сигнал 208 напряжения, соответствующий количеству кислорода в отработавших газах, в контроллер 202. Таким образом, датчик 250 ВТО может быть электрически соединен с контроллером 200.
Таким образом, может происходить изменение выходных сигналов датчика 250 ВТО в зависимости от концентрации кислорода в отработавших газах и/или плотности отработавших газов. В частности, результат измерения количества кислорода датчиком 250 ВТО может возрастать при росте концентрации кислорода в отработавших газах и/или плотности отработавших газов. Поэтому, даже когда концентрация кислорода в отработавших газах остается по существу постоянной и не равной нулю, рост плотности отработавших газов может вызвать соответствующий рост результата измерения количества кислорода датчиком 250 ВТО. Это обусловлено тем, что при возрастании плотности отработавших газов, растет абсолютное количество (например, масса) газов, в том числе кислорода, на единицу объема пробы отработавших газов.
В частности, выходной сигнал 208 напряжения, формируемый датчиком 250 ВТО, может возрастать при уменьшении количества кислорода в отработавших газах. Аналогичным образом, выходной сигнал напряжения датчика 250 ВТО может убывать при росте количества кислорода в отработавших газах, как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 4A-4D. Количество кислорода в отработавших газах может возрастать при росте давления отработавших газов. То есть выходной сигнал напряжения датчика 250 ВТО может убывать при росте давления отработавших газов при данном воздушно-топливном отношении и/или концентрации кислорода, как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 4A-4D.
При этом следует понимать, что может не происходить изменение результата измерения количества кислорода датчиком ВТО в связи с изменениями плотности отработавших газов, когда содержание кислорода в отработавших газах по существу отсутствует (например, равно нулю). То есть когда отработавшие газы не содержат кислород, изменения плотности отработавших газов могут не влиять на результат измерения количества кислорода датчиком 250 ВТО, так как количество кислорода остается без изменений (равным нулю), когда отработавшие газы не содержат кислород.
Каталитический нейтрализатор 270, могущий представлять собой устройство 70 снижения токсичности выбросов, раскрытое выше на примере ФИГ. 1, или быть схожим с ним, функционирует для очистки отработавших газов перед их сбросом в атмосферу, как подробнее раскрыто выше на примере ФИГ. 1. Прочие датчики, в целом обозначенные номером позиции 201, направляют в контроллер 202 дополнительную информацию о работе двигателя, например, о положении коленчатого вала, угловой частоте вращения коленчатого вала, положении дросселя и т.п. Контроллер 202 использует информацию от этих датчиков для управления работой двигателя.
Датчик 215 массового расхода воздуха, расположенный на воздухозаборе двигателя 210, определяет количество воздуха, подаваемого в цилиндры для сгорания. Контроллер 202 показан выполненным с возможностью электрической связи с датчиками 250 ВТО и форсунками 266 для регулирования количеств впрыскиваемого топлива в зависимости от выходных сигналов датчика 250 ВТО. Контроллер 202 может содержать один или более микроконтроллеров, каждый из которых состоит из одной или более интегральных схем, образующих процессорное устройство, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), хранящее параметры конфигурации и программы, исполняемые процессорным устройством, схемы обработки данных с внешних устройств и временное оперативное запоминающее устройство для хранения динамически изменяющихся данных. Указанные микроконтроллеры обычно содержат встроенные средства аналого-цифрового преобразования с возможностью преобразования аналоговых сигналов от датчиков и подобных устройств в выраженные в цифровом виде значения, а также таймер/счетчики для создания заданных по времени прерываний.
Микроконтроллер 207 также может входить в состав контроллера 202 для реализации пропорционально-интегрального ПИ (Р-I) регулирования впрыска топлива в замкнутом контуре с обратной связью для поддержания воздушно-топливного отношения на уровне необходимого, например, стехиометрического. Микроконтроллер 207 может содержать пропорциональный элемент 221, интегральный элемент 222 и сумматор 220 для суммирования выходных сигналов пропорционального и интегрального элементов.
Датчик 250 ВТО формирует выходные сигналы напряжения с возможностью передачи их в устройство 224 сравнения. Выходные сигналы напряжения датчика 250 ВТО могут представлять собой необработанные нефильтрованные выходные сигналы датчика 250. В некоторых примерах система 200 управления подачей топлива может содержать модуль 253 датчика ВТО с возможностью электрического соединения с датчиком 250 ВТО для преобразования выходных сигналов датчика 250. В частности, модуль 253 датчика ВТО может содержать инструкции в долговременной памяти для корректировки выходных сигналов датчика 250 ВТО с поправкой на изменения давления отработавших газов. Как разъяснялось выше, изменения давления отработавших газов могут влиять на выходной сигнал датчика 250 ВТО, даже если концентрация кислорода в отработавших газах остается без изменений. Модуль 253 датчика ВТО может корректировать сигнал, передаваемый в устройство 224 сравнения, с поправкой на такие изменения давления отработавших газов. В качестве примера, модуль 253 датчика ВТО может корректировать выходной сигнал напряжения датчика ВТО в сторону более высокого напряжения, соответствующего более низкому количеству кислорода, в связи с возрастанием давления отработавших газов.
При этом в других примерах система 200 управления подачей топлива может не содержать модуль 253 датчика ВТО, при этом выходные сигналы напряжения датчика 250 ВТО можно передавать непосредственно в устройство сравнения без изменения или корректировки. Сигнал, поступающий в устройство 224 сравнения от датчика 250 ВТО, может именоваться «сигнал 208 коэффициента избытка воздуха КИВ (LAMBDA)». В примерах, где система 200 управления подачей топлива содержит модуль 253 датчика, модуль 253 может формировать сигнал КИВ, могущий представлять собой скорректированный выходной сигнал датчика ВТО с поправкой на давление. При этом в примерах, где система 200 управления подачей топлива не содержит модуль 253 датчика ВТО, сигнал КИВ может представлять собой необработанный выходной сигнал напряжения датчика ВТО и может не быть скорректирован с поправкой на давление.
Устройство 224 сравнения принимает сигнал 208 КИВ и формирует сигнал 231 отклонения, отражающий отклонение или разность между результатом измерения воздушно-топливного отношения в виде сигнала КИВ и необходимым воздушно-топливным отношением. Контроллер 202 может изменить сигнал 231 посредством сумматора 223 с учетом сигнала 245 систематической погрешности воздушно-топливного отношения, формируемого функцией 226 формирования систематической погрешности воздушно-топливного отношения. На основе указанного отклонения микроконтроллер 207 формирует пропорциональную и интегральную составляющие посредством пропорционального элемента 221 и интегрального элемента 222 соответственно. Пропорциональный и интегральный элементы используют совместно для формирования сигнала 216 заданного впрыска топлива, именуемого «сигнал краткосрочной корректировки подачи топлива ККПТ (LAMBSE)». В некоторых примерах сигнал ККПТ представляет собой заданное количество топлива для впрыска форсунками. Сигнал ККПТ можно передавать топливным форсункам 266. При этом в других примерах ККПТ представляет собой изменение количества впрыскиваемого топлива относительно текущего количества впрыскиваемого топлива. В таких примерах, например, на ФИГ. 2, сигнал 216 ККПТ может быть передан в сумматор 228, который может скорректировать сигнал 216 ККПТ при помощи функции 225 мониторинга датчика кислорода. Измененный сигнал ККПТ может быть передан в следующий управляющий модуль 229, вычисляющий значение подачи топлива и направляющий полученный в результате вычисления сигнал 217 значения подачи топлива форсункам 266. Примеры графиков сигнала 216 ККПТ и сигнала 208 КИВ приведены ниже на ФИГ. 4A-4D.
В некоторых примерах в контроллере 202 также могут быть реализованы: функция модулирования воздушно-топливного сигнала, показанная в виде позиции 227, функция мониторинга датчика кислорода, показанная в виде позиции 225, и функция формирования систематической погрешности (ВТО), показанная в виде позиции 226.
В примерах, где система 202 управления подачей топлива содержит модуль 253 датчика ВТО, сигнал 208 КИВ может быть по существу не подвержен влиянию изменений давления отработавших газов. Поэтому сигнал ККПТ, формируемый на основе сигнала КИВ, может оставаться по существу без изменений при постоянных концентрациях кислорода в условиях изменения давления отработавших газов. При этом в контроллер 202 может поступать необработанный выходной сигнал непосредственно от датчика 250 ВТО даже при наличии модуля 253. То есть контроллер 202 может принимать периодические волнообразные выходные сигналы от датчика 250, которые не были скорректированы или изменены модулем 253. Таким образом, контроллер 202 может принимать выходные сигналы непосредственно от датчика 250 даже при наличии модуля 253. Поэтому данные выходные сигналы могут не быть скорректированы с поправкой на изменения давления отработавших газов. По колебаниям таких необработанных выходных сигналов датчика контроллер 202 может оценивать давление отработавших газов даже при наличии модуля 253. Таким образом, датчик 250 ВТО выполнен с возможностью электрического соединения непосредственно с контроллером 202 даже при наличии модуля 253 датчика ВТО. То есть датчик 250 ВТО выполнен с возможностью электрического соединения непосредственно с контроллером 202 и с модулем 253. В свою очередь, модуль также выполнен с возможностью электрического соединения непосредственно с контроллером 202. При этом контроллер 202 может оценивать давление отработавших газов по входным сигналам, полученным непосредственно от датчика 250 ВТО, и определять количество топлива для впрыска форсунками 266 по скорректированному выходному сигналу датчика ВТО, полученному от модуля 253 датчика ВТО.
При этом в других примерах, не содержащих модуль 253, возможно изменение сигнала КИВ при по существу постоянных концентрациях кислорода, если происходит изменение давления отработавших газов. Соответствующее изменение сигнала ККПТ будет происходить в связи с изменениями давления отработавших газов. Как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 3-5, контроллер 202 может оценивать давление отработавших газов по необработанному выходному сигналу напряжения датчика 250 ВТО. При этом в примерах, где модуль 253 отсутствует, контроллер 202 может, дополнительно или взамен, оценивать давление отработавших газов по сигналу 216 ККПТ.
На ФИГ. 3 раскрыт пример способа 300 для оценки давления отработавших газов по выходным сигналам датчика ВТО отработавших газов (например, датчика 126 ВТО, раскрытого выше на ФИГ. 1). Инструкции для реализации способа 300 может выполнять контроллер (например, контроллер 12, раскрытый выше на ФИГ. 1) в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1. Контроллер может задействовать исполнительные устройства двигателя в системе двигателя для регулирования работы двигателя согласно раскрытым ниже способам.
Выполнение способа 300 начинают на шаге 302, включающем в себя измерение и/или оценку параметров работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить: количество впрыскиваемого топлива, и/или необходимое воздушно-топливное отношение, и/или давление наддува, и/или положение впускного дросселя (например, дросселя 62, раскрытого выше на ФИГ. 1), давление отработавших газов, загрязненность фильтра твердых частиц (например, фильтра 82 твердых частиц, раскрытого выше на ФИГ. 1), частота вращения двигателя и т.п.
Оценив и/или измерив параметры работы двигателя, способ 300 может перейти с шага 302 на шаг 304, на котором проверяют, имеют ли место состояния установившегося режима двигателя. В число состояний установившегося режима двигателя могут входить состояния, в которых частота вращения двигателя и/или требуемый водителем крутящий момент остаются по существу без изменений в течение порогового периода. То есть способ 300 на шаге 304 может предусматривать проверку того, остаются ли требуемый водителем крутящий момент и/или частота вращения двигателя в пределах порогового диапазона в течение порогового периода. Требуемый водителем крутящий момент можно оценивать по положению педали акселератора (например, устройства 132 ввода, раскрытого выше на ФИГ. 1), определяемому датчиком положения педали (например, датчиком 134 положения педали, раскрытым выше на ФИГ. 1). Показание частоты вращения двигателя может быть получено от датчика частоты вращения двигателя, например, датчика 118 на эффекте Холла, раскрытого выше на ФИГ. 1. В случае выхода колебаний частоты вращения двигателя и/или требуемого водителем крутящего момента за пределы порогового диапазона, можно установить, что состояния установившегося режима отсутствуют. Если состояния установившегося режима двигателя отсутствуют, способ 300 переходит с шага 304 на шаг 306, на котором давление отработавших газов не оценивают по сигналам ККПТ или КИВ. Как раскрыто выше на примере ФИГ. 2, сигнал ККПТ представляет собой заданное количество впрыскиваемого топлива, а необработанный сигнал КИВ - выходной сигнал напряжения датчика ВТО без поправки на давление. Затем способ 300 совершает возврат.
Если на шаге 304 будет установлено, что состояния установившегося режима двигателя имеют место, способ 300 может перейти с шага 304 на шаг 305, на котором проверяют, происходит ли регулирование подачи топлива в замкнутом контуре. То есть способ 300 на шаге 305 может предусматривать проверку того, осуществляет ли контроллер регулирование подачи топлива с обратной связью по выходным сигналам датчика ВТО. Контроллер может переходить от регулирования подачи топлива в замкнутом контуре к регулированию подачи топлива в разомкнутом контуре и наоборот при изменении параметров работы двигателя. Например, во время отсечки топлива в режиме замедления, контроллер может перейти к регулированию подачи топлива в разомкнутом контуре. Во время регулирования подачи топлива в разомкнутом контуре контроллер может не корректировать количество впрыскиваемого топлива в зависимости от выходных сигналов датчика ВТО и может впрыскивать необходимое количество топлива в соответствии с массовым расходом воздуха и табулированной зависимостью, устанавливающей соотношение массового расхода воздуха и необходимого количества впрыскиваемого топлива.
Если будет установлено, что регулирование подачи топлива в замкнутом контуре не происходит, и то, что система управления подачей топлива работает в режиме регулирования в разомкнутом контуре, способ 300 может перейти с шага 305 на шаг 307, на котором оценивают давление отработавших газов по изменениям необработанного сигнала КИВ. Во время работы двигателя в состояниях установившегося режима, в которых массовый расход воздуха и требуемый водителем крутящий момент по существу постоянны, заданное количество впрыскиваемого топлива во время регулирования в разомкнутом контуре может оставаться по существу без изменений. Поэтому колебания необработанного выходного сигнала КИВ датчика ВТО могут быть обусловлены колебаниями давления отработавших газов. Таким образом, давление отработавших газов можно определять по изменениям необработанного выходного сигнала датчика ВТО во время регулирования подачи топлива в разомкнутом контуре, когда массовый расход воздуха во впускной системе двигателя по существу постоянен. То, что давление отработавших газов растет, может быть установлено на основании роста количества кислорода согласно необработанному выходному сигналу КИВ датчика ВТО, а то, что оно падает - на основании уменьшения количества кислорода согласно необработанному выходному сигналу КИВ датчика ВТО. То есть, давление отработавших газов может возрастать при возрастании выходного сигнала напряжения датчика ВТО и наоборот.
При этом в других примерах способ 300 на шаге 307 может предусматривать невыполнение оценки давления отработавших газов и фиксацию результатов оценки давления отработавших газов. В некоторых примерах давление отработавших газов можно оценивать только во время регулирования воздушно-топливного отношения в замкнутом контуре без возможности актуализации или оценки во время регулирования в разомкнутом контуре. То есть значение последнего по времени результата оценки давления отработавших газов до начала регулирования воздушно-топливного отношения в разомкнутом контуре можно применять для оценки давления отработавших газов в течение всего периода регулирования воздушно-топливного отношения в разомкнутом контуре. Затем способ 300 совершает возврат.
Если будет установлено, что система управления подачей топлива находится в режиме регулирования подачи топлива в замкнутом контуре, способ 300 может перейти с шага 305 на шаг 308, на котором осуществляют мониторинг необработанного сигнала КИВ и/или сигнала ККПТ за некоторый период. Как раскрыто выше, необработанный сигнал КИВ соответствует выходному сигналу напряжения датчика ВТО, отражающему количество кислорода в отработавших газах. Необработанный сигнал КИВ не скорректирован с поправкой на давление, то есть он не был изменен или сформирован модулем датчика ВТО, например, модулем 253 датчика ВТО, раскрытым выше на ФИГ. 2, корректирующим необработанный сигнал КИВ в зависимости от давления отработавших газов.
В некоторых примерах период, о котором идет речь на шаге 308, может представлять собой некоторое количество времени (например, временной интервал). В еще одном примере указанный период может представлять собой некоторое число циклов сигналов КИВ и/или сигнала ККПТ. Как показано на ФИГ. 4А-4D, сигналы КИВ и/или ККПТ могу представлять собой периодические волнообразные сигналы. При колебании давления отработавших газов могут происходить изменения частоты и амплитуды сигналов КИВ и/или ККПТ. При этом сигналы КИВ и/или ККПТ могут сохранять периодическую волнообразную форму во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре при колебании заданного количества впрыскиваемого топлива от более богатых до более бедных значений необходимого воздушно-топливного отношения (например, стехиометрического) и наоборот. В некоторых примерах указанный период может составлять ровно один цикл (например, один период) сигналов КИВ и/или ККПТ. В еще одном примере указанный период может представлять собой по меньшей мере один цикл сигналов КИВ и/или ККПТ. В еще одном примере указанный период может представлять собой переходный цикл, одна половина которого относится к сигналам КИВ и/или ККПТ. В дополнительных примерах указанный период может составлять более двух циклов КИВ и/или ККПТ. В дополнительных примерах указанный период может представлять собой некоторое число рабочих циклов двигателя, рабочих циклов цилиндра и т.п. Например, указанный период может представлять собой рабочий цикл одного из цилиндров двигателя. В еще одном примере указанный период может включать в себя рабочие циклы двух или более цилиндров двигателя. В дополнительных примерах указанный период может представлять собой полный рабочий цикл двигателя, в котором все цилиндры двигателя совершают один рабочий цикл. В дополнительных примерах указанный период может включать в себя несколько рабочих циклов двигателя.
Осуществив мониторинг необработанных сигналов КИВ и/или ККПТ за указанный период, способ 300 переходит с шага 308 на шаг 310, на котором определяют изменение сигнала ККПТ в момент перехода. Как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 4A-4D, момент перехода сигнала ККПТ может представлять собой момент времени, в который сигнал КИВ переходит от значения беднее уставки к значению богаче уставки, в связи с чем сигнал ККПТ переходит от значения богаче стехиометрического к значению беднее стехиометрического, и наоборот. Уставка для сигнала КИВ может быть задана контроллером. Сигнал КИВ можно сравнить с этой уставкой для определения сигнала ККПТ. В частности, по отклонению текущего сигнала КИВ от этой уставки могут быть сформированы пропорциональная и интегральная составляющие, применяемые в контуре регулирования с обратной связью для формирования сигнала ККПТ, как раскрыто выше на примере ФИГ. 2.
Когда значение сигнала КИВ беднее уставки, сигнал ККПТ может представлять собой команду увеличения впрыска топлива для обогащения воздушно-топливного отношения (например, уменьшения воздушно-топливного отношения). И наоборот, когда значение сигнала КИВ богаче уставки, сигнал ККПТ может представлять собой команду уменьшения впрыска топлива для обеднения воздушно-топливного отношения (например, увеличения воздушно-топливного отношения). В некоторых примерах уставка может представлять приблизительно стехиометрическое воздушно-топливное отношение. При этом в некоторых примерах уставку можно корректировать для эксплуатации двигателя на смеси богаче или беднее стехиометрической.
Изменение ККПТ в момент перехода может представлять собой величину изменения сигнала ККПТ в момент перехода сигнала КИВ от значения богаче уставки к значению беднее уставки или наоборот, или в пределах порогового периода от такого перехода. В некоторых примерах способ 300 на шаге 310 может предусматривать определение изменения сигнала ККПТ только в один момент перехода за период мониторинга сигнала ККПТ. В других примерах способ 300 на шаге 312 предусматривает вычисление изменения сигнала ККПТ в двух или более моментах перехода за период мониторинга сигнала ККПТ на шаге 308. В еще одном примере способ 300 на шаге 310 может предусматривать вычисление изменения сигнала ККПТ в каждый из моментов перехода за период мониторинга сигнала ККПТ на шаге 308. В дополнительных примерах способ 300 на шаге 310 может предусматривать вычисление среднего значения изменений сигнала ККПТ в двух или более моментах перехода за период мониторинга сигнала ККПТ на шаге 308.
Затем способ 300 может перейти с шага 310 на шаг 312, на котором определяют амплитуду сигналов КИВ и/или ККПТ. В некоторых примерах способ 300 может предусматривать определение амплитуды сигналов КИВ и/или ККПТ только для одного цикла одного или более сигналов. В других примерах способ 300 может предусматривать вычисление амплитуды для каждого цикла двух или более сигналов КИВ и/или ККПТ за указанный период. В дополнительных примерах способ 300 может предусматривать усреднение амплитуд сигналов КИВ и/или ККПТ за указанный период или части указанного периода. В еще одном примере способ 300 на шаге 312 может предусматривать определение величины разности пиков и впадин за цикл сигналов КИВ и/или ККПТ. В других примерах усредняют величины разности пиков и впадин за два или более цикла сигналов КИВ и/или ККПТ во время указанного периода. Способ 300 на шаге 312 может дополнительно или взамен предусматривать вычисление стандартного отклонения сигналов ККПТ и КИВ. Стандартное отклонение можно вычислять для одного или более полных периодов, части периода, одного цикла, нескольких циклов или части цикла сигналов.
Затем способ 300 может перейти на шаг 314, на котором определяют частоту и/или период сигналов КИВ и/или ККПТ. Период может представлять собой количество времени для завершения одного цикла сигнала КИВ и/или ККПТ. При этом в некоторых примерах способ 300 на шаге 314 может предусматривать определение частоты и/или периода переходных циклов сигналов КИВ и/или ККПТ. Как раскрыто выше на шагах 312 и 310, частоту и/или периоды сигналов КИВ и/или ККПТ можно вычислять для каждого цикла, частей цикла, нескольких циклов, и/или усреднять значения за несколько циклов и т.п.
Затем способ 300 может перейти с шага 314 на шаг 315, на котором фильтруют сигналы КИВ и/или ККПТ по барометрическому давлению и/или высоте над уровнем моря.
Затем способ 300 может перейти с шага 315 на шаг 316, на котором определяют давление отработавших газов по изменениям сигналов КИВ и/или ККПТ, а не по результатам измерения от датчика давления отработавших газов. Таким образом, в некоторых примерах давление отработавших газов можно оценивать только по выходным сигналам датчика ВТО. В некоторых примерах контроллер может содержать табулированную зависимость, устанавливающую соотношения между частотой, и/или периодом, и/или амплитудой и т.п., сигналов КИВ и/или ККПТ и давлением отработавших газов. То есть по амплитуде, и/или частоте, и/или периоду и т.п. сигналов КИВ и/или ККПТ, контроллер может определять давление отработавших газов с помощью этой табулированной зависимости. В еще одном примере контроллер может определять давление отработавших газов по изменениям частоты, и/или периода, и/или амплитуды сигналов КИВ и/или ККПТ за указанный период. Например, давление отработавших газов может возрастать при росте амплитуды сигналов КИВ и/или ККПТ и/или частоты и, как следствие, уменьшении периода сигналов КИВ и/или ККПТ. То есть контроллер может определить динамику сигналов КИВ и/или ККПТ за указанный период и по относительным изменениям сигналов за указанный период определить колебания давления отработавших газов.
Затем способ 300 может перейти с шага 316 на шаг 318, на котором корректируют по меньшей мере один параметр работы двигателя в зависимости от результата оценки давления отработавших газов. Например, способ 300 на шаге 318 может предусматривать регулирование впускного дросселя (например, впускного дросселя 62, раскрытого выше на ФИГ. 1), регулятора давления наддува (например, регулятора 168 давления наддува, раскрытого выше на ФИГ. 1) и нагревателя фильтра твердых частиц (например, нагревателя 84 раскрытый выше на ФИГ. 1). Например, контроллер может установить регулятор давления наддува в более открытое положение в связи с ростом давления отработавших газов. В еще одном примере контроллер может установить впускной дроссель в более закрытое положение в связи с ростом давления отработавших газов. В еще одном примере контроллер может запустить регенерацию фильтра твердых частиц и включить нагреватель при превышении порога давления отработавших газов и порога загрязненности фильтра твердых частиц. Закрытие впускного дросселя, открытие регулятора давления наддува и регенерация фильтра твердых частиц позволяют снизить давление отработавших газов. Например, контроллер может отрегулировать положения регулятора давления наддува и/или впускного дросселя путем регулирования сигнала широтно-импульсной модуляции, направляемого из контроллера на соответствующие приводы клапанов. Контроллер может включить нагреватель фильтра твердых частиц посредством сигнала широтно-импульсной модуляции, который может быть направлен в источник энергии для увеличения количества энергии, подаваемой в нагреватель. Затем способ 300 совершает возврат.
На ФИГ. 4A-4D представлены четыре примера диаграмм, иллюстрирующих необработанные выходные сигналы датчика ВТО отработавших газов (например, датчика 126 ВТО, раскрытого выше на ФИГ. 1) в условиях изменения давления отработавших газов во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре. Диаграммы на ФИГ. 4A-4D представляют разные примеры того, как давление отработавших газов может влиять на выходные сигналы датчика ВТО во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре, в котором заданное количество топлива для впрыска в один или более цилиндров двигателя корректируют в зависимости от выходного сигнала датчика ВТО. Кроме того, диаграммы на ФИГ. 4А-4D иллюстрируют изменения заданного количества впрыскиваемого топлива (ККПТ) во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре. Таким образом, сигнал ККПТ можно формировать в зависимости от выходных сигналов датчика ВТО для достижения необходимого воздушно-топливного отношения. Примеры изменений давления отработавших газов представлены графиками 402, 412, 432, и 452 на диаграммах 400, 425, 450 и 475 соответственно. Примеры изменений выходного сигнала датчика ВТО представлены графиками 404, 414, 434 и 454 на диаграммах 400, 425, 450 и 475 соответственно. Примеры изменений сигнала ККПТ представлены графиками 406, 416, 436 и 456 на диаграммах 400, 425, 450 и 475 соответственно.
Графики давления отработавших газов, выходного сигнала датчика ВТО и выходного сигнала ККПТ на ФИГ. 4A-4D построены по горизонтальной оси. По вертикальной оси напряжение выходного сигнала датчика ВТО может возрастать при росте количества кислорода. Значение сигнала ККПТ может становиться богаче при возрастании количества топлива для впрыска, задаваемого данным сигналом.
Уставка датчика ВТО, представляющая собой значение, с которым сравнивают выходной сигнал датчика ВТО для формирования сигнала ККПТ, представлена точечной линией 405 на диаграммах 400, 425, 450 и 475. Уставка может соответствовать приблизительно стехиометрической смеси в примерах, где необходимое воздушно-топливное отношение задано на уровне стехиометрического. Таким образом, указанная уставка может представлять прогнозный выходной сигнал датчика ВТО, который был бы ожидаем в случае соответствия фактического воздушно-топливного отношения указанному необходимому воздушно-топливному отношение. То есть, когда выходной сигнал датчика ВТО будет соответствовать уставке, может быть достигнуто необходимое воздушно-топливное отношение. Когда датчик ВТО обнаруживает, что количество кислорода больше чем то, чтобы было бы при необходимом воздушно-топливном отношении (количество выше точечной линии 405), смесь отработавших газов может быть беднее, чем необходимо. И наоборот, когда датчик ВТО обнаруживает, что количество кислорода меньше чем то, чтобы было бы при необходимом воздушно-топливном отношении (количество ниже точечной линии 405), смесь отработавших газов может быть богаче, чем необходимо.
Количество топлива, которое должно быть задано для достижения необходимого воздушно-топливного отношения, представлено точечной линией 407 на диаграммах 400, 425, 450 и 475. Когда датчик ВТО обнаруживает, что смесь беднее, чем необходимо, сигнал ККПТ может задать количество впрыскиваемого топлива, превышающее необходимое количество впрыскиваемого топлива, для приведения воздушно-топливного отношения к значению, более близкому к необходимому воздушно-топливному отношению. То есть значение сигнал ККПТ может быть богаче стехиометрического (выше точечной линии 407), если датчик ВТО обнаружит, что смесь беднее, чем необходимо. Если воздушно-топливное отношение богаче необходимого, сигнал ККПТ может задать меньшее количество топлива для впрыска для приведения воздушно-топливного отношения к значению, более близкому к необходимому воздушно-топливному отношению. То есть сигнал ККПТ может быть беднее стехиометрического (ниже точечной линии 407), если датчик ВТО обнаружит, что смесь богаче, чем необходимо. Таким образом, из диаграмм на ФИГ. 4A-4D видно, что могут происходить циклические изменения сигналов КИВ и/или ККПТ в сторону обеднения и обогащения в периодической волнообразной форме.
s
s
s
Как показано на ФИГ. 4A-4D, выходной сигнал датчика ВТО и сигнал ККПТ могут представлять собой периодические волнообразные сигналы во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре. Каждый цикл выходного сигнала датчика ВТО содержит пик (максимальное значение, представляющее собой значение максимального обогащения) и впадину (минимальное значение сигнала, представляющее собой значение максимального обеднения). Изменения пиков и впадин для разных циклов датчика ВТО могут происходить в зависимости от давления отработавших газов. Период примера одного цикла обозначен λ. То есть λ обозначает период или длину волны выходного сигнала датчика ВТО. Амплитуду сигнала обозначает A. Амплитуда может представлять собой половину разности или расстояния между следующими друг за другом пиками и впадинами. Отклонение можно определить как целую разность или расстояние между следующими друг за другом пиками и впадинами или двойную амплитуду.
L2
L2
L1
Аналогичным образом, каждый цикл сигнала ККПТ может содержать впадину (минимальное значение) и пик (максимальное значение). Изменение впадин и пиков для разных циклов датчика ВТО может происходить в зависимости от давления отработавших газов. Период примера одного цикла сигнала ККПТ обозначен как λ. То есть λ обозначает период или длину волны сигнала ККПТ. Как раскрыто выше, сигнал ККПТ переходит от значения богаче стехиометрического к значению беднее стехиометрического или наоборот, когда выходной сигнал датчика ВТО переходит через уставку. В частности, когда выходной сигнал датчика ВТО переходит от значения беднее уставки к значению богаче уставки, сигнал ККПТ переходит от значения богаче стехиометрического к значению беднее стехиометрического. И наоборот, сигнал ККПТ переходит значение беднее стехиометрического к значению богаче стехиометрического, когда выходной сигнал датчика ВТО переходит от значения богаче уставки к значению беднее уставки. На ФИГ. 4А обозначены два следующих друг за другом момента перехода. Период между двумя следующими друг за другом моментами перехода может быть определен в настоящем описании как период перехода λ. Таким образом, частота перехода может служить для обозначения того, как часто сигнал ККПТ переходит от значения беднее стехиометрического к значению богаче стехиометрического и наоборот. Иначе говоря, частота перехода может служить для обозначения числа моментов перехода за единицу времени, при этом рост частоты перехода соответствует росту числа моментов перехода за единицу времени.
L1
U2
В момент перехода сигнал ККПТ может превысить стехиометрическое значение на заранее заданную величину. Величина, на которую сигнал ККПТ превышает стехиометрическое значение, может именоваться «топливное смещение». Топливное смещение может представлять собой расстояние между стехиометрическим значением и сигналом ККПТ в конце момента перехода, обозначенном на ФИГ. 4А. Первую амплитуду сигнала ККПТ обозначает A. Первая амплитуда может представлять собой разность или расстояние между пиком и/или впадиной и точечной линией 407 (например, стехиометрическим значением). Вторую амплитуду сигнала ККПТ обозначает A. Вторая амплитуда сигнала ККПТ может представлять собой разность или расстояние между пиком или впадиной и следующим за ними топливным смещением в момент перехода. То есть в момент перехода сигнал ККПТ может перейти от впадины (максимально бедного значения) к значению богаче стехиометрического на величину, образованную топливным смещением, или от пика (максимально богатого значения) к значению беднее стехиометрического на величину, образованную топливным смещением. Отклонение в цикле сигнала ККПТ может быть определено как полная разность или расстояние между следующими друг за другом впадинами и пиками.
Стандартное отклонение сигналов ККПТ и выходных сигналов датчика ВТО может быть определено как величина отклонения сигналов. При росте стандартных отклонений сигнала могут расти амплитуда или отклонения циклов сигналов. То есть разброс между минимальными и максимальными значениями для каждого цикла сигналов может возрастать при росте стандартных отклонений сигнала. Таким образом, по стандартному отклонению нескольких циклов сигнала ККПТ и/или выходного сигнала датчика ВТО можно определять средний разброс сигналов за выбранные циклы. Кроме того, стандартное отклонение, и/или амплитуду, и/или частоту, и/или период, и/или длину волны и т.п., за один или более циклов выходного сигнала датчика ВТО можно сравнить с соответствующими параметрами за другой один или более циклов выходного сигнала датчика ВТО для определения изменений давления отработавших газов. Аналогичным образом, стандартное отклонение, и/или амплитуду, и/или частоту, и/или период, и/или длину волны и т.п., за один или более циклов сигнала ККПТ можно сравнить с соответствующими параметрами за другой один или более циклов сигнала ККПТ для определения изменений давления отработавших газов.
1
4
1
1
1
Например, обратимся сначала к ФИГ. 4А, иллюстрирующей первый вариант того, какие изменения выходных сигналов датчика ВТО и/или сигнала ККПТ могут происходить в условиях изменения давления отработавших газов. В частности, ФИГ. 4А демонстрирует возможные изменения стандартного отклонения или амплитуды выходного сигнала датчика ВТО и/или сигнала ККПТ в условиях изменения давления отработавших газов. Стандартное отклонение и/или амплитуда выходного сигнала датчика ВТО возрастает при росте давления отработавших газов. То есть расстояние от пиков и/или впадин до уставки 405 может расти по мере роста давления отработавших газов. Поэтому давление отработавших газов можно выводить из стандартного отклонения и/или амплитуды выходного сигнала датчика ВТО. Например, контроллер (например, контроллер 12, раскрытый выше на ФИГ. 1) может осуществлять мониторинг выходного сигнал датчика ВТО со времени до t до времени после t. В одном примере контроллер может вычислять стандартное отклонение выходного сигнала датчика ВТО до t, когда давление отработавших газов по существу постоянно. Затем, в момент t, давление отработавших газов может начать расти. Контроллер может продолжить сравнивать стандартное отклонение одного или более циклов выходного сигнала датчика ВТО после t для определения величины роста давления отработавших газов. Как раскрыто выше на примере ФИГ. 3, контроллер может одномоментно или непрерывно актуализировать результаты оценки давления отработавших газов по последнему по времени выходному сигналу датчика ВТО. При этом в других примерах контроллер может актуализировать результаты оценки давления отработавших газов по прошествии некоторого периода, например, некоторого числа циклов выходного сигнала датчика ВТО, по выходным сигналам, полученным в указанный период.
L1
L2
Аналогичным образом, стандартное отклонение сигнала ККПТ может возрастать при росте давления отработавших газов. Контроллер может оценивать давление отработавших газов по изменениям стандартного отклонения сигнала ККПТ так же, как раскрыто выше для выходного сигнала датчика ВТО. Кроме того, контроллер может оценивать давление отработавших газов по изменениям первой амплитуды (A), и/или второй амплитуды (A), и/или отклонению сигнала ККПТ. По мере роста давления отработавших газов, первая амплитуда, вторая амплитуда и отклонение сигнала ККПТ могут расти, как показано на ФИГ. 4А.
2
3
1
На ФИГ. 4В изображен второй вариант возможных изменений выходного сигнала датчика ВТО и/или сигнала ККПТ в условиях изменения давления отработавших газов. В примере на ФИГ. 4В стандартное отклонение, и, как следствие, амплитуда, выходного сигнала датчика ВТО и сигнала ККПТ может возрастать при росте давления отработавших газов. При этом в примере на ФИГ. 4В выходной сигнал датчика ВТО может быть смещен в сторону более высоких уровней кислорода. То есть амплитуда пиков и пики могут быть больше амплитуды впадин и впадины. Иначе говоря, выходной сигнал датчика ВТО может быть сдвинут в сторону более бедных значений (больших содержаний кислорода) при более высоких значениях давления отработавших газов. Таким образом, среднее значение выходного сигнала датчика ВТО при более высоких значениях давления отработавших газов может быть сдвинуто в сторону более высокого значения содержания кислорода, чем среднее значение выходного сигнала датчика ВТО при более низких значениях давления отработавших газов. Как видно из ФИГ. 4В, среднее значение выходного сигнала датчика ВТО между t и t представляет собой более низкое напряжение (отражающее большее содержание кислорода), чем среднее значение выходного сигнала датчика ВТО до t.
2
3
1
Аналогичным образом, среднее значение сигнала ККПТ при более высоком давлении отработавших газов может быть сдвинуто в сторону более богатого значения (больше топлива), чем среднее значение сигнала ККПТ при более низких значениях давления отработавших газов. Как видно из ФИГ. 4В, среднее значение сигнала ККПТ между t и t может быть богаче среднего значения сигнала ККПТ до t.
Следует понимать, что в других примерах выходной сигнал датчика ВТО может быть смещен в сторону более низких уровней кислорода. Таким образом, амплитуда пиков и пики могут быть меньше, чем амплитуда впадин и впадины. Иначе говоря, выходной сигнал датчика ВТО может быть сдвинут в сторону более богатых значений (меньшего содержания кислорода) при более высоком давлении отработавших газов. То есть среднее значение выходного сигнала датчика ВТО при более высоких значениях давления отработавших газов может быть сдвинуто в сторону более низкого значения содержания кислорода, чем среднее значение выходного сигнала датчика ВТО при более низких значениях давления отработавших газов. Аналогичным образом, сигнал ККПТ может быть сдвинут в сторону более бедного значения (меньше топлива), чем среднее значение сигнала ККПТ при более низких значениях давления отработавших газов, когда имеет место смещение выходного сигнала датчика ВТО в сторону более низких значений содержания кислорода при более высоких значениях давления отработавших газов.
2
3
1
1
ФИГ. 4С изображает третий вариант возможных изменений выходного сигнала датчика ВТО и/или сигнала ККПТ в условиях изменения давления отработавших газов. В примере на ФИГ. 4С частота выходного сигнала датчика ВТО и сигнала ККПТ может возрастать при росте давления отработавших газов. Таким образом, длина волны и/или период выходного сигнала датчика ВТО и сигнала ККПТ могут убывать при росте давления отработавших газов. При этом в примере на ФИГ. 4С может не происходить изменение амплитуды выходного сигнала датчика ВТО в условиях изменения давления отработавших газов. В примере на ФИГ. 4С датчик ВТО может представлять собой узкополосный датчик кислорода, например, ДКОГ или НДКОГ. Поэтому датчик ВТО может достигать предельных значений (пиков и впадин) при низких значениях давления отработавших газов. При более высоких значениях давления отработавших газов датчик ВТО может достигать пиков и впадин быстрее, поэтому частота переходных циклов ККПТ может возрасти. Как показано между t и t, когда давление отработавших газов выше, чем до t, частота выходного сигнала датчика ВТО выше, чем до t. При этом амплитуда выходного сигнала датчика ВТО может оставаться приблизительно одинаковой.
2
3
1
2
3
1
Частота сигнала ККПТ может расти при росте давления отработавших газов, при этом его стандартное отклонение и/или амплитуда также растут при росте давления отработавших газов. Как видно из графика 436, частота и стандартное отклонение сигнала ККПТ между t и t больше, чем до t. Поэтому первая амплитуда и вторая амплитуда также могут быть больше между t и t, чем до t.
2
3
1
L2
На ФИГ. 4D изображен четвертый вариант возможных изменений выходного сигнала датчика ВТО и/или сигнал ККПТ в условиях изменения давления отработавших газов. В примере на ФИГ. 4D частота и стандартное отклонение/амплитуда выходного сигнала датчика ВТО и сигнала ККПТ могут возрастать при росте давления отработавших газов. В примере на ФИГ. 4D, как и на ФИГ. 4А и 4В, датчик ВТО может представлять собой широкодиапазонный датчик кислорода, например, УДКОГ, и поэтому может измерять уровни кислорода в более широком диапазоне, чем датчик ВТО на ФИГ. 4С. В связи с этим, амплитуда и/или стандартное отклонение выходных сигналов датчика ВТО могут быть больше при более высоких значениях давления отработавших газов, например, между t и t, чем при более низких значениях давления отработавших газов как, например, до t. Частота выходного сигнала датчика ВТО и сигнала ККПТ также может возрастать при росте давления отработавших газов. Поэтому частота переходных циклов сигнала ККПТ может возрастать при росте давления отработавших газов. Поэтому λ может убывать при росте давления отработавших газов.
На ФИГ. 5 изображена диаграмма 500, иллюстрирующая примеры регулирования различных исполнительных устройств двигателя в условиях изменения давления отработавших газов. Например, в связи с ростом давления отработавших газов может быть запущена регенерация фильтра твердых частиц, и/или впускная дроссельная заслонка может быть установлена в более закрытое положение, и/или регулятор давления наддува может быть установлен в более открытое положение. Диаграмма 500 также иллюстрирует то, как изменения давления отработавших газов могут повлиять на выходные сигналы датчика ВТО, что было подробнее раскрыто выше на примере ФИГ. 4A-4D.
График 502 представляет изменения требуемого водителем крутящего момента, который можно оценивать по входному сигналу от водителя транспортного средства, направляемому через педаль акселератора (например, устройство 132 ввода на ФИГ. 1). График 504 представляет изменения давления отработавших газов, которые можно оценивать по выходным сигналам датчика ВТО (например, датчика 126 ВТО, раскрытого выше на ФИГ. 1) и/или количеству впрыскиваемого топлива, заданному контроллером подачи топлива (сигнал ККПТ). Порог 505 представляет собой пороговое давление отработавших газов, при превышении которого контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) регулирует различные исполнительные устройства двигателя для снижения давления отработавших газов. График 506 представляет изменения выходных сигналов датчика ВТО, а график 508 представляет изменения сигнала ККПТ. Как раскрыто выше на ФИГ. 2, сигнал ККПТ может представлять собой заданное количество впрыскиваемого топлива либо необходимое изменение заданного количества впрыскиваемого топлива. Точечная линия 509 может представлять уставку впрыска топлива, соответствующую необходимому воздушно-топливному отношению (например, стехиометрическому). Таким образом, значения ККПТ выше точечной линии 509 могут соответствовать смеси богаче стехиометрической, а значения ККПТ ниже точечной линии 509 - смеси беднее стехиометрической.
График 510 представляет загрязненность фильтра твердых частиц (например, фильтра 82 твердых частиц раскрытый выше на ФИГ. 1). Загрязненность может соответствовать количеству твердых частиц, скопившихся на фильтре. Загрязненность фильтра твердых частиц можно оценивать по количеству времени, прошедшего с последней по времени регенерации фильтра, и/или по перепаду давления на фильтре. В дополнительных примерах загрязненность фильтра твердых частиц можно оценивать по результату оценки давления отработавших газов, которое можно оценивать по выходным сигналам датчика ВТО. В частности, по мере роста загрязненности фильтра твердых частиц твердыми частицами, поток через фильтр может становиться более ограниченным, в связи с чем растет давление отработавших газов выше по потоку от фильтр. Поэтому загрязненность фильтра может возрастать при росте давления отработавших газов. График 512 представляет изменения регенерации фильтра. Как раскрыто выше на ФИГ. 1, фильтр можно регенерировать путем включения нагревателя и выжигания твердых частиц, скопившихся на фильтре. Порог 511 может представлять уровень загрязненности фильтра твердых частиц, при превышении которого может быть запущена регенерация фильтра. График 514 представляет изменения положения регулятора давления наддува (например, регулятора 168 давления наддува, раскрытого выше на ФИГ. 1), а график 516 представляет изменения положения впускного дросселя (например, впускного дросселя 62, раскрытого выше на ФИГ. 1).
1
1
1
1
1
1
1
До t требуемый водителем крутящий момент может быть по существу низким. Например, водитель может не нажимать педаль акселератора до t, при этом транспортное средство может находиться в режиме отсечки топлива в режиме замедления. Поэтому может не происходить впрыск топлива в двигатель до t. Регулирование подачи топлива может происходить в разомкнутом контуре до t. То есть формирование сигнала ККПТ может происходить на основе заранее заданной величины подачи топлива (например, нулевой), а не на основе выходного сигнала от датчика ВТО. Впускной дроссель может быть по существу закрыт, а массовый расход воздуха в двигатель может быть по существу постоянным (например, нулевым). При этом в других примерах впускной дроссель может быть установлен в открытое положение для снижения насосных потерь. Поэтому задаваемое сигналом ККПТ количество топлива для впрыска может быть нулевым. При этом давление отработавших газов может расти до t. Из-за роста давления отработавших газов может расти парциальное давление кислорода, поэтому может расти количество кислорода, определяемое датчиком ВТО. Давление отработавших газов можно определять по изменениям выходного сигнала датчика ВТО во время регулирования подачи топлива в разомкнутом контуре и работы двигателя в установившемся режиме. Как разъяснялось выше на примере ФИГ. 3, во время регулирования подачи топлива в разомкнутом контуре и работы двигателя в установившемся режиме, массовый расход воздуха и расход подачи топлива могут оставаться по существу без изменений. Таким образом, изменения выходного сигнала датчика ВТО могут быть связаны с изменениями давления отработавших газов. При этом в других примерах следует понимать, что результат оценки давления отработавших газов может быть зафиксирован без возможности актуализации, когда контроллер входит в режим регулирования воздушно-топливного отношения в разомкнутом контуре. Как видно из графика до t, количество кислорода, отражаемое выходным сигналом датчика ВТО, может возрастать (например, может происходить обеднение смеси отработавших газов) по мере роста давления отработавших газов. В связи с условиями ОТРЗ до t, регулятор давления наддува может оставаться открытым, так что турбокомпрессор остается выключенным. Загрязненность фильтра твердых частиц может быть ниже порога 511, поэтому регенерация фильтра твердых частиц может быть выключена.
1
1
1
8
1
8
3
3
4
5
7
7
8
В момент t требуемый водителем крутящий момент может вырасти, и режим ОТРЗ может быть прекращен. Впускной дроссель может быть открыт, а регулятор давления наддува может быть установлен в более закрытое положение для повышения величины наддува, создаваемого турбокомпрессором. Кроме того, в момент t может произойти переход в режим регулирования подачи топлива в замкнутом контуре. С момента t до времени после t давление отработавших газов можно оценивать по выходному сигналу датчика ВТО и/или сигналу ККПТ. Кроме того, с t до t контроллер двигателя регулирует параметры работы двигателя, например, положение регулятора давления наддува и/или впускного дросселя и регенерацию фильтра твердых частиц, в зависимости от результата оценки давления отработавших газов. Например, в момент t контроллер задействует привод впускного дросселя для уменьшения величины прохода дросселя в связи с предшествующим ростом результата оценки давления отработавших газов. В результате, между t и t давление отработавших газов падает. В качестве другого примера, в момент t, в связи с превышением порога 511 загрязненности фильтра твердых частиц и порога 505 давления отработавших газов, контроллер включает регенерацию фильтра твердых частиц. В одном примере контроллер может включить регенерацию фильтра твердых частиц путем включения нагревателя фильтра твердых частиц. По мере регенерации фильтра твердых частиц, давление отработавших газов падает. В качестве еще одного примера, в момент t, в связи с ростом давления отработавших газов, контроллер увеличивает проход регулятора давления наддува, тем самым снижая давление отработавших газов между t и t.
Таким образом, давление отработавших газов можно оценивать по выходным сигналам датчика ВТО, например, датчика кислорода в отработавших газах. В частности, давление отработавших газов можно оценивать по характеристикам периодического волнообразного сигнала, выдаваемого датчиком ВТО во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре, причем в число указанных характеристик волнообразного сигнала могут входить: стандартное отклонение, и/или частота, и/или амплитуда периодического волнообразного сигнала. Характеристики волнообразного сигнала можно вычислять за некоторый период. В некоторых примерах указанный период может представлять собой один цикл волнообразного сигнала, а в других примерах указанный период может включать в себя несколько циклов волнообразного сигнала. То есть в некоторых примерах частоту, амплитуду и стандартное отклонение можно вычислять для каждого цикла волнообразного сигнала, а в других примерах можно усреднять их значения за несколько циклов.
Затем можно оценить давление отработавших газов для периода, за который были вычислены характеристики волнообразного сигнала, с помощью табулированной зависимости, устанавливающий соотношения стандартного отклонения, и/или частоты, и/или амплитуды сигнала и значений давления отработавших газов. В других примерах давление отработавших газов можно оценивать по изменениям характеристик волнообразного сигнала за несколько периодов. То есть характеристики волнообразного сигнала можно вычислять через равные сгруппированные интервалы, а затем можно сравнить результаты вычисления характеристик волнообразного сигнала для каждого из сгруппированных интервалов для выявления изменений давления отработавших газов. Давление отработавших газов может монотонно возрастать при росте частоты, стандартного отклонения и амплитуды волнообразного сигнала.
В некоторых примерах, в которых заданное количество впрыскиваемого топлива рассчитывают во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре в зависимости от необработанного выходного сигнала датчика ВТО, а не от выходных сигналов датчика ВТО с поправкой на давление, сформированных модулем мониторинга ВТО, давление отработавших газов можно дополнительно или взамен оценивать по сигналу заданного впрыска топлива (ККПТ). Давление отработавших газов может монотонно возрастать при росте частоты перехода сигнала ККПТ. Кроме того, давление отработавших газов может монотонно возрастать при росте величины изменения сигнала ККПТ в момент перехода. Кроме того, давление отработавших газов может монотонно возрастать при росте отклонения между следующими друг за другом минимальными и максимальными значениями сигнала ККПТ или их разности.
Технический эффект, состоящий в снижении стоимости, достигается за счет оценки давления отработавших газов по выходным сигналам датчика ВТО, а не датчика давления. То есть, если выводить давление отработавших газов из колебаний выходных сигналов датчика ВТО, датчик давления отработавших газов можно не вводить в состав системы двигателя, что позволяет удешевить и упростить систему двигателя. Кроме того, результаты оценки давления отработавших газов по выходным сигналам датчика ВТО могут быть достовернее результатов оценки по массовому расходу воздуха, так как последние не учитывают наличие ограничений для потока отработавших газов, например, загрязненность фильтра твердых частиц.
В одном варианте осуществления способ содержит шаги, на которых: осуществляют мониторинг периодических волнообразных выходных сигналов контроллера подачи топлива во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре; оценивают давление отработавших газов по волнообразным выходным сигналам указанного контроллера; и корректируют по меньшей мере один параметр работы двигателя в зависимости от результата оценки давления отработавших газов. В первом примере способа волнообразные выходные сигналы контроллера включают в себя заданное количество впрыскиваемого топлива, причем контроллер формирует волнообразные выходные сигналы на основе данных обратной связи от датчика кислорода в отработавших газах. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что данные обратной связи от датчика кислорода в отработавших газах поступают в контроллер непосредственно от датчика кислорода в отработавших газах и представляют собой необработанный выходной сигнал датчика кислорода в отработавших газах, который не был скорректирован управляющим модулем с поправкой на давление. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и отличается тем, что оценка давления отработавших газов по волнообразным выходным сигналам включает в себя оценку давления отработавших газов по частоте волнообразных выходных сигналов. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по третий и отличается тем, что результат оценки давления отработавших газов монотонно возрастает при росте частоты волнообразных выходных сигналов. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по четвертый и отличается тем, что оценка давления отработавших газов по волнообразным выходным сигналам включает в себя оценку давления отработавших газов по величине изменения волнообразных выходных сигналов в момент перехода, причем результат оценки давления отработавших газов монотонно возрастает при росте величины изменения волнообразного выходного сигнала в момент перехода. Шестой пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по пятый и отличается тем, что оценка давления отработавших газов по волнообразным выходным сигналам включает в себя оценку давления отработавших газов по разности минимального и максимального значений одного цикла периодических волнообразных выходных сигналов, причем результат оценки давления отработавших газов монотонно возрастает при росте разности минимального и максимального значений. Седьмой пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по шестой и отличается тем, что корректировка по меньшей мере одного параметра работы двигателя включает в себя открытие регулятора давления наддува при превышении порога давления отработавших газов. Восьмой пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по седьмой и отличается тем, что корректировка по меньшей мере одного параметра работы двигателя включает в себя закрытие впускного дросселя при превышении порога давления отработавших газов. Девятый пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по восьмой и отличается тем, что корректировка по меньшей мере одного параметра работы двигателя включает в себя регенерацию фильтра твердых частиц при превышении порога давления отработавших газов. Десятый пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по девятый и отличается тем, что давление отработавших газов оценивают по волнообразным выходным сигналам контроллера в течение по меньшей мере порогового периода, во время которого массовый расход всасываемого воздуха не выходит за пределы порогового диапазона.
В еще одном варианте осуществления способ для двигателя содержит шаги, на которых: осуществляют мониторинг периодических волнообразных выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения (ВТО) отработавших газов во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре; оценивают давление отработавших газов по стандартному отклонению и/или средней частоте циклов периодических волнообразных выходных сигналов; и корректируют по меньшей мере один параметр работы двигателя в зависимости от результата оценки давления отработавших газов. В первом примере способ дополнительно содержит шаг, на котором фиксируют результат оценки давления отработавших газов во время регулирования подачи топлива в разомкнутом контуре и не актуализируют результат оценки давления отработавших газов по стандартному отклонению и/или частоте циклов периодических волнообразных выходных сигналов. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и дополнительно содержит шаг, на котором осуществляют мониторинг выходных сигналов датчика ВТО во время регулирования подачи топлива в разомкнутом контуре, когда массовый расход всасываемого воздуха по существу постоянен; и оценивают давление отработавших газов во время регулирования подачи топлива в разомкнутом контуре, когда массовый расход всасываемого воздуха по существу постоянен, по изменениям результата измерения количества кислорода датчиком ВТО, причем давление отработавших газов монотонно возрастает при росте результата измерения количества кислорода датчиком ВТО. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и дополнительно содержит шаг, на котором оценивают давление отработавших газов по периодическим волнообразным выходным сигналам контроллера подачи топлива во время регулирования подачи топлива в замкнутом контуре, причем формирование периодических волнообразных выходных сигналов контроллера подачи топлива происходит на основе периодических волнообразных выходных сигналов датчика ВТО, а не на основе скорректированных с поправкой на давление выходных сигналов датчика ВТО. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по третий и отличается тем, что выходные сигналы датчика ВТО представляют собой сигналы напряжения, отражающего парциальное давление кислорода в отработавших газах, отобранных датчиком ВТО, причем выходные сигналы датчика ВТО представляют собой выходные сигналы непосредственно от датчика ВТО, которые не были изменены или скорректированы управляющей схемой или модулем. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или более примеров с первого по четвертый и отличается тем, что результат оценки давления отработавших газов монотонно возрастает при росте стандартного отклонения и/или частоты циклов периодических волнообразных выходных сигналов.
В еще одном варианте осуществления система двигателя содержит: датчик кислорода в отработавших газах; одну или более топливных форсунок; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: определения заданного количества топлива для впрыска одной или более топливными форсунками в зависимости от выходных сигналов датчика кислорода в отработавших газах; регулирования одной или более топливных форсунок для впрыска заданного количества топлива; и оценки давления отработавших газов по выходным сигналам датчика кислорода в отработавших газах и/или изменениям заданного количества топлива за некоторый период. В первом примере система двигателя дополнительно содержит модуль мониторинга датчика кислорода, электрически связанный с датчиком кислорода и контроллером, причем модуль содержит инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для корректировки выходных сигналов датчика кислорода в зависимости от колебаний давления отработавших газов, причем заданное количество топлива для впрыска определяют по скорректированным выходным сигналам датчика кислорода, сформированным указанным модулем. Второй пример системы двигателя необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки давления отработавших газов только по выходным сигналам датчика кислорода, и не по скорректированным выходным сигналам датчика кислорода, сформированным модулем мониторинга датчика кислорода.
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 настоящем описании способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти с возможностью реализации их системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими техническими средствами 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 более 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 в системе управления двигателя, в которой раскрытые действия осуществляют путем выполнения инструкций в системе, содержащей различные технические компоненты двигателя, во взаимодействии с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.