СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПРОВЕРКИ НОРМАЛЬНОСТИ ДАТЧИКА ДЕТОНАЦИИ
METHOD AND SYSTEM FOR VERIFICATION OF NORMALCY OF SENSOR OF DETONATION

Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем, к способам и системам для определения ухудшения характеристик датчика детонации и регулировке работы в соответствии с этим.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Детонация двигателя обусловлена самовозгоранием воздушно-топливной смеси в сжатых отходящих газах, вызванным первичным событием искрообразования в камере сгорания. Датчики детонации могут использоваться для определения условий детонации, например, из-за отложения углерода (нагара) внутри камеры сгорания. Датчик детонации может быть пассивным пьезоэлектрическим устройством, которое выводит напряжение в ответ на принимаемую акустическую вибрацию. Высокоамплитудный выходной сигнал датчика может указывать на событие детонации. Для обеспечения характеристик двигателя можно использовать проверку нормальности датчика детонации.
Попытки обращения к проверкам нормальности датчика детонации содержат определение ухудшения характеристик датчика детонации на основе выходного сигнала датчика во время работы двигателя. Один из примерных подходов показан Эрнандесом (Hernandez) с соавт. в патенте США 7222607 В2. В нем, вычисляется энергия детонации каждого датчика детонации и определяется неисправность датчика детонации, если энергия детонации ниже экспериментально определенного порогового значения.
Тем не менее, авторы настоящего изобретения признают потенциальные проблемы, связанные с такими системами. В качестве одного из примеров, при определенных условиях энергия выходного сигнала датчика детонации может быть ниже порогового значения, даже когда датчик детонации работает правильно. Например, во время остановки двигателя на холостом ходу или режима электромобиля (ЭМ) гибридного электромобиля (ГЭМ), выходной сигнал датчика детонации может стремиться к нулю. При этих условиях, предыдущие подходы могут приводить к ложноположительной диагностике. Кроме того, проверки нормальности, основанные на энергии детонации, могут занимать много времени, так как для надежного вычисления энергии детонации может потребоваться много выборочных точек выходного сигнала датчика детонации.
В одном из примеров, вышеописанные проблемы могут быть решены с помощью способа для двигателя, в котором: генерируют вибрацию с помощью исполнительного механизма в отсутствие сгорания в двигателе; и индицируют ухудшение характеристик датчика детонации на основе выходного сигнала датчика детонации, полученного в ответ на генерируемою вибрацию. Таким образом, можно надежно определять ухудшение характеристик датчика детонации двигателя.
В качестве одного из примеров, в способе могут записывать вибрацию двигателя во время сгорания в двигателе, и генерировать возбуждающий сигнал путем складывания записанной вибрации двигателя с импульсным сигналом. Когда автомобиль все еще работает и события сгорания остановлены во всех цилиндрах двигателя, исполнительный механизм могут приводить в действие возбуждающим сигналом для генерирования структурной и/или акустической вибрации. Вибрация может имитировать звук вибраций детонации двигателя во время сгорания в двигателе, и запускать датчик детонации (например, когда обработанный выходной сигнал датчика детонации будет идентифицирован как детонация двигателя электронной системой управления). Вибрация, которая может содержать акустическую вибрацию, может также предупреждать пешеходов и водителей автомобиля о том, что автомобиль движется при отсутствии шума сгорания в двигателе. Ухудшение характеристик датчика могут выявлять на основе отклика датчика детонации. Например, ухудшение характеристик может быть выявлено, если амплитуда выходного сигнала датчика, соответствующего сигналу возбуждающего импульса, ниже порогового значения. Таким образом, проверка нормальности датчика детонации может быть надежно выполнена, когда в цилиндре двигателя нет события горения (например, когда двигатель находится в состоянии покоя и не выполняются циклы сгорания). Так как в данном примере ухудшение характеристик датчика детонации определяют путем проверки того, реагирует ли датчик на генерируемый контроллером импульсный сигнал, проверка нормальности может быть выполнена за короткое время. В примере, путем регулировки акустической вибрации с точностью до порогового значения того же уровня, что и звук, получаемый от детонации двигателя, можно надежно определять ухудшение характеристик датчика детонации. Кроме того, путем сравнения амплитуды возбуждающего сигнала с амплитудой выходного сигнала датчика детонации, можно компенсировать ухудшение чувствительности датчика детонации. В примере, исполнительный механизм для генерации акустической вибрации может быть интегрирован с автомобильной системой акустического оповещения (АСАО, англ. AVAS от acoustic vehicle alerting system), которая уже присутствует в ГЭМ. Поэтому, способ можно реализовать в системе автомобиля с небольшой настройкой.
Следует понимать, что представленное выше раскрытие изобретения предназначено для ознакомления в упрощенной форме с выбором концепций, которые описаны ниже в осуществлении изобретения. Она не предназначена для идентификации ключевых или основных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется пунктами формулы изобретения, следующими после осуществления изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается осуществлениями, которые устраняют какие-либо из вышеуказанных недостатков, или в какой-либо части данного раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана примерная система двигателя.
На фиг. 2 показан примерный способ для выполнения проверки нормальности датчика детонации двигателя.
На фиг. 3 изображены временные графики различных рабочих параметров двигателя при реализации примерного способа.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для проверки нормальности датчика детонации двигателя в системе двигателя, такой как система двигателя, показанная на фиг. 1. На фиг. 2 показан примерный способ определения ухудшения характеристик датчика детонации. Во время работы двигателя, возбуждают исполнительный механизм для генерации вибрации в отсутствие сгорания в двигателе. Если датчик детонации не чувствителен к вибрации, может быть определено ухудшение характеристик датчика. На фиг. 3 изображено изменение рабочих параметров двигателя при реализации примерного способа.
На фиг. 1 показан примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может принимать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12 и ввод от водителя 130 автомобиля через устройство 132 ввода. В данном примере, устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала, пропорционального сигналу положению педали ПП. Цилиндр 14 (в данном документе, также обозначается как камера сгорания) двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным в них поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня переводится во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен с по меньшей мере одним приводным колесом пассажирского автомобиля через систему силовой передачи (не показана). Кроме того, стартерный мотор может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик (не показан) для обеспечения запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать впускной воздух через ряд впускных воздушных каналов 142, 144, и 146. Впускной воздушный канал 146 может взаимодействовать с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов может содержать наддувочное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на фиг. 1 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, расположенный между впускными воздушными каналами 142 и 144, и работающую на отработавших газах турбину 176, расположенную вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере, частично приводиться в действие работающей на отработавших газах турбиной 176 через вал 180, где наддувочное устройство выполнено в виде турбонагнетателя. В турбонагнетателе, через работающую на отработавших газах турбину 176 может быть соединен перепускной клапан (не показан). В частности, перепускной клапан может содержаться в байпасном канале, соединенный между впуском и выпуском работающей на отработавших газах турбины 176. Путем регулировки положения перепускного клапана, можно контролировать количество наддува, обеспечиваемого работающей на отработавших газах турбиной. Перепускной клапан может быть соединен с электромеханическим исполнительным механизмом, который может принимать команды от контроллера 12. Тем не менее, в других примерах, например, когда двигатель снабжен нагнетателем, работающая на отработавших газах турбина 176 может быть опционально опущена, и компрессор 174 может приводиться в действие механическим входом от мотора или двигателя.
Дроссель 20 (также называемый впускным дросселем 20), содержащий дроссельную заслонку 164 может быть предусмотрен вдоль впускного канала двигателя для изменения скорости потока и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1 или, альтернативно, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
x
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы и от других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 кислорода в отработавших газах показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 контроля выбросов. Датчик 128 может быть выбран из различных подходящих датчиков для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, таких как линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (как изображено), НДКОГ (ДКОГ с подогревом), датчик NO, НС, или СО. Устройство 178 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), уловителем NOx, различными другими устройствами контроля выбросов, или их комбинациями.
Температуру отработавших газов могут оценивать с помощью одного или более температурных датчиков (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. В качестве альтернативы, температуру отработавших газов могут выводить на основе условий работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания, и т.д. Кроме того, температуру отработавших газов могут вычислять с помощью одного или более датчиков 128 кислорода в отработавших газах. Следует понимать, что температуру отработавших газов могут альтернативно оценивать с помощью любой комбинации способов оценки температуры.
Система рециркуляции отработавших газов (РОГ) (не показана) может использоваться для направления требуемой части отработавших газов из выпускного канала 148 во впускной воздушный канал 142 выше по потоку от компрессора 174. Количество газов РОГ может контролироваться клапаном РОГ. В качестве альтернативы, часть газов, выделяющихся при сгорании, может удерживаться в камерах сгорания, в качестве внутренних газов РОГ, путем контролирования регулировки фаз выпускного и впускного клапанов. В еще одном варианте, отработавшие газы выше по потоку от работающей на отработавших газах турбины могут быть направлены вниз по потоку от компрессора.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, показано, что цилиндр 14 содержит один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра 14.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством приведения в действие кулачков через систему 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 через систему 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может содержать один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено датчиками 155 и 157 положения клапанов, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной и/или выпускной клапан могут управляться с помощью электропривода клапанов. Например, цилиндр 14 может, в качестве альтернативы, содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР. В еще одних вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться приводом или системой привода золотниковых клапанов, или приводом или системой привода изменения фаз газораспределения.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, и когда в верхней мертвой точке. Стандартно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Тем не менее, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высокой скрытой энтальпией испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется прямой впрыск, благодаря его воздействию на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициирования горения. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал O3 опережения зажигания от контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть исключена, например, когда двигатель 10 может инициировать горение автоматическим зажиганием или впрыском топлива, как это может быть в случае некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр может быть выполнен с одним или более топливными инжекторами для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, содержащий один топливный инжектор 166. Топливный инжектор 166 показан соединенным непосредственно с цилиндром 14 для прямого впрыска топлива в него пропорционально длительности топливного импульса ДТИ, полученному от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом, топливный инжектор 166 так называемый прямой впрыск (далее называемый также ПВ) топлива в цилиндр 14 сгорания. Хотя на фиг. 1 инжектор 166 показан как боковой инжектор, он может также быть расположен над поршнем, например, рядом с местоположением свечи 192 зажигания. Такое местоположение может улучшить перемешивание и сжигание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе из-за меньшей летучести некоторых видов спиртосодержащего топлива. В качестве альтернативы, инжектор может быть расположен наверху и рядом с впускным клапаном для улучшения перемешивания. Топливо может подаваться в топливный инжектор 166 из топливной системы 8 высокого давления, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. В качестве альтернативы, топливо может подаваться одноступенчатым топливным насосом под более низким давлением, и в этом случае время прямого впрыска топлива может быть более ограниченным во время такта сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут иметь преобразователь давления, подающий сигнал на контроллер 12. Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления, инжектор 166 может быть инжектором распределенного впрыска, подающим топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14.
Следует также понимать, что несмотря на то, что изображенный вариант осуществления иллюстрирует двигатель, работающий от впрыска топлива через единственный прямой инжектор, в альтернативных вариантах осуществления, двигатель может работать, используя два инжектора (например, инжектор прямого впрыска и инжектор распределенного впрыска) и изменяя относительное количество впрыска в цилиндр от каждого инжектора.
Топливные баки в топливной системе 8 могут содержать топливо с различными качествами топлива, например, различные топливные составы. Эти отличия могут содержать разное содержание алкоголя, разное октановое число, различную теплоту испарения, различные топливные смеси, и/или их комбинации ит.д.
Топливо может подаваться инжектором в цилиндр во время одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество подаваемого от инжектора топлива может изменяться в зависимости от рабочих параметров. Кроме того, для одного события сгорания, может выполняться многократный впрыск поставляемого топлива за такт. Многократный впрыск может выполняться во время такта сжатия, такта впуска, или любой их соответствующей комбинации. Кроме того, топливо может впрыскиваться в течение цикла для регулирования воздушно-топливного отношения (ВТО) при сгорании. Например, топливо может впрыскиваться для обеспечения стехиометрического ВТО. Для оценки ВТО в цилиндре может использоваться датчик ВТО. В одном из примеров, датчик ВТО может быть датчиком кислорода в отработавших газах, например, датчиком 128 ДКОГ. Датчик может определить ВТО путем измерения количества остаточного кислорода (для обедненных смесей) или несгоревших углеводородов (для обогащенных смесей) в отработавших газах. По существу, ВТО может быть представлено в виде Лямбда-значения (λ), т.е. как отношение фактического ВТО к стехиометрии для данной смеси. Таким образом, Лямбда-значение 1.0 указывает на стехиометрическую смесь, являющуюся более обогащенной, чем стехиометрические смеси, которые могут иметь Лямбда-значение меньше 1.0, и более обедненной, чем стехиометрические смеси, которые могут иметь Лямбда-значение больше 1.
Двигатель 10 может содержать датчик детонации, соединенный с каждым цилиндром 14 для идентификации ненормальных событий сгорания в цилиндре, например, таких как события, связанные с детонацией, ранним зажиганием на низких оборотах (РЗНО, англ. LSPI от low speed pre-ignition) и ранним зажиганием на высоких оборотах (РЗВО, англ. HSPI от high speed pre-ignition). В варианте осуществления, один или более датчиков 90 детонации могут быть соединены с выбранными местами блока 15 цилиндров. В еще одном варианте осуществления, один или более датчиков 90' детонации могут быть соединены с впускным коллектором 144. Например, датчик детонации может быть непосредственно соединен со стенкой впускного коллектора, выступая во внутреннюю часть впускного коллектора.
Двигатель 10 может дополнительно содержать автомобильную систему 9 акустического оповещения (АСАО). Так как гибридные электромобили являются очень тихими, система 9 АСАО может приводить в действие исполнительный механизм для генерации вибрации для предупреждения пешеходов и/или водителей автомобиля во время работы автомобиля. В качестве примера, система АСАО может быть активирована для генерации автомобильных акустических оповещений, когда скорость автомобиля ниже порогового значения и двигатель автомобиля отключен. В качестве другого примера, система АСАО может быть активирована, когда автомобиль движется задним ходом в электрическом режиме. В одном примере, исполнительный механизм для генерации вибрации может быть динамиком. В одном из вариантов осуществления, исполнительный механизм 123 может быть соединен с блоком 15 цилиндров. Исполнительный механизм может быть соединен непосредственно с наружной стенкой блока 15 цилиндров. В другом варианте осуществления, исполнительный механизм 123' может быть соединен с впускным коллектором 144. Исполнительный механизм может быть непосредственно соединен со стенкой впускного коллектора, выступая во внутреннюю часть впускного коллектора. Таким образом, вибрация, генерируемая исполнительным, может резонировать внутри блока цилиндров. В еще одном варианте осуществления, исполнительный механизм может быть расположен снаружи от всех камер сгорания двигателя. В одном из вариантов осуществления, как датчик 90 детонации, так и исполнительный механизм 123 соединены с блоком цилиндров. Исполнительный механизм может генерировать акустическую вибрацию, имитирующую звук детонации цилиндра, с которым он соединен, а датчик детонации может обнаруживать детонацию двигателя в цилиндре, с которым он соединен. В другом варианте осуществления, как датчик 90' детонации, так и исполнительный механизм 123' соединены с впускным коллектором. Датчик детонации может обнаруживать детонацию двигателя в любом цилиндре многоцилиндрового двигателя. Близкое расположение датчика детонации и исполнительного механизма друг к другу (оба соединены с блоком цилиндров, или оба соединены с впускным коллектором) может гарантировать, что акустическая вибрация, генерируемая исполнительным механизмом, будет достигать датчика детонации. В другом варианте осуществления, датчик детонации может быть соединен с каждым блоком цилиндров, а исполнительный механизм может быть соединен с впускным коллектором. При соединения исполнительного механизма с впускным коллектором, требуется только один исполнительный механизм на систему многоцилиндрового двигателя, чтобы генерировать акустическую вибрацию для определения ухудшения характеристик датчика детонации. Акустическая вибрация, генерируемая исполнительным механизмом, может имитировать детонацию двигателя в любом цилиндре многоцилиндрового двигателя. В другом варианте осуществления, датчик детонации может быть соединен с впускным коллектором, а исполнительный механизм может быть соединен с каждым цилиндром блока цилиндров. Система АСАО может дополнительно содержать записывающее устройство для записи вибрации двигателя. В одном из вариантов осуществления, записывающее устройство может быть интегрировано с исполнительным механизмом. Путем соединения исполнительного механизма с блоком цилиндров или впускным коллектором, звук детонации двигателя может генерироваться и резонировать в блоке цилиндров или впускном коллекторе.
Как раскрыто выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Как таковой, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор(ы), свечу зажигания и т.д.
Контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 106, входной/выходной порты 108, электронный накопитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в виде чипа 110 постоянного запоминающего устройства в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114, и шину данных. Контроллер 12, в дополнение к ранее упомянутым сигналам, может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, содержащие измерения массового расхода засосанного воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха, температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, соединенного с рукавом 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 124, ВТО в цилиндре от датчика 128 ДКОГ, и ненормальное сгорание от датчика 90 детонации. Сигнал частоты вращения двигателя, в об/мин, может генерироваться контроллером 12 от сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе ДВК от датчика давления в коллекторе может использоваться для обеспечения индикации разряжения или давления во впускном коллекторе.
Носитель 110 с постоянным запоминающим устройством может быть запрограммирован машиночитаемыми данными, представляющими команды в долговременной памяти, исполняемые процессором 106 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов. Таким образом, контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, и использует различные исполнительные механизмы, показанные на фиг. 1, для регулирования работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера. Например, при настройке амплитуды генерируемой акустической вибрации могут регулировать исполнительный механизм 123.
На фиг. 2 показан примерный способ 200 для выполнения проверки нормальности датчика детонации. В данном способе генерируют вибрацию для имитации звука детонации двигателя. Если датчик детонации работает правильно, в ответ на вибрацию может быть зафиксирован высокоамплитудный выходной сигнал датчика детонации. В одном из вариантов осуществления, исполнительный механизм может быть частью системы АСАО в ГЭМ.
Инструкции для выполнения способа 200 и остальные способы, приведенные здесь, могут выполняться контроллером (например, контроллером 12, показанном на фиг. 1) на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше со ссылками на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
На шаге 201, могут определять рабочие условия двигателя в ходе работы автомобиля. Контроллер получает измерения от различных датчиков в системе двигателя и оценивает рабочие условия, содержащие нагрузку двигателя, требование крутящего момента двигателя, частоту вращения двигателя, угол поворота коленчатого вала, и момент зажигания двигателя.
На шаге 202, в способе 200 определяют остановлено ли событие сгорания в двигателе. Например, в способе 200 могут определять, что сгорания двигателя остановлено, если нет сгорания ни в одном из цилиндров в пределах их перспективного цикла в двигателе. В качестве другого примера, в способе 200 могут определять, что сгорание в двигателе остановлено, если свечи зажигания во всех цилиндрах отключены. В качестве другого примера, в способе 200 могут определять, что сгорание в двигателе остановлено, если двигатель находится в режиме электромобиля, в котором автомобиль приводится в движение только крутящим моментом, создаваемым электродвигателем. В качестве другого примера, в способе 200 могут определять, что сгорание в двигателе остановлено, если двигатель остановлен (то есть, частота вращения двигателя равна нулю). В качестве еще одного примера, в способе 200 могут определять, что сгорание в двигателе остановлено, если двигатель остановлен на холостом ходу. В отсутствие события сгорания, в способе 200 переходят к шагу 204, на котором загружают записанную вибрацию двигателя. Например, вибрацию двигателя могут загружать из долговременной памяти. Вибрация двигателя может содержать шум двигателя из-за сгорания в двигателе. Вибрация двигателя может также содержать шум, создаваемый передвигающимся автомобилем. Если сгорание в двигателе не остановлено, в способе 200 переходят к шагу 203.
На шаге 203, в способе 200 определяют, записывать ли вибрацию двигателя. В качестве одного из примеров, вибрацию двигателя могут записывать, если в долговременной памяти не хранится записанная вибрация двигателя. В качестве другого примера, вибрацию двигателя могут записывать если записанная вибрация двигателя не была обновлена в течение периода времени.
Контроллер может также определять, подходит ли текущее состояние двигателя для записи вибрации двигателя. В одном из вариантов осуществления, контроллер может записывать работу двигателя, когда нет детонации двигателя. В качестве примера, контроллер может записывать вибрацию двигателя, когда запаздывание зажигания мало, и детонация двигателя маловероятна. В качестве другого примера, контроллер может записывать вибрацию двигателя, когда нагрузка двигателя меньше порогового значения. В другом варианте осуществления, контроллер может записывать вибрацию двигателя во время устойчивой работы двигателя. Например, устойчивую работу двигателя могут определять, если изменение требования крутящего момента находится в пределах порогового значения. В другом варианте осуществления, контроллер может записывать вибрацию двигателя во время низкого наружного шума. Наружный шум может, например, содержать звук, не связанный с работой автомобиля. В еще одном варианте осуществления, контроллер может записывать вибрацию двигателя на основании дорожных условий. Например, контроллер может записывать вибрацию двигателя, когда автомобиль передвигается по дороге с покрытием, когда шум, создаваемый трением между колесами автомобиля и дорогой, является низким.
Если в способе 200 определяют не записывать вибрацию двигателя, в способе 200 переходят к шагу 205, на котором постоянно контролируют условия работы двигателя. В противном случае, если в способе 200 определяют записывать вибрацию двигателя, в способе 200 переходят к шагу 206.
На шаге 206, могут записывать вибрацию двигателя с помощью записывающего устройства. Вибрация двигателя может содержать акустическую вибрацию, создаваемую от сгорания в двигателе. Вибрация двигателя может содержать звук, создаваемый из-за работы двигателя, например, трения между компонентами двигателя. В качестве одного из примеров, записывающее устройство может быть микрофоном для преобразования акустической вибрации в сигнал напряжения. В качестве другого примера, записывающее устройство может быть пьезоэлектрическим устройством. В одном из вариантов осуществления, записывающее устройство может быть расположено во впускном коллекторе двигателя. В другом варианте осуществления, записывающее устройство может быть соединено с блоком цилиндров двигателя.
На шаге 207, в способе 200 определяют, требуется ли проводить проверку нормальности датчика детонации. В качестве примера, проверку нормальности датчика детонации могут проводить после заданного периода времени. В качестве другого примера, проверку нормальности датчика детонации могут проводить, если продолжительность после последней проверки рациональности больше порогового значения. Если определяют не проводить проверку нормальности, в способе 200 переходят к шагу 209. В противном случае, в способе 200 переходят к шагу 208.
На шаге 208, приводят в действие исполнительный механизм (такой как исполнительный механизм 123 или 123', показанный на фиг. 1) с помощью возбуждающего сигнала для генерации структурной и/или акустической вибрации. В примере, возбуждающий сигнал может быть импульсным или "пинговым" сигналом. В другом примере, возбуждающий сигнал может содержать записанную на шаге 206 вибрацию двигателя. В одном из вариантов осуществления, контроллер 12 может генерировать возбуждающий сигнал путем складывания импульсного сигнала с сигналом записанной вибрации двигателя, и посылать возбуждающий сигнал исполнительному механизму. Исполнительный механизм может затем преобразовывать возбуждающий сигнал в вибрацию. Генерируемая импульсным сигналом вибрация может имитировать детонацию двигателя во время сгорания в двигателе, а вибрация, генерируемая записанной вибрацией двигателя, может воспроизводить вибрацию во время работы двигателя. В примере, вибрация может быть структурной вибрацией. В другом примере, исполнительный механизм может быть динамиком, а вибрация является акустической вибрацией. В другом примере, исполнительный механизм может альтернативно быть пьезоэлектрическим устройством. В одном из вариантов осуществления, исполнительный механизм является частью системы АСАО. В другом варианте осуществления, исполнительный механизм может быть расположен во впускном коллекторе. В другом варианте осуществления, исполнительный механизм может быть соединен с блоком цилиндров двигателя. В еще одном варианте осуществления, исполнительный механизм может быть интегрирован с записывающим устройством.
Амплитуду генерируемой вибрации могут регулировать с помощью контроллера. В варианте осуществления, амплитуду генерируемой вибрации могут настраивать так, чтобы она была в пределах порогового значения того же уровня, что и звук, генерируемый детонацией двигателя. В варианте осуществления, амплитуду генерируемой вибрации могут регулировать в зависимости от местоположения записывающего устройства и местоположения исполнительного механизма. Например, амплитуду генерируемой вибрации могут увеличивать при увеличении расстояния между записывающим устройством и исполнительным механизмом. В другом варианте осуществления, амплитуда генерируемой вибрации может зависеть от чувствительности датчика детонации. Например, амплитуду могут увеличивать при пониженной чувствительности датчика детонации, так чтобы генерируемая вибрация могла вызвать отклик, если датчик детонации работоспособен.
Если в способе 200 определяют не проводить проверку нормальности датчика детонации, в способе 200 переходят к шагу 209, на котором исполнительный механизм возбуждают только с помощью записанной вибрации двигателя.
На шаге 210, в способе 200 контролируют выходной сигнал датчика детонации и определяют ухудшение характеристик датчика детонации на основе выходного сигнала датчика детонации. В одном из вариантов осуществления, могут определить ухудшение характеристик датчика детонации, если амплитуда выходного сигнала датчика детонации ниже порогового значения. Пороговое значение могут уменьшать при пониженной амплитуде генерируемой акустической вибрации. В другом варианте осуществления, воспроизводимую вибрацию двигателя могут сперва удалить из выходного сигнала датчика детонации перед сравнением с пороговым значением. В качестве примера, воспроизводимую вибрацию двигателя могут удалять путем фильтрования выходного сигнала датчика детонации с помощью высокочастотного фильтра. В качестве другого примера, воспроизводимую вибрацию двигателя могут удалять из выходного сигнала датчика детонации путем вычитания записанной вибрации двигателя из выходного сигнала датчика детонации. Путем удаления воспроизводимой вибрацию двигателя из выходного сигнала датчика детонации, можно увеличить отношение сигнал/шум выходного сигнала из-за возбуждения импульса. Если ухудшение характеристик датчика детонации не обнаружено, в способе 200 переходят к шагу 211 для сброса диагностического кода, связанного с ухудшением характеристик датчика детонации. В противном случае, если обнаружено ухудшение характеристик датчика детонации, в способе 200 переходят к шагу 212.
На шаге 212, могут устанавливать и сохранять в контроллере диагностический код, связанный с ухудшением характеристик датчика детонации. Кроме того, на основе выходного сигнала датчика детонации, могут вычислять коэффициент компенсации датчика детонации и использовать его для компенсации выходного сигнала датчика детонации. Например, коэффициент компенсации датчика детонации может быть пропорциональным амплитуде возбуждающего импульса, и пропорциональным величине, обратной амплитуде выходного сигнала датчика детонации в соответствии с возбуждением импульса. Коэффициент компенсации датчика детонации может отображать степень ухудшения характеристик датчика детонации. Например, повышенный коэффициент компенсации датчика детонации указывает на пониженную чувствительность датчика детонации. Выходной сигнал датчика детонации могут компенсировать путем умножения выходного сигнала датчика детонации на коэффициент компенсации датчика детонации. Скомпенсированный выходной сигнал датчика детонации могут затем анализировать для обнаружения детонации двигателя. Кроем того, в соответствии с ухудшением характеристик датчика детонации, в способе 200 могут препятствовать запаздыванию зажигания для предотвращения детонации двигателя. Например, в способе 200 могут идентифицировать цилиндр, которому соответствует датчик детонации с ухудшенными характеристиками, и препятствовать запаздыванию зажигания в идентифицированном цилиндре.
На фиг. 3 показаны временные графики рабочих параметров двигателя при реализации способа, показанного на фиг. 2. Оси х указывают время и увеличиваются слева направо. На первом графике сверху показано требование 310 крутящего момента. Требование крутящего момента увеличивается, как показано на оси у. На втором графике сверху показано событие сгорания в типичном цилиндре двигателя. Вертикальные полосы (такие как 321 и 322) указывают на конкретное событие сгорания. На третьем графике сверху показана вибрация 330 двигателя. Направление оси у указывает на повышение вибрации двигателя. На четвертом графике сверху показан сигнал, записываемый записывающим устройством. Записываемый сигнал 340 может быть сигналом напряжения. На пятом графике сверху показан возбуждающий сигнал 350. Возбуждающий сигнал могут посылать чтобы привести в действие исполнительный механизм для генерации акустической вибрации. Возбуждающий сигнал может быть сигналом напряжения. На шестом графике сверху показан выходной сигнал 360 датчика детонации. Выходной сигнал датчика детонации может быть сигналом напряжения.
0
1
С момента времени Т до момента времени T, в двигателе происходят периодические сгорания. Изменение требования 310 крутящего момента является большим. Следовательно, колебания вибрации двигателя являются большими. В этот период времени, сигнал не записывают и не приводят в действие исполнительный механизм. Амплитуда выходного сигнала датчика детонации является низкой, указывая на отсутствие детонации двигателя.
1
2
0
1
1
2
2
2
3
2
3
С момента времени T до момента времени Т, сгорание в двигателе продолжается. Требование крутящего момента уменьшается и находится в пределах, определяемых пороговым значением 311 и 312. Поскольку изменение требования 313 крутящего момента находится в пределах порогового значения, контроллер определяет, что двигатель работает устойчиво. Во время устойчивой работы двигателя, колебания вибрации 330 двигателя уменьшаются по сравнению с периодом времени Т - T. Начиная с момента времени Т, вибрация двигателя записана и сохранена в долговременной памяти контроллера. В момент времени Т, требование крутящего момента падает до нуля. Требование крутящего момента может упасть до нуля, например, во время остановки двигателя на холостом ходу. В качестве другого примера, требование крутящего момента может упасть до нуля, когда гибридный электромобиль (ГЭМ) находится в режиме электромобиля (ЭМ). Сгорание в двигателе останавливается с момента времени Т. Отметим, что, хотя на втором графике сверху показан типичный цилиндр двигателя, сгорание во всех без исключения цилиндрах двигателя остановлено с момента времени Т до момента времени Т. Продолжительность с момента времени Т до момента времени Т составляет не меньше цикла двигателя. Возбуждающий сигнал является математической функцией записанного сигнала 340, и импульсный (или "пинговый") сигнал 351 посылают на исполнительный механизм. Например, возбуждающий сигнал может быть суммой приведенной записанной вибрации двигателя и импульсного сигнала. Примерный возбуждающий сигнал с периодическими импульсами высокой амплитуды построен на фиг. 3. В качестве альтернативы, возбуждающий сигнал может содержать одиночный импульс. В ответ на каждый импульс возбуждающего сигнала, датчик детонации выдает высокоамплитудное колебание. Если амплитуда колебания выше порогового значения 361, контроллер определяет, что датчик детонации подвергают проверке нормальности. В противном случае, индицируют ухудшение характеристик датчика детонации.
in
out
in
out
Коэффициент компенсации могут определять на основе амплитуды возбуждающего сигнала (A) и амплитуды выходного сигнала датчика детонации (A). Например, коэффициент компенсации может быть пропорциональным A/A. Коэффициент компенсации могут умножать на выходной сигнал датчика детонации для компенсации потери чувствительности датчика детонации с течением времени.
Таким образом, можно надежно определять ухудшение характеристик датчика детонации путем его возбуждения акустическим импульсом. Технический эффект от проведения проверки нормальности датчика детонации в отсутствие сгорания в двигателе состоит в том, что можно непосредственно и быстро определять ухудшение характеристик датчика детонации. Технический эффект от использования исполнительного механизма, соединенного с впускным коллектором для возбуждения датчика детонации, состоит в том, что генерируемая акустическая вибрация может имитировать звук детонации от любых цилиндров системы двигателя. Технический эффект от использования исполнительного механизма, соединенного с блоком цилиндров, состоит в том, что генерируемая акустическая вибрация может имитировать звук детонации от цилиндра, с которым соединен исполнительный механизм. Технический эффект от проигрывания записанной вибрации двигателя через исполнительный механизм состоит в том, что пешеходы и водитель автомобиля могут быть предупреждены, что шум, вызванный работой автомобиля, является тихим. Кроме того, проверку нормальности датчика детонации можно экономично проводить с помощью системы АСАО при небольшой модификации системы.
В качестве одного из вариантов осуществления, представлен способ для двигателя, в котором: генерируют вибрацию с помощью исполнительного механизма в отсутствие сгорания в двигателе; и выявляют ухудшение характеристик датчика детонации на основе выходного сигнала датчика детонации, полученного в ответ на генерируемою вибрацию. В первом примере способа, индицируют ухудшение характеристик датчика детонации, если амплитуда выходного сигнала датчика детонации ниже порогового значения, и причем исполнительный механизм расположен снаружи от всех камер сгорания двигателя. Второй пример способа опционально содержит первый пример и дополнительно содержит, что в нем генерируемая вибрация является акустической вибрацией. Третий пример способа опционально содержит один или более из первого и второго примеров и дополнительно содержит, что в нем исполнительный механизм является частью автомобильной системы акустического оповещения и генерирует автомобильные акустические оповещения в соответствии с тем, что скорость автомобиля ниже порогового значения и двигатель отключен. Четвертый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по третий и дополнительно содержит, что в нем датчик детонации соединен с впускным коллектором. Пятый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по четвертый и дополнительно содержит, что в нем датчик детонации соединен с блоком цилиндров двигателя. Шестой пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по пятый и дополнительно содержит, что в нем препятствуют запаздыванию зажигания в соответствии с индикацией ухудшения характеристик датчика детонации. Седьмой пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по шестой и дополнительно содержит, что в нем исполнительный механизм соединен с впускным коллектором двигателя. Восьмой пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по седьмой и дополнительно содержит, что в нем исполнительный механизм соединен с блоком цилиндров двигателя. Девятый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по восьмой и дополнительно содержит, что в нем записывают вибрацию двигателя во время сгорания в двигателе, и генерируют вибрацию, содержащую записанную вибрацию двигателя. Десятый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по девятый и дополнительно содержит, что в нем вибрацию двигателя записывают во время устойчивой работы двигателя.
В качестве другого варианта осуществления, представлен способ для двигателя, в котором: во время сгорания в двигателе, записывают вибрацию двигателя; в отсутствие сгорания в двигателе, электрически возбуждают исполнительный механизм с помощью возбуждающего сигнала, причем возбуждающий сигнал содержит записанную вибрацию двигателя и импульсный сигнал; и индицируют ухудшение характеристик датчика детонации на основе выходного сигнала датчика детонации. В первом примере способа, дополнительно записывают вибрацию двигателя, пока изменение требования крутящего момента находится в пределах порогового значения. Второй пример способа опционально содержит первый пример и дополнительно содержит, что в нем индицируют ухудшение характеристик датчика детонации путем сравнения выходного сигнала датчика детонации с возбуждающим сигналом. Третий пример способа опционально содержит один или более из первого и второго примеров и дополнительно содержит, что в нем индицируют ухудшение характеристик датчика детонации путем фильтрования выходного сигнала датчика детонации для удаления сигнала в соответствии с записанной вибрацией двигателя. Четвертый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по третий и дополнительно содержит, что в нем акустический импульсный сигнал является периодическим сигналом.
В качестве другого варианта осуществления, представлена система автомобиля, содержащая: двигатель, исполнительный механизм, соединенный с двигателем, датчик детонации, соединенный с двигателем; контроллер, выполненный с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти для: в отсутствие сгорания в двигателе, генерирования акустической вибрации с помощью исполнительного механизма; и индицирования ухудшения характеристик датчика детонации на основе выходного сигнала датчика детонации. В первом примере системы, акустическую вибрацию генерируют во время состояния остановленного двигателя. Второй пример системы опционально содержит первый пример и дополнительно содержит, что система автомобиля является гибридным электромобилем, и акустическую вибрацию генерируют во время режима электромобиля. Третий пример системы опционально содержит один или более из первого и второго примеров и дополнительно содержит, что генерируемая акустическая вибрация содержит импульс, и амплитуду импульса настраивают в зависимости от чувствительности датчика детонации.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами, и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, где указанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и процедуры 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.