СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DIAGNOSTICS SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Уровень техники
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к системе диагностики для двигателя внутреннего сгорания, а более конкретно, к системе диагностики для двигателя внутреннего сгорания, которая является подходящей для устройства, определяющего дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами или определяющего отношение воздух/топливо цилиндра в многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] За последние годы, публикация заявки на японский патент № 2013-142302 (JP 2013-142302 А) раскрывает систему диагностики для двигателя внутреннего сгорания, которая определяет отношение воздух/топливо или дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами с использованием датчика давления в цилиндрах. В системе диагностики согласно предшествующему уровню техники объем впрыскиваемого топлива целевого цилиндра изменяется таким образом, что скорость сгорания достигает пикового значения. Информация относительно отношения воздух/топливо целевого цилиндра вычисляется на основе изменения объема впрыскиваемого топлива от начала изменения объема впрыскиваемого топлива до достижения пикового значения скорости сгорания.
Сущность изобретения
[0003] Например, количество выделяемого тепла или скорость сгорания в цилиндре вследствие сгорания может вычисляться как параметр сгорания, коррелированный с отношением воздух/топливо газа в цилиндре, с использованием выходного значения датчика давления в цилиндрах. Как количество выделяемого тепла, так и скорость сгорания имеют высокую чувствительность к отношению воздух/топливо в области, в которой отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо. Тем не менее, в области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, чувствительность количества выделяемого тепла или скорости сгорания к отношению воздух/топливо является низкой, затруднительно точно указать отношение воздух/топливо из количества выделяемого тепла или скорости сгорания и затруднительно получать информацию отношения воздух/топливо на таком уровне, который используется для определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами.
[0004] Изобретение предоставляет систему диагностики для двигателя внутреннего сгорания, которая может вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами или вычислять значение показателя отношения воздух/топливо с использованием датчика давления в цилиндрах даже в области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо.
[0005] Согласно первому аспекту изобретения предусмотрена система диагностики для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя многочисленные цилиндры, выполненная с возможностью оценивать разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами в оцениваемой целевой группе цилиндров, включающей в себя по меньшей мере некоторые цилиндры из многочисленных цилиндров. Система диагностики включает в себя датчики давления в цилиндрах и электронный блок управления (ЭБУ). Датчики давления в цилиндрах выполнены с возможностью определять внутрицилиндровое давление в каждом цилиндре оцениваемой целевой группы цилиндров. ЭБУ выполнен с возможностью: (a) определять, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью, в котором отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, или цилиндром с бедной смесью, в котором отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо; (b) оценивать степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо в по меньшей мере одном цилиндре из имеющихся цилиндров с бедной смесью, когда в оцениваемой целевой группе цилиндров имеются цилиндры с бедной смесью; (c) вычислять показатель политропы в такте расширения для каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров на основе внутрицилиндрового давления, определенного датчиками давления в цилиндрах; (d) коррелировать информацию о соотношении для задания соотношения между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, который является цилиндром с бедной смесью, степень бедности отношения воздух/топливо которого оценивается на основе показателя политропы в такте расширения и степени бедности опорного цилиндра с бедной смесью; и (e) вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами на основе показателя политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, информации о соотношении, коррелированной с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, и показателя политропы в такте расширения цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью в оцениваемой целевой группе цилиндров.
[0006] Согласно первому аспекту, определяется, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью, а показатель политропы в такте расширения вычисляется с использованием датчика давления в цилиндрах. Когда имеется цилиндр с бедной смесью, задается опорный цилиндр с бедной смесью, в котором оценивается степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо. Имеется корреляция между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо. Согласно изобретению, информация о соотношении для задания корреляции коррелируется с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью на основе показателя политропы в такте расширения и степени бедности опорного цилиндра с бедной смесью. Соответственно, можно вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами таким образом, чтобы включать цилиндры с богатой смесью на основе показателя политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, информации о соотношении, коррелированной, как описано выше, с показателем политропы в такте расширения цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью в оцениваемой целевой группе цилиндров. В этом аспекте ЭБУ может быть выполнен с возможностью вычислять количество выделяемого тепла или скорость сгорания в опорном цилиндре с бедной смесью с использованием внутрицилиндрового давления, определенного датчиком давления в цилиндрах, и оценивать то, что степень бедности отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью выше, по мере того, как вычисленное количество выделяемого тепла становится меньшим или становится ниже вычисленная скорость сгорания. В этом случае, можно точно оценивать степень бедности отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью с использованием внутрицилиндрового давления, определенного датчиком давления в цилиндрах.
[0007] Согласно второму аспекту изобретения, предусмотрена система диагностики для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя многочисленные цилиндры, выполненная с возможностью оценивать разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами в оцениваемой целевой группе цилиндров, включающей в себя по меньшей мере некоторые цилиндры из множества цилиндров. Система диагностики включает в себя датчики давления в цилиндрах и электронный блок управления (ЭБУ). Датчики давления в цилиндрах выполнены с возможностью определять внутрицилиндровое давление в каждом из цилиндров в оцениваемой целевой группе цилиндров. ЭБУ выполнен с возможностью: (f) определять, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью, в котором отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо; (g) вычислять показатель политропы в такте расширения для каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров на основе внутрицилиндрового давления, определенного датчиками давления в цилиндрах; и (h) вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами на основе показателя политропы в такте расширения каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров, когда все цилиндры из оцениваемой целевой группы цилиндров представляют собой цилиндры с богатой смесью.
[0008] Согласно второму аспекту, определяется, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью, а показатель политропы в такте расширения вычисляется с использованием датчика давления в цилиндрах. В области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, такое линейное соотношение, что показатель политропы примерно линейно увеличивается по мере того, как значение показателя отношения воздух/топливо становится ниже теоретического отношения воздух/топливо, имеется между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо. Соответственно, когда все цилиндры из оцениваемой целевой группы цилиндров представляют собой цилиндры с богатой смесью, можно вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами на основе показателя политропы в такте расширения каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров.
[0009] В первом или втором аспекте ЭБУ может определять то, что отношение воздух/топливо является несбалансированным между цилиндрами, когда вычисленная ЭБУ разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами больше заданного порогового значения.
[0010] Согласно этому аспекту, можно определять дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами с тем, чтобы включать цилиндры с богатой смесью, с использованием датчика давления в цилиндрах при оценке вычисленных разностей в отношении воздух/топливо между цилиндрами.
[0011] Согласно третьему аспекту изобретения, предусмотрена система диагностики для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя множество цилиндров, выполненная с возможностью оценивать отношение воздух/топливо в оцениваемой целевой группе цилиндров, включающей в себя по меньшей мере некоторые цилиндры из множества цилиндров. Система диагностики включает в себя датчики давления в цилиндрах и электронный блок управления (ЭБУ). Датчики давления в цилиндрах выполнены с возможностью определять внутрицилиндровое давление в каждом из цилиндров в оцениваемой целевой группе цилиндров. ЭБУ выполнен с возможностью: (i) определять, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью, в котором отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, или цилиндром с бедной смесью, в котором отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо; (j) вычислять значение показателя отношения воздух/топливо в имеющимся цилиндре с бедной смесью, когда в оцениваемой целевой группе цилиндров имеется цилиндр с бедной смесью; (k) вычислять показатель политропы в такте расширения для каждого цилиндра из оцениваемой целевой группы цилиндров на основе внутрицилиндрового давления, определенного датчиками давления в цилиндрах; (l) коррелировать информацию о соотношении для задания соотношения между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, который является цилиндром с бедной смесью, значение показателя отношения воздух/топливо которого вычисляется на основе показателя политропы в такте расширения и значения показателя отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью; и (m) вычислять значение показателя отношения воздух/топливо цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью, на основе информации о соотношении, коррелированном с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, и показателя политропы в такте расширения цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью в оцениваемой целевой группе цилиндров.
[0012] Согласно третьему аспекту, определяется, является ли каждый цилиндр из оцениваемой целевой группы цилиндров цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью, а показатель политропы в такте расширения вычисляется с использованием датчика давления в цилиндрах. Когда имеется цилиндр с бедной смесью, задается опорный цилиндр с бедной смесью, в котором вычисляется значение показателя смеси воздух/топливо. Имеется корреляция между показателем политропы в такте расширения и значением показателя отношения воздух/топливо. Согласно изобретению, информация о соотношении для задания корреляции коррелируется с показателем политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью на основе показателя политропы в такте расширения и значения показателя смеси воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью. Соответственно, можно вычислять значение показателя смеси воздух/топливо с тем, чтобы включать цилиндры с богатой смесью, на основе показателя политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью, информации о соотношении, коррелированной, как описано выше, с показателем политропы в такте расширения цилиндра, отличного от опорного цилиндра с бедной смесью в оцениваемой целевой группе цилиндров.
[0013] В первом-третьем аспектах ЭБУ может быть выполнен с возможностью вычислять показатель политропы в такте расширения с использованием внутрицилиндровых давлений в двух или более точках в такте расширения после конечной точки сгорания и до момента открытия выпускного клапана и внутренних объемов цилиндров в двух или более точках в такте расширения.
[0014] Согласно этому аспекту, можно надлежащим образом вычислять показатель политропы в такте расширения.
Краткое описание чертежей
[0015] Ниже описываются признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные позиции обозначают аналогичные элементы, и на которых:
Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы двигателя внутреннего сгорания согласно варианту 1 осуществления изобретения;
Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем адиабаты (k) сжигаемого газа и отношением воздух/топливо (A/F), которое наблюдается в варианте 1 осуществления изобретения;
Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем адиабаты и температурой газа;
Фиг. 4 является P-V-схемой в логарифмическом масштабе по обеим осям в такте сжатия и такте расширения двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется в варианте 1 осуществления изобретения;
Фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей конкретный пример способа определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 1 осуществления изобретения;
Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей способ определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 2 осуществления изобретения;
Фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется в варианте 2 осуществления изобретения;
Фиг. 9 является схемой, иллюстрирующей способ определения отношения воздух/топливо каждого цилиндра в варианте 3 осуществления изобретения;
Фиг. 10 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется в варианте 3 осуществления изобретения; и
Фиг. 11 является схемой, иллюстрирующей соотношение между скоростью сгорания и отношением воздух/топливо.
Подробное описание вариантов осуществления
[0016] Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы двигателя 10 внутреннего сгорания согласно варианту 1 осуществления изобретения. Система, проиллюстрированная на фиг. 1, включает в себя многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания. Здесь двигатель 10 внутреннего сгорания предположительно представляет собой рядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель с искровым зажиганием. Поршень 12 располагается в каждом цилиндре двигателя 10 внутреннего сгорания. Камера 14 сгорания формируется на верхней стороне поршня 12 в каждом цилиндре. Камера 14 сгорания сообщается с каналом 16 для всасываемого воздуха и каналом 18 для выхлопных газов.
[0017] Впускной порт канала 16 для всасываемого воздуха снабжен впускным клапаном 20, открывающим и закрывающим впускной порт, а выпускной порт канала 18 для выхлопных газов снабжен выпускным клапаном 22, открывающим и закрывающим выпускной порт. Канал 16 для всасываемого воздуха снабжен дроссельным клапаном 24 с электронным управлением.
[0018] Каждый цилиндр двигателя 10 внутреннего сгорания снабжен блоком зажигания, включающим в себя клапан 26 впрыска топлива, непосредственно впрыскивающий топливо в камеру 14 сгорания (цилиндр), и свечу 28 зажигания, зажигающую смесь воздух/топливо. Каждый цилиндр снабжен датчиком 30 давления в цилиндрах, определяющим внутрицилиндровое давление. В канале 18 для выхлопных газов, в позиции после объединения выхлопного газа из соответствующего цилиндра с общим потоком располагается датчик 32 отношения воздух/топливо, определяющий отношение воздух/топливо выхлопного газа. Канал 18 для выхлопных газов ниже по потоку от датчика 32 отношения воздух/топливо снабжен в качестве катализатора очистки выхлопных газов трехкомпонентным катализатором 34 для очистки выхлопного газа.
[0019] Система согласно этому варианту осуществления включает в себя электронный блок 40 управления (ЭБУ). Входная часть ЭБУ 40 соединяется с различными датчиками для получения рабочего режима двигателя 10 внутреннего сгорания, такими как датчик 42 угла поворота коленчатого вала для получения угла поворота коленчатого вала и частоты вращения двигателя, расходомер 44 воздуха для измерения объема всасываемого воздуха и датчик 46 угла поворота кулачка выпускного клапана для определения угла поворота распределительного вала выпускного клапана (не проиллюстрирован) для приведения в действие выпускного клапана 22, в дополнение к датчику 30 давления в цилиндрах. Моменты открытия и закрытия выпускного клапана 22, которые регулируются механизмом регулирования момента срабатывания выпускного клапана (не проиллюстрирован), задающего изменяемые моменты открытия и закрытия выпускного клапана 22, могут определяться с использованием датчика 46 угла поворота кулачка выпускного клапана. Выходная часть ЭБУ 40 соединяется с различными актуаторами (исполнительными элементами) для управления работой двигателя 10 внутреннего сгорания, такими как дроссельный клапан 24, клапан 26 впрыска топлива и блок зажигания. ЭБУ 40 имеет функцию аналого-цифрового преобразования выходного сигнала датчика 30 давления в цилиндрах синхронно с углом поворота коленчатого вала и получения результирующего сигнала. Соответственно, можно определять внутрицилиндровое давление в произвольный момент изменения угла поворота коленчатого вала в пределах диапазона, допустимого разрешением аналого-цифрового преобразования. ЭБУ 40 имеет функцию вычисления значения внутреннего объема цилиндра, которое определяется в зависимости от позиции угла поворота коленчатого вала, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. ЭБУ 40 выполняет заданное управление двигателем, такое как управление впрыском топлива и управление зажиганием, посредством приведения в действие различных исполнительных элементов на основе выходных сигналов датчиков и заданной программы. В качестве такого управления двигателем ЭБУ 40 выполняет управление отношением воздух/топливо с обратной связью для регулирования объема впрыскиваемого топлива каждого цилиндра таким образом, что отношение воздух/топливо выхлопного газа (т.е. выхлопного газа после объединения выхлопного газа из цилиндров в общий поток), втекающего в трехкомпонентный катализатор 34, достигает теоретического отношения воздух/топливо, когда заданное состояние, такое как состояние, в котором активируются датчик 32 отношения воздух/топливо и трехкомпонентный катализатор 34, в то время, когда работает двигатель 10 внутреннего сгорания.
n
2n
[0020] Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем адиабаты (k) сжигаемого газа и отношением воздух/топливо (A/F), которая наблюдается в варианте 1 осуществления изобретения. Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем адиабаты и температурой газа. Фиг. 3 иллюстрирует горючий газ и воздух в теоретическом отношении воздух/топливо (коэффициент избытка воздуха λ=1), когда в качестве топлива используется углеводород (CH), имеющий тенденцию, идентичную тенденции бензина, а не бензин в качестве топлива двигателя 10 внутреннего сгорания.
[0021] Как проиллюстрировано на фиг. 2, показатель адиабаты сжигаемого газа в цилиндре (т.е. газа в цилиндрах в такте расширения после конечной точки сгорания) имеет такую характеристику, что показатель адиабаты является наименьшим при теоретическом отношении воздух/топливо и становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо в цилиндре становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо. Имеются два фактора для получения такой характеристики следующим образом.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0022] Первая причина заключается в составе газа. Когда углеводородное топливо, такое как бензин, сгорает, образуются CO, HO, CO, H и т.п. Эти продукты представляют собой двухатомные молекулы или трехатомные молекулы. Показатель адиабаты двухатомных молекул составляет приблизительно 1,4 при 0°C, а показатель адиабаты трехатомных молекул варьируется в диапазоне приблизительно 1,3-1,33 при 0°C. Иными словами, показатель адиабаты трехатомных молекул ниже показателя адиабаты двухатомных молекул. Соответственно, чем больше становится доля трехатомных молекул в сжигаемом газе, тем ниже становится показатель адиабаты. Наоборот, чем больше становится доля двухатомных молекул, тем выше становится показатель адиабаты. При теоретическом отношении воздух/топливо, поскольку топливо и кислород реагируют друг с другом в надлежащих количествах при сгорании, доля CO и HO, которые представляют собой трехатомные молекулы, является наибольшей, и в силу этого показатель адиабаты является наименьшим. Наоборот, при меньшем отношении воздух/топливо, чем теоретическое отношение воздух/топливо, доля CO и H, которые представляют собой двухатомные молекулы, больше доли CO и H при теоретическом отношении воздух/топливо по мере того, как отношение воздух/топливо становится ниже. С другой стороны, при отношении воздух/топливо, превышающем теоретическое отношение воздух/топливо, доля O, который представляет собой двухатомную молекулу, больше доли O при теоретическом отношении воздух/топливо по мере того, как отношение воздух/топливо становится ниже. Соответственно, чем выше или ниже становится отношение воздух/топливо по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, тем выше становится показатель адиабаты. Как результат, с учетом значения, соответствующего влиянию состава газа, показатель адиабаты сжигаемого газа является наименьшим при теоретическом отношении воздух/топливо и становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, как указано тонкой линией на фиг. 2.
[0023] Вторая причина заключается в температуре газа. Когда предполагается, что объем воздуха является идентичным, отношение количества горючего газа (= сумме объема воздуха и объема топлива, которые способствуют сгоранию) к количеству выделяемого тепла топлива является наименьшим при теоретическом отношении воздух/топливо и становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо. Соответственно, чем выше или ниже становится отношение воздух/топливо по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, тем ниже становится температура сжигаемого газа. Этот аспект будет описан более конкретно. Когда отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, количество выделяемого тепла изменяется не сильно относительно количества выделяемого тепла при теоретическом отношении воздух/топливо, но количество горючего газа увеличивается вследствие увеличения объема топлива. С другой стороны, когда отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо, снижение количества выделяемого тепла вследствие снижения объема топлива имеет большее влияние на температуру газа, чем снижение количества горючего газа вследствие снижения объема топлива. Как проиллюстрировано на фиг. 3, чем ниже становится температура газа, тем выше становится показатель адиабаты. Соответственно, поскольку значение, соответствующее влиянию температуры газа, суммируется со значением, соответствующим влиянию состава газа, более явно получается такая характеристика, что вышеуказанное отношение является наименьшим при теоретическом отношении воздух/топливо и становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, как указано сплошной линией на фиг. 2.
[0024] Когда показатель адиабаты сжигаемого газа может вычисляться с использованием выходного значения датчика 30 давления в цилиндрах, можно получать отношение воздух/топливо с использованием соотношения, проиллюстрированного на фиг. 2. Тем не менее, поскольку фактический сжигаемый газ не является идеальным газом, и возникают потери при охлаждении, ход расширения не является адиабатическим процессом, и также может возникать утечка при компрессии в цилиндре. Соответственно, затруднительно оценивать показатель адиабаты сжигаемого газа с использованием выходного значения датчика 30 давления в цилиндрах. С другой стороны, такт расширения может обрабатываться в качестве политропного варьирования с учетом обмена теплом с внешней стороной.
m
[0025] Фиг. 4 является P-V-схемой в логарифмическом масштабе по обеим осям в тактах сжатия и тактах расширения двигателя 10 внутреннего сгорания. В политропном варьировании такта расширения, можно считать, что соотношение (PV=константа) устанавливается при задании показателя политропы как m. Как проиллюстрировано на фиг. 4, соотношение между внутрицилиндровым давлением P и внутренним объемом V цилиндров в такте расширения выражается прямой линией с наклоном m на графике в логарифмическом масштабе по обеим осям. В такте расширения после того, как завершается период сгорания (здесь после конечной точки сгорания и до момента открытия выпускного клапана 22), показатель m политропы имеет значение (более конкретно, значение, очень близкое к показателю адиабаты сжигаемого газа из параметров сгорания, которые могут вычисляться с использованием датчика 30 давления в цилиндрах), соответствующее показателю адиабаты сжигаемого газа, действующего на фактической машине.
[0026] Показатель m политропы в такте расширения может вычисляться с использованием выражения (2) при использовании выражения отношения и внутрицилиндрового давления P и внутреннего объема V цилиндров в двух точках (соответствующих точке A и точке B на фиг. 4) в такте расширения после конечной точки сгорания и до момента открытия выпускного клапана 22 и с учетом того, что показатели m политропы в двух точках являются постоянными. Показатель m политропы не ограничен вычислением с использованием только двух точек в такте расширения после конечной точки сгорания и до момента открытия выпускного клапана 22, а может вычисляться с использованием статистического процесса с использованием внутрицилиндрового давления P и внутреннего объема V цилиндров в двух или более точках в такте расширения.
[0027] Поскольку показатель m политропы в такте расширения после того, как завершается период сгорания, является значением, близким к показателю адиабаты сжигаемого газа, соотношение, идентичное соотношению между показателем адиабаты и отношением воздух/топливо, которое описывается выше со ссылкой на фиг. 2, устанавливается между показателем m политропы и отношением воздух/топливо (см. фиг. 6). Поскольку показатель m политропы может вычисляться в фактической машине с использованием выходного сигнала датчика 30 давления в цилиндрах и выражения (1), отношение воздух/топливо может получаться из соотношения между показателем m политропы и отношением воздух/топливо. Тем не менее, показатель адиабаты или показатель m политропы не определяется равномерно относительно отношения воздух/топливо. Это обусловлено тем, что на показатель m политропы оказывает влияние температура газа в цилиндре, варьирующаяся в зависимости от рабочего состояния (такого как нагрузка на двигатель, частота вращения двигателя и температура охлаждающей жидкости).
[0028] Следовательно, в этом варианте осуществления карта, в которой информация о соотношении (V-образная кривая, проиллюстрированная на фиг. 6, которая упоминается в качестве "m-AF-кривой") для задания соотношения между показателем m политропы и отношением воздух/топливо коррелируется с рабочим режимом, сохраняется в ЭБУ 40. Соответственно, то, как варьируется показатель m политропы (т.е. форма m-AF-кривой) наряду с варьированием отношения воздух/топливо, может пониматься независимо от рабочего состояния. Тем не менее, даже когда форма m-AF-кривой получается из карты, затруднительно получать такую точность, чтобы указывать значение показателя m политропы и значение отношения воздух/топливо в качестве абсолютных значений с использованием m-AF-кривой. Иными словами, в состоянии, в котором позиция в вертикальном направлении m-AF-кривой на фиг. 6 точно указывается, затруднительно получать m-AF-кривую из карты вследствие влияния температуры газа и т.п.
[0029] Следовательно, в этом варианте осуществления для каждого цилиндра определяется, является ли цилиндр цилиндром с богатой смесью, в котором отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, или цилиндром с бедной смесью, в котором отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо, на основе количества Q выделяемого тепла (более конкретно, максимального количества Qmax выделяемого тепла) каждого цилиндра. Когда имеется цилиндр с бедной смесью, степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо в соответствующем цилиндре с бедной смесью оценивается на основе разности в максимальном количестве Qmax выделяемого цилиндрами тепла. Показатель m политропы в такте расширения после конечной точки сгорания и до того, как открывается выпускной клапан 22, вычисляется для каждого цилиндра. Затем на основе показателя m политропы в такте расширения и степени бедности опорного цилиндра с бедной смесью, который является цилиндром с бедной смесью, в котором оценивается степень бедности отношения воздух/топливо, выполняется процесс корреляции m-AF-кривой на основе рабочего режима с показателем m политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью. Разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами вычисляется на основе m-AF-кривой, коррелированной с показателем m политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью и показателем m политропы в такте расширения каждого цилиндра. На основе вычисленной разности, определяется то, является или нет несбалансированным отношение воздух/топливо на уровне, который должен определяться.
[0030] Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется посредством ЭБУ 40, с тем, чтобы реализовывать способ определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 1 осуществления изобретения. Этот процесс управления начинается, когда устанавливается заданное состояние, в котором определяется дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами. Предполагается, что состояние фактически устанавливается в нормальном режиме работы, в котором отношение воздух/топливо выхлопного газа, втекающего в трехкомпонентный катализатор 34 (т.е. отношение воздух/топливо выхлопного газа после объединения выхлопного газа из всех цилиндров в общий поток), при управлении с обратной связью отношением воздух/топливо, управляется таким образом, чтобы представлять собой теоретическое отношение воздух/топливо. Когда неравномерность отношения воздух/топливо на уровне, имеющем влияние на процесс определения, не распознается, или большое варьирование объема всасываемого воздуха не распознается, этот способ определения может осуществляться, даже когда двигатель 10 внутреннего сгорания не находится в строго нормальном состоянии.
[0031] В процессе управления, проиллюстрированном на фиг. 5, ЭБУ 40 сначала сохраняет данные (предысторию) внутрицилиндрового давления синхронно с углом поворота коленчатого вала в одном цикле каждого цилиндра (всех цилиндров) в последовательных циклах с использованием значения определения датчика 30 давления в цилиндрах (CPS) (этап 100).
[0032] Затем ЭБУ 40 вычисляет максимальное количество Qmax выделяемого тепла каждого цилиндра с использованием сохраненной предыстории внутрицилиндрового давления (этап 102). Поскольку количество Q выделяемого тепла с внутрицилиндровым давлением P и внутренним объемом V цилиндров при угле поворота коленчатого вала может вычисляться с использованием выражения (2), максимальное количество Qmax выделяемого тепла может вычисляться как максимальные значения вычисленного количества Q выделяемого тепла. Конечное время периода вычисления данных количества Q выделяемого тепла синхронно с углом поворота коленчатого вала является моментом открытия выпускного клапана 22, который определяется с использованием датчика 46 угла поворота кулачка выпускного клапана.
0
0
0
В выражении (2), P и V представляют внутрицилиндровое давление и внутренний объем цилиндров в начальной точке θ вычисления (заданный угол поворота коленчатого вала в такте сжатия (здесь после того, как впускной клапан 20 закрывается), которая определяется с допустимым запасом из предполагаемой начальной точки сгорания).
[0033] Затем ЭБУ 40 определяет, является ли каждый цилиндр двигателя 10 внутреннего сгорания цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью на основе значения максимального количества Qmax выделяемого тепла каждого цилиндра (этап 104). Здесь фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей конкретный пример способа определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 1 осуществления изобретения, и процессы после этапа 104 описываются в отношении конкретного примера, проиллюстрированного на фиг. 6. Более конкретно, фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей соотношение между показателем m политропы и отношением воздух/топливо в идентичном рабочем состоянии в качестве соотношения между вычисленным значением максимального количества Qmax выделяемого тепла и отношением воздух/топливо.
[0034] Дисбаланс отношения воздух/топливо не ограничен случаем, в котором только отношение воздух/топливо одного цилиндра отклонено от отношений воздух/топливо других цилиндров. Тем не менее, примеры случая, который фактически предполагается во время выполнения управления с обратной связью отношением воздух/топливо, включают в себя случай, в котором отношение воздух/топливо одного цилиндра значительно отклонено от отношений воздух/топливо других трех цилиндров с богатой смесью в бедную сторону, и случай, в котором отношение воздух/топливо одного цилиндра значительно отклонено от других трех цилиндров с бедной смесью в богатую сторону, как проиллюстрировано на фиг. 6. Более конкретно, ситуация, в которой целевое отношение воздух/топливо отношения воздух/топливо выхлопного газа выше по потоку от трехкомпонентного катализатора 34 управляется таким образом, что теоретическое отношение воздух/топливо, при управления с обратной связью отношением воздух/топливо, является ситуацией, в которой отношение воздух/топливо выхлопного газа после объединения выхлопного газа из цилиндров в общий поток, равен теоретическому отношению воздух/топливо. Соответственно, за исключением случая, в котором отношения воздух/топливо всех цилиндров равны теоретическому отношению воздух/топливо, когда имеется цилиндр с бедной смесью, также имеется цилиндр с богатой смесью.
[0035] На этапе 104 один цилиндр или группа цилиндров, в которой максимальное количество Qmax выделяемого тепла является относительно большим, определяется в качестве цилиндра с богатой смесью, и один цилиндр, в котором максимальное количество Qmax выделяемого тепла меньше максимального количества Qmax выделяемого тепла цилиндра с богатой смесью, определяется в качестве цилиндра с бедной смесью. Как проиллюстрировано на фиг. 6, можно видеть, что максимальное количество Qmax выделяемого тепла не имеет чувствительности к отношению воздух/топливо в богатой области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо и не меняется сильно в зависимости от варьирования отношения воздух/топливо. Соответственно, при управлении отношением воздух/топливо в направлении теоретического отношения воздух/топливо посредством управления с обратной связью, цилиндр или группа цилиндров, в которой максимальное количество Qmax выделяемого тепла является относительно большим, может определяться в качестве цилиндра с богатой смесью, и цилиндр или группа цилиндров, в которой максимальное количество Qmax выделяемого тепла является относительно небольшим, может определяться в качестве цилиндра с бедной смесью. С другой стороны, в случае, в котором отношения воздух/топливо всех цилиндров точно управляются около теоретического отношения воздух/топливо, максимальные количества Qmax выделяемого тепла всех цилиндров имеют идентичное значение. Поскольку этот процесс управления выполняется для того, чтобы определять дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами, может быть определено то, что цилиндр с богатой смесью и цилиндр с бедной смесью не имеются в этом случае. Чтобы четко отличать этот случай от случаев, в которых имеются цилиндр с богатой смесью и цилиндр с бедной смесью, только случай, в котором распознается заданная разность в максимальном количестве Qmax выделяемого тепла между цилиндрами, может рассматриваться как соответствующий случаю, в котором имеются цилиндр с богатой смесью и цилиндр с бедной смесью, и в этом случае может выполняться вышеуказанный процесс определения.
[0036] Затем ЭБУ 40 определяет, имеется ли цилиндр с бедной смесью (этап 106).
Результат определения этапа 106 фактически является положительным при теоретическом отношении воздух/топливо, за исключением случая, в котором между цилиндрами не имеется значительной разницы в максимальном количестве Qmax выделяемого тепла для различения цилиндра с богатой смесью и цилиндра с бедной смесью.
[0037] Когда результат определения этапа 106 является положительным, ЭБУ 40 оценивает степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо в опорном цилиндре с бедной смесью (этап 108). Здесь опорный цилиндр с бедной смесью является цилиндром с бедной смесью, служащим в качестве опорного для вычисления разности в отношении воздух/топливо между цилиндрами посредством процессов этапов 114 и 116. Пример, проиллюстрированный на фиг. 6, представляет собой случай, в котором имеется только один цилиндр с бедной смесью. Соответственно, в этом случае имеющийся цилиндр с бедной смесью соответствует опорному цилиндру с бедной смесью. Когда имеются несколько цилиндров с бедной смесью, один или более цилиндров с бедной смесью могут задаваться в качестве опорного цилиндра с бедной смесью. Поскольку этот процесс управления выполняется для того, чтобы определять дисбаланс отношения воздух/топливо, предпочтительно, чтобы цилиндр с бедной смесью (т.е. цилиндр с бедной смесью, в котором отношение воздух/топливо является наименьшим), в котором максимальное количество Qmax выделяемого тепла является наименьшим, задавался в качестве опорного цилиндра с бедной смесью, чтобы определять разность между цилиндрами, имеющими высокие отношения воздух/топливо. В некоторых аспектах для определения дисбаланса отношения воздух/топливо, среднее значение максимальных количеств Qmax выделяемого тепла нескольких цилиндров с бедной смесью может вычисляться, и среднее значение может использоваться в качестве основы для вычисления степени бедности опорного цилиндра с бедной смесью. Иными словами, в этом случае разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами вычисляется на основе среднего значения отношений воздух/топливо нескольких цилиндров с бедной смесью и отношения воздух/топливо цилиндра с богатой смесью.
[0038] На этапе 108 считается, что значение максимального количества Qmax выделяемого тепла цилиндра с богатой смесью равно значению максимального количества Qmax выделяемого тепла при теоретическом отношении воздух/топливо, и степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо в цилиндре с бедной смесью оценивается на основе степени снижения максимального количества Qmax выделяемого тепла цилиндра с бедной смесью относительно максимального количества Qmax выделяемого тепла цилиндра с богатой смесью. Более конкретно, чем меньше становится максимальное количество Qmax выделяемого тепла опорного цилиндра с бедной смесью, тем большей оценивается степень бедности. Абсолютное значение максимального количества Qmax выделяемого тепла варьируется в зависимости от нагрузки на двигатель и т.п. Соответственно, степень бедности в зависимости от степени относительного снижения максимального количества Qmax выделяемого тепла цилиндра с бедной смесью относительно максимального количества Qmax выделяемого тепла цилиндра с богатой смесью оценивается на основе степени относительного снижения и степени бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо. В примере, проиллюстрированном на фиг. 6, степень бедности отношения воздух/топливо в опорном цилиндре с бедной смесью оценивается посредством вышеуказанного процесса, и отношение воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью получается как имеющее значение примерно 18. Согласно этому способу, вертикальная позиция кривой максимального количества Qmax выделяемого тепла, проиллюстрированной на фиг. 6, указывается с использованием значения максимального количества Qmax выделяемого тепла в цилиндре с богатой смесью, и степень бедности отношения воздух/топливо, соответствующего максимальному количеству Qmax выделяемого тепла в цилиндре с бедной смесью, оценивается с использованием кривой, позиция которой указывается. В случае если имеются несколько цилиндров с богатой смесью, как в примере, проиллюстрированном на фиг. 6, максимальное количество Qmax выделяемого тепла, служащее в качестве опорного для оценки степени бедности, может быть значением в одном цилиндре с богатой смесью или может быть средним значением максимальных количеств Qmax выделяемого тепла в нескольких цилиндрах с богатой смесью. Когда соотношение (кривая) между максимальным количеством Qmax выделяемого тепла и отношением воздух/топливо может получаться в зависимости от нагрузки на двигатель и т.п., отношение воздух/топливо, соответствующее максимальному количеству Qmax выделяемого тепла в опорном цилиндре с бедной смесью, может быть непосредственно получено с использованием кривой в зависимости от текущей нагрузки на двигатель и т.п., и может оцениваться степень бедности.
A
B
A
B
[0039] Затем ЭБУ 40 вычисляет показатель m политропы в такте расширения каждого цилиндра с использованием внутрицилиндровых давлений P, P и внутренних объемов V, V цилиндров в двух точках, которые получаются с использованием датчика 30 давления в цилиндрах в такте расширения после конечной точки сгорания (угла поворота коленчатого вала, при котором получается максимальное количество Qmax выделяемого тепла) и до момента открытия выпускного клапана 22 и выражения (1) (этап 110).
[0040] Затем ЭБУ 40 получает m-AF-кривую в зависимости от рабочего режима в отношении заданной карты, сохраненной в нем (этап 112). Затем ЭБУ 40 выполняет процесс корреляции m-AF-кривой в зависимости от рабочего режима с показателем m политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью на основе показателя m политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью и степени бедности (этап 114). В частности, в примере, проиллюстрированном на фиг. 6, вертикальная позиция m-AF-кривой в плоскости XY с показателем m политропы в качестве координаты Y и отношение воздух/топливо в качестве координаты X указывается таким образом, что точка A, которая указывается показателем m политропы опорного цилиндра с бедной смесью и отношением воздух/топливо (значения отношения воздух/топливо в качестве опорного, полученного из степени бедности), расположена на m-AF-кривой. Соответственно, относительная разница в отношении воздух/топливо может оцениваться с использованием значения показателей m политропы и m-AF-кривых других цилиндров с опорным цилиндром с бедной смесью в качестве опорного. Указание позиции m-AF-кривой на этапе 114 не должно выполняться каждый раз, когда определяется дисбаланс отношения воздух/топливо в идентичном рабочем состоянии, а может выполняться с использованием сохраненной m-AF-кривой, когда m-AF-кривая, позиция которой указана, сохраняется в корреляции с рабочим режимом.
[0041] Затем ЭБУ 40 вычисляет разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами (этап 116). В частности, в примере, проиллюстрированном на фиг. 6, поскольку разность между показателем m политропы опорного цилиндра с бедной смесью и показателем m политропы каждого цилиндра с богатой смесью может указываться на m-AF-кривой посредством указания позиции m-AF-кривой, значение, служащее в качестве опорного для отношения воздух/топливо цилиндров с богатой смесью, получается с использованием значений отношений воздух/топливо в позиции, в которой получаются показатели m политропы цилиндров с богатой смесью, отличных от опорного цилиндра с бедной смесью. Разности в отношении воздух/топливо между опорным цилиндром с бедной смесью и цилиндрами с богатой смесью вычисляются из разностей между значением отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью и значениями отношений воздух/топливо цилиндров с богатой смесью. Поскольку разность в отношении воздух/топливо между опорным цилиндром с бедной смесью и всеми другими цилиндрами может получаться с использованием этого способа, можно рассчитать разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами, отличными от опорного цилиндра с бедной смесью. Это верно для случая, в котором имеется цилиндр с бедной смесью, отличный от опорного цилиндра с бедной смесью, в отличие от примера, проиллюстрированного на фиг. 6. В примере, проиллюстрированном на фиг. 6, максимальная разность в отношении воздух/топливо от отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью получается в качестве максимальной разности в отношении воздух/топливо между цилиндрами. На этапе 116 вычисляется разность в отношении воздух/топливо между двумя цилиндрами, но способ вычисления разности в отношении воздух/топливо для определения дисбаланса отношения воздух/топливо не ограничен этим способом. Иными словами, в примере, проиллюстрированном на фиг. 6, разность между значением отношения воздух/топливо, полученным из среднего значения показателей m политропы нескольких цилиндров с богатой смесью и m-AF-кривой, и значением отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью может вычисляться как разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами.
[0042] Затем ЭБУ 40 определяет превышает или нет разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами (полученная максимальная разность), вычисленная на этапе 116, заданное пороговое значение (этап 118). Пороговое значение, используемое на этапе 118, является значением, заданным заранее в качестве порогового значения для определения того, указывает или нет вычисленная разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами состояние дисбаланса отношения воздух/топливо на уровне, который должен определяться в двигателе 10 внутреннего сгорания. Когда результат определения этапа 118 является положительным, ЭБУ 40 определяет то, что соответствующий цилиндр находится в состоянии дисбаланса отношения воздух/топливо на уровне, который должен определяться (этап 120).
[0043] В соотношении между показателем адиабаты и отношением воздух/топливо, которое наблюдается в этом варианте осуществления, показатель адиабаты при теоретическом отношении воздух/топливо является наименьшим, и показатель адиабаты становится выше по мере того, как отношение воздух/топливо становится выше или ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо, как описано выше. Соответственно, между цилиндрами с богатой смесью или между цилиндрами с бедной смесью, можно сказать, что чем больше становится разность в показателе адиабаты, тем больше становится разность в отношении воздух/топливо, но нельзя сказать, что то же является истинным между цилиндром с богатой смесью и цилиндром с бедной смесью. Соответственно, в этом варианте осуществления показатель m политропы в индексе расширения, имеющий значение, которое может вычисляться с использованием выходных данных датчика 30 давления в цилиндрах, и имеющий чувствительность, идентичную чувствительности показателя адиабаты к отношению воздух/топливо, вычисляется для каждого цилиндра, и определяется, является ли соответствующий цилиндр цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью. Тем не менее, как описано выше, только при сохранении соотношения (m-AF-кривой) между показателем m политропы в такте расширения и отношением воздух/топливо в качестве кривой в зависимости от рабочего состояния, затруднительно получать точность, достаточную для того, чтобы указывать значение показателя m политропы и значение отношения воздух/топливо в качестве абсолютных значений.
[0044] В вышеуказанном процессе управления, проиллюстрированном на фиг. 5, определяется, является ли каждый цилиндр цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью. Когда имеется цилиндр с бедной смесью, выбирается опорный цилиндр с бедной смесью, и затем оценивается степень бедности отношения воздух/топливо из теоретического отношения воздух/топливо в опорном цилиндре с бедной смесью. Затем посредством корреляции степени бедности отношения воздух/топливо в опорном цилиндре с бедной смесью и показателя m политропы в такте расширения с m-AF-кривой, указывается позиция m-AF-кривой. Здесь описывается причина использования цилиндра с бедной смесью в качестве опорного вместо цилиндра с богатой смесью при вычислении разности в отношении воздух/топливо между цилиндрами с использованием вышеуказанного способа. Поскольку количество Q выделяемого тепла, которое является параметром сгорания, допускающим вычисление с использованием выходного значения датчика 30 давления в цилиндрах, имеет высокую чувствительность к отношению воздух/топливо в области, в которой отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо, как видно из формы сигнала, проиллюстрированной на фиг. 6, степень бедности может определяться из значения максимального количества Qmax выделяемого тепла. Тем не менее, максимальное количество Qmax выделяемого тепла имеет низкую чувствительность к отношению воздух/топливо, поскольку количество Q выделяемого тепла ограничивается посредством объема кислорода в области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо. Иными словами, в области на богатой стороне затруднительно непосредственно определять степень богатства с использованием значения максимального количества Qmax выделяемого тепла. Это верно для скорости сгорания, которая описывается ниже. Соответственно, цилиндр с бедной смесью может использоваться в качестве опорного для вышеуказанного способа. В вышеуказанном способе согласно этому варианту осуществления, можно вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами с использованием показателя m политропы каждого цилиндра, в котором определяется, является ли цилиндр цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью, и m-AF-кривой, независимо от того, включен или нет цилиндр с богатой смесью в качестве цели вычисления. При определении абсолютной величины вычисленной разности можно определять находится ли соответствующий цилиндр, включающий в себя цилиндр с богатой смесью, в состоянии дисбаланса отношения воздух/топливо на высоком уровне, который должен определяться.
[0045] Известен способ оценки отношения воздух/топливо с использованием показателя политропы в такте расширения. Тем не менее, показатель политропы в такте расширения, используемый в способе согласно предшествующему уровню техники, имеет низкую чувствительность к отношению воздух/топливо, в отличие от показателя политропы в такте расширения, используемого в способе согласно этому варианту осуществления, и в силу этого способ согласно предшествующему уровню техники имеет низкую обнаруживаемость отношения воздух/топливо. Более конкретно, показатель политропы в такте расширения связан со сжигаемым газом, а показатель политропы в такте сжатия связан с несгоревшей смесью воздух/топливо. Способ согласно предшествующему уровню техники обращает внимание на тот факт, что показатель политропы в такте сжатия варьируется, когда отношение воздух/топливо варьируется вследствие варьирования объема топлива. Тем не менее, варьирование показателя политропы вследствие варьирования объема топлива обусловлено влиянием варьирования молярного отношения топлива, а не весового отношения топлива, включенного в несгоревшую смесь воздух/топливо. Поскольку молярное отношение углеводородного топлива, имеющего большой молекулярный вес в смеси воздух/топливо, является низким, варьирование показателя политропы относительно варьирования отношения воздух/топливо вследствие варьирования объема топлива является небольшим. Соответственно, чувствительность показателя политропы в такте сжатия к отношению воздух/топливо является низкой, и в силу этого обнаруживаемость отношения воздух/топливо в способе согласно предшествующему уровню техники является низкой.
[0046] В варианте 1 осуществления, выше примерно проиллюстрирован способ определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами, который осуществляется при управлении с обратной связью отношением воздух/топливо, в котором теоретическое отношение воздух/топливо используется в качестве целевого отношения воздух/топливо. Тем не менее, цель способа определения, описанного в варианте 1 осуществления, не ограничена случаем, в котором отношения воздух/топливо цилиндров являются неравномерными для богатой стороны и бедной стороны относительно теоретического отношения воздух/топливо при выполнении управления с обратной связью. Иными словами, способ определения может аналогично применяться к случаю, в котором отношения воздух/топливо всех цилиндров являются неравномерными в области, в которой отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо при работе в режиме сжигания бедной смеси, в которой сгорание выполняется при отношении воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо.
[0047] Ниже описывается вариант 2 осуществления изобретения со ссылкой на фиг. 7 и 8. Система согласно этому варианту осуществления может быть реализована посредством инструктирования ЭБУ 40 выполнять процесс управления, проиллюстрированный на фиг. 8, вместо процесса управления, проиллюстрированного на фиг. 5, с использованием аппаратной конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 1.
[0048] Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей способ определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 2 осуществления изобретения.
[0049] В способе определения согласно этому варианту осуществления, предполагается работа в режиме сжигания богатой смеси, в котором отношения воздух/топливо всех цилиндров управляются таким образом, что они достигают меньшего отношения воздух/топливо (например, выходного отношения воздух/топливо (примерно 12,5)), чем теоретическое отношение воздух/топливо. Более конкретно, при работе в режиме сжигания богатой смеси, отношения воздух/топливо цилиндров могут быть неравномерными только в богатой области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо, как проиллюстрировано в качестве примера на фиг. 7, в зависимости от степени неравномерности отношения воздух/топливо. Способ определения согласно варианту 1 осуществления выполняется после выбора опорного цилиндра с бедной смесью, в котором оценена степень бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо, и в силу этого не может применяться к случаю, проиллюстрированному на фиг. 7. Соответственно, в этом варианте осуществления, дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами определяется с использованием следующего способа в случае, в котором отношения воздух/топливо всех цилиндров являются неравномерными только в богатой области.
[0050] Если обращать внимание только на часть богатой области на m-AF-кривой, как указано сплошной линией на фиг. 7, между показателем m политропы в такте расширения и отношением воздух/топливо устанавливается линейное соотношение, так что показатель m политропы увеличивается практически линейно по мере того, как отношение воздух/топливо становится ниже по сравнению с теоретическим отношением воздух/топливо. С другой стороны, когда опорный цилиндр с бедной смесью, в котором степень бедности отношения воздух/топливо оценена так, как описано выше, не используется, возникает проблема в том, что затруднительно коррелировать показатель m политропы и отношение воздух/топливо с абсолютными значениями с использованием m-AF-кривой. Иными словами, значения показателей m политропы цилиндров не могут загружаться в фактическую m-AF-кривую в зависимости от рабочего режима, как проиллюстрировано на фиг. 7, при вычислении только показателей m политропы цилиндров. Тем не менее, с учетом того, что линейное соотношение устанавливается между показателем m политропы и отношением воздух/топливо в богатой области, относительная разница в отношении воздух/топливо между цилиндрами может оцениваться из абсолютной величины разности в показателе m политропы между цилиндрами.
[0051] Следовательно, в этом варианте осуществления, когда все цилиндры представляют собой цилиндры с богатой смесью, разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами вычисляется на основе показателя m политропы в такте расширения каждого цилиндра. Более конкретно, чем больше становится разность, тем большая разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами вычисляется с использованием разности в показателе m политропы между цилиндрами.
[0052] Фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется посредством ЭБУ 40, с тем, чтобы реализовывать способ определения дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами в варианте 2 осуществления изобретения. На фиг. 8 этапы, идентичные этапам, проиллюстрированным на фиг. 5 в варианте 1 осуществления, обозначаются идентичными ссылочными позициями, и их описание не повторяется или приводится кратко. В отличие от процесса управления, проиллюстрированного на фиг. 5, этот процесс управления начинается при условии, что устанавливается другое состояние, связанное с определением дисбаланса отношения воздух/топливо между цилиндрами при работе в режиме сжигания богатой смеси.
[0053] В процессе управления, проиллюстрированном на фиг. 8, ЭБУ 40 определяет, представляют ли собой все цилиндры цилиндры с богатой смесью (этап 200), после того как максимальное количество Qmax выделяемого тепла каждого цилиндра вычисляется с использованием внутрицилиндрового давления на этапе 102. Конкретный способ процесса определения этапа 200 не ограничен конкретным образом, и, например, может использоваться значение максимального количества Qmax выделяемого тепла каждого цилиндра. Иными словами, как описано выше, поскольку максимальное количество Qmax выделяемого тепла не имеет чувствительности к отношению воздух/топливо в богатой области, максимальные количества Qmax выделяемого тепла находятся близко друг к другу независимо от степени богатства. Соответственно, когда значения максимального количества Qmax выделяемого тепла всех цилиндров при работе в режиме сжигания богатой смеси находятся в пределах заданного диапазона, можно определять то, что все цилиндры представляют собой цилиндры с богатой смесью.
[0054] Затем ЭБУ 40 вычисляет разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами с использованием вычисленных показателей m политропы (этап 202) после вычисления показателя m политропы в такте расширения каждого цилиндра на этапе 110. ЭБУ 40 сохраняет карту, в которой соотношение между разностью в показателе m политропы и разностью в отношении воздух/топливо определяется заранее в зависимости от рабочего состояния с учетом наклона m-AF-кривой в богатой области в каждом рабочем состоянии. ЭБУ 40 вычисляет разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами на основе разности в показателе m политропы между двумя цилиндрами со ссылкой на карту. Разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами вычисляется для всех комбинаций при изменении комбинации цилиндров, предназначенной для вычисления. В завершение получается наибольшая разность. В этом процессе управления процессы после этапа 118 выполняются с использованием полученной наибольшей разности.
[0055] В вышеуказанном процессе управления, проиллюстрированном на фиг. 8, даже когда все цилиндры представляют собой цилиндры с богатой смесью (т.е. когда не имеется опорного цилиндра с бедной смесью), можно определять дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами с использованием показателя m политропы в такте расширения. Помимо этого, поскольку затруднительно определить степень богатства отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо с использованием только параметра сгорания (например, количества Q выделяемого тепла или скорости сгорания), который получается с использованием выходных данных датчика 30 давления в цилиндрах, затруднительно получать цилиндр с богатой смесью, служащий в качестве опорного для вычисления разности в отношении воздух/топливо между цилиндрами с использованием показателя m политропы. Тем не менее, в способе согласно этому варианту осуществления, поскольку относительная разница в отношении воздух/топливо между цилиндрами может получаться в зависимости от разности в показателе m политропы между цилиндрами, можно определять дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами без использования опорного цилиндра с богатой смесью.
[0056] Ниже описывается вариант 3 осуществления изобретения со ссылкой на фиг. 9 и 10. Система согласно этому варианту осуществления может реализовываться посредством инструктирования ЭБУ 40 выполнять процесс управления, проиллюстрированный на фиг. 10, вместо процесса управления, проиллюстрированного на фиг. 5, с использованием аппаратной конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 1.
[0057] Фиг. 9 является схемой, иллюстрирующей способ определения отношения воздух/топливо каждого цилиндра в варианте 3 осуществления изобретения. Способ вычисления отношения воздух/топливо согласно этому варианту осуществления фактически использует способ определения дисбаланса согласно варианту 1 осуществления. В способе согласно варианту 1 осуществления, значение отношения воздух/топливо в качестве опорного вычисляется в процессе оценки степени бедности отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью. При обнаружении разности между показателем m политропы опорного цилиндра с бедной смесью и показателем m политропы другого цилиндра (цилиндра, указываемого в качестве любого из цилиндра с богатой смесью и цилиндра с бедной смесью) из m-AF-кривой, значение отношения воздух/топливо, служащее в качестве опорного в цилиндрах, отличных от опорного цилиндра с бедной смесью, вычисляется независимо от того, является ли соответствующий цилиндр цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью. Способ согласно этому варианту осуществления заключается в том, чтобы определять отношение воздух/топливо каждого цилиндра с использованием значений отношений воздух/топливо, вычисленных таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 9.
[0058] Фиг. 10 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процесс управления, который выполняется посредством ЭБУ 40, с тем, чтобы реализовывать способ определения отношения воздух/топливо каждого цилиндра в варианте 3 осуществления изобретения. На фиг. 10, этапы, идентичные этапам, проиллюстрированным на фиг. 5 в варианте 1 осуществления, обозначаются идентичными ссылочными позициями, и их описание не повторяется или приводится кратко. Предполагается, что этот процесс управления начинается в состоянии, идентичном состоянию для процесса управления, проиллюстрированного на фиг. 5.
[0059] В процессе управления, проиллюстрированном на фиг. 10, когда на этапе 106 определено то, что имеется цилиндр с бедной смесью, ЭБУ 40 вычисляет отношение воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью (этап 300). Опорный цилиндр с бедной смесью, используемый на этапе 300, соответствует одному имеющемуся цилиндру с бедной смесью или любому цилиндру с бедной смесью из нескольких имеющихся цилиндров с бедной смесью. Отношение воздух/топливо выбранного опорного цилиндра с бедной смесью вычисляется с использованием следующего способа. Иными словами, на этапе 300, значение, соответствующее отношению воздух/топливо, полученному в качестве опорного в процессе оценки степени бедности отношения воздух/топливо относительно теоретического отношения воздух/топливо посредством процесса этапа 108 в варианте 1 осуществления, вычисляется как отношение воздух/топливо в качестве опорного цилиндра с бедной смесью.
[0060] В процессе управления, проиллюстрированном на фиг. 10, ЭБУ 40 получает m-AF-кривую в зависимости от рабочего режима на этапе 112 и затем выполняет процесс корреляции показателя m политропы в такте расширения опорного цилиндра с бедной смесью с m-AF-кривой в зависимости от рабочего режима на основе показателя m политропы в такте расширения и отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью (этап 302). Подробности конкретной обработки этапа 302 основаны на идее, идентичной идее этапа 118. Затем ЭБУ 40 вычисляет отношения воздух/топливо цилиндров, отличных от опорного цилиндра с бедной смесью (этап 304). В частности, отношения воздух/топливо цилиндров, отличных от опорного цилиндра с бедной смесью, вычисляются с использованием m-AF-кривой, позиция которой указывается на основе показателя m политропы и отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью, и показателей m политропы в такте расширения цилиндров, отличных от опорного цилиндра с бедной смесью.
[0061] В вышеуказанном процессе управления, проиллюстрированном на фиг. 10, можно вычислять значения отношений воздух/топливо цилиндров с использованием показателей m политропы в такте расширения и m-AF-кривой, и в силу этого можно определять отношения воздух/топливо цилиндров, включающих в себя цилиндр с богатой смесью. В способе определения согласно этому варианту осуществления, даже когда отношения воздух/топливо всех цилиндров, которые должны оцениваться при работе в режиме сжигания бедной смеси, распределены к стороне выше теоретического отношения воздух/топливо, можно аналогично определять отношения воздух/топливо цилиндров.
[0062] В вариантах 1-3 осуществления, определяется, является ли каждый цилиндр цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью, и выполняется оценка степени бедности отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью и вычисление отношения воздух/топливо, с использованием максимального количества Qmax выделяемого тепла, которое вычисляется с использованием внутрицилиндрового давления, определенного датчиком 30 давления в цилиндрах. Тем не менее, параметр сгорания, который вычисляется с использованием внутрицилиндрового давления, определенного датчиком 30 давления в цилиндрах, и который используется для определения, не ограничен количеством Q выделяемого тепла, и, например, может быть скоростью сгорания. Скорость сгорания может вычисляться таким образом, что она выше, по мере того, как период основного сгорания становится более коротким, например, на основе периода основного сгорания (периода сгорания в 10-90%), который может вычисляться с использованием сжигаемой массовой доли (MFB). MFB при угле θ поворота коленчатого вала может вычисляться посредством выражения (3) с использованием данных количества Q выделяемого тепла синхронно с углом поворота коленчатого вала. Соответственно, угол поворота коленчатого вала, когда MFB является заданным значением, может получаться с использованием выражения (3).
sta
fin
В выражении (3) θ представляет начальную точку сгорания, а θ представляет конечную точку сгорания.
[0063] Фиг. 11 является схемой, иллюстрирующей соотношение между скоростью сгорания и отношением воздух/топливо. Как проиллюстрировано на фиг. 11, аналогично количеству Q выделяемого тепла (максимальному количеству Qmax выделяемого тепла, проиллюстрированному на фиг. 6), скорость сгорания имеет высокую чувствительность к отношению воздух/топливо в области, в которой отношение воздух/топливо выше теоретического отношения воздух/топливо, но имеет низкую чувствительность к отношению воздух/топливо вследствие характеристики скорости сгорания ламинарного потока топлива в области, в которой отношение воздух/топливо ниже теоретического отношения воздух/топливо. Соответственно, скорость сгорания может использоваться вместо количества Q выделяемого тепла (максимального количества Qmax выделяемого тепла), используемого в варианте 1 осуществления и т.п. Более конкретно, чем ниже становится скорость сгорания опорного цилиндра с бедной смесью, тем большей оценивается степень бедности.
[0064] Определение того, является ли каждый цилиндр цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью, не ограничено использованием только параметра сгорания на основе внутрицилиндрового давления, определенного датчиком 30 давления в цилиндрах. Иными словами, в качестве способа определения, является ли каждый цилиндр цилиндром с богатой смесью или цилиндром с бедной смесью, например, при использовании датчика 32 отношения воздух/топливо, может оцениваться то, выше или ниже отношение воздух/топливо каждого цилиндра теоретического отношения воздух/топливо, с учетом времени, в которое выхлопной газ, выпускаемый из каждого цилиндра, достигает датчика 32 отношения воздух/топливо.
[0065] Варианты 1-3 осуществления описывают пример, в котором дисбаланс отношения воздух/топливо между цилиндрами или отношения воздух/топливо каждого цилиндра оценивают для всех цилиндров двигателя 10 внутреннего сгорания. Тем не менее, оценка разности в отношении воздух/топливо между цилиндрами и оценка отношения воздух/топливо каждого цилиндра в изобретении не ограничена всеми цилиндрами, а может выполняться для оцениваемой целевой группы цилиндров, включающей в себя некоторые цилиндры многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. В частности, например, в случае если группа цилиндров с использованием одного катализатора очистки выхлопных газов (например, трехкомпонентного катализатора), в общем, включает в себя некоторые цилиндры вместо всех цилиндров, группа цилиндров с использованием катализатора очистки выхлопных газов совместно может использоваться в качестве оцениваемой целевой группы цилиндров. Примеры этого случая включают в себя случай, в котором катализатор очистки выхлопных газов располагается для каждого блока V-образного двигателя, и случай, в котором катализатор очистки выхлопных газов располагается для каждой группы цилиндров, в которой интервалы детонации равны или практически равны в рядном двигателе.
[0066] В вариантах 1-3 осуществления, m-AF-кривая для задания соотношения между показателем m политропы в такте расширения и отношением воздух/топливо используется для того, чтобы вычислять разность в отношении воздух/топливо между цилиндрами или вычислять отношение воздух/топливо. Тем не менее, значение показателя смеси воздух/топливо (соответствующее горизонтальной оси на m-AF-кривой, проиллюстрированной на фиг. 6 и т.п.), используемое вместе с показателем политропы в такте расширения для того, чтобы задавать информацию о соотношении в изобретении, не ограничено так называемым отношением воздух/топливо (т.е. массовым отношением объема воздуха и объема топлива) при условии, что оно является значением показателя, коррелированным с отношением воздух/топливо, и, например, может быть коэффициентом избытка воздуха или соотношением компонентов смеси воздух/топливо. Когда степень бедности отношения воздух/топливо опорного цилиндра с бедной смесью используется для того, чтобы указывать позицию m-AF-кривой, как описано в варианте 1 осуществления, значение показателя отношения воздух/топливо может быть значением (т.е. значениемпоказателя, указывающим степень бедности или степень богатства), указывающим степень отделения отношения воздух/топливо от теоретического отношения воздух/топливо. Примером значения показателя является разность между максимальным количеством Qmax выделяемого тепла цилиндра с богатой смесью и максимальным количеством Qmax выделяемого тепла опорного цилиндра с бедной смесью, который используется в варианте 1 осуществления.
[0067] В вариантах 1-3 осуществления, примерно проиллюстрирован двигатель 10 внутреннего сгорания с использованием бензина, который является примером углеводородного топлива, в качестве топлива. Тем не менее, топливо в изобретении не ограничено углеводородным топливом, таким как бензин, при условии, что доли двухатомных молекул и трехатомных молекул в сжигаемом газе варьируются в зависимости от отношения воздух/топливо, как описано в варианте 1 осуществления, и может представлять собой, например, водородное топливо.
[0068] Процесс определения дисбаланса отношения воздух/топливо и процесс определения отношения воздух/топливо в вариантах 1-3 осуществления могут выполняться в надлежащих комбинациях.