СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ЗАЖИГАНИЯ
PREMATURE IGNITION MONITORING METHOD AND SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание по сути относится к способам и системам управления двигателем автомобиля в ответ на обнаружение преждевременного зажигания.
Уровень техники
При определенных рабочих условиях для двигателей с высокой степенью сжатия или для форсированных двигателей с увеличенной удельной производительностью могут быть характерны случаи преждевременного зажигания на низкой скорости. Раннее сгорание топлива вследствие преждевременного зажигания может вызвать появление очень высокого давления в цилиндре, что в результате приведет к появлению волн давления сгорания, схожих с волнами детонации, но большей интенсивности. Были разработаны меры прогнозирования и (или) раннего обнаружения преждевременного зажигания в зависимости от рабочих условий двигателя. Кроме того, различные меры уменьшения последствий преждевременного зажигания могут быть приняты после указанного обнаружения.
Раскрытие изобретения
Авторы настоящего изобретения признают, что не все случаи преждевременного зажигания в цилиндре одинаковы, и что может быть необходима корректировка мер уменьшения последствий преждевременного зажигания в соответствии с характером случаев преждевременного зажигания и с учетом предыстории преждевременного зажигания в цилиндре. Например, меры уменьшения последствий, используемые для цилиндра, где случаи преждевременного зажигания возникают периодически, могут быть не столь эффективны для цилиндра, где случаи преждевременного зажигания возникают постоянно. Другими словами, более интенсивные подход к уменьшению последствий преждевременного зажигания может быть необходимым во время некоторых случаев преждевременного зажигания по сравнению с другими случаями преждевременного зажигания.
Так, в одном примере изобретение относится к способу работы двигателя, согласно которому: обогащают смесь цилиндра и ограничивают нагрузку на двигатель на первое значение в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре; и обогащают смесь цилиндра и ограничивают нагрузку на двигатель на второе значение, которое больше первого значения, в ответ на постоянное преждевременное зажигание в цилиндре.
В одном из примеров в ответ на определение преждевременного зажигания в цилиндре контроллер двигателя может обновить предысторию преждевременного зажигания цилиндра. Определение преждевременного зажигания может быть основано на рабочих условиях двигателя, таких как интенсивность детонации (определяемая датчиком детонации), ускорение кулачкового вала (определяемое датчиком кулачкового вала), ионизации искры, и (или) может быть основано на изменении давления в цилиндре из-за аномальных случаев преждевременного зажигания в цилиндре. Предыстория случаев преждевременного зажигания в цилиндре может содержать, например, число случаев преждевременного зажигания, в том числе как число случаев преждевременного зажигания в цилиндре, которые произошли в течение всего срока работы цилиндра, так и число случаев преждевременного зажигания в цилиндре, которые произошли за текущий цикл двигателя. Предыстория также может дополнительно включать число последовательных случаев преждевременного зажигания в цилиндре. В одном из примеров в ответ на дискретные случаи преждевременного зажигания, во время последовательных случаев преждевременного зажигания в цилиндре (то есть когда число последовательных случаев преждевременного зажигания в цилиндре не превышает пороговое значение), контроллер двигателя может определить периодическое преждевременное зажигание в цилиндре и соответственно отрегулировать меры по уменьшению его последствий. В другом примере в ответ на продолжительные случаи преждевременного зажигания, во время последовательных случаев преждевременного сгорания в цилиндре (то есть когда число последовательных случаев преждевременного зажигания в цилиндре превышает пороговое значение), контроллер двигателя может определить постоянное преждевременное зажигание в цилиндре и может соответственно отрегулировать меры по уменьшению его последствий.
Например, в ответ на определение периодических случаев преждевременного зажигания в цилиндре контроллер может немедленно обогатить смесь цилиндра и уменьшить нагрузку на двигатель на первое значение, а в ответ на определение постоянного преждевременного зажигания в цилиндре контроллер может немедленно обогатить смесь в цилиндре и уменьшить нагрузку на двигатель на второе значение, которое больше первого значения. В обоих случаях обогащение смеси цилиндра двигателя может включать работу цилиндра с отношением воздуха к топливу, превышающему стехиометрическое отношение для данного периода. При обогащении смеси цилиндра в ответ на появление преждевременного зажигания, может быть достигнут немедленный эффект охлаждения цилиндра зарядом воздуха, который может уменьшить дальнейшее появление случаев аномального сгорания. Одновременное ограничение нагрузки на двигатель, например снижением потока воздуха, может еще больше способствовать уменьшению возникновения дополнительных случаев преждевременного зажигания. Тем не менее, эффект от ограничения нагрузки, оказываемый на преждевременное зажигание, может быть отложен до того момента, пока не стабилизируется поток воздуха.
Обогащение смеси в ответ на периодическое преждевременное зажигание может отличаться от обогащения в ответ на постоянное преждевременное зажигание. Например, обогащение в ответ на периодическое преждевременное зажигания может быть слабым и (или) меньшим по продолжительности, в то время как обогащение в ответ на постоянное преждевременное зажигание может быть сильным и (или) большим по продолжительности. Ограничение нагрузки на двигатель можно схожим образом регулировать. Ограничение нагрузки на двигатель может включать снижение потока воздуха путем регулирования одного или нескольких отверстий дроссельной заслонки, наддува двигателя, фаз кулачкового вала, фаз клапанов, фаз перепускного клапана и т.д. Так, в одном примере в ответ на периодическое преждевременное зажигание открытие дроссельной заслонки и наддув могут быть уменьшены на меньшее значение, а в ответ на постоянное преждевременное зажигание открытие дроссельной заслонки и наддув могут быть уменьшены на большее значение. В другом примере фазы кулачкового вала могут быть отрегулированы на большее значение в ответ на постоянное преждевременное зажигание и на меньшее значение в ответ на периодическое преждевременное зажигание.
В одном из примеров ограничение нагрузки может быть синхронизировано с обогащением посредством возрастающего ограничения нагрузки, в соответствии с процессом обогащения. Например, скорость возрастания может быть отрегулирована таким образом, что оно завершается одновременно с завершением обогащения.
В другом примере двигатель может содержать первый и второй блоки цилиндров. В таком случае в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре первого блока, контроллер может обогатить смесь этого цилиндра и ограничить нагрузку на двигатель для всех цилиндров первого блока и не ограничить для цилиндров второго блока, например посредством регулирования фаз кулачковых валов первого блока и не регулирования фаз кулачковых валов второго блока. Для сравнения, в ответ на наличие постоянного преждевременного зажигания в цилиндре первого блока контроллер может обогатить смесь этого цилиндра и ограничить нагрузку на двигатель для всех цилиндров первого и второго блоков. В одном из примеров это может включать ограничение нагрузки на двигатель для всех цилиндров в первого и второго блоков на одно и то же (большее) значение. В другом примере это может включать ограничение нагрузки на двигатель для всех цилиндров в первого блока на большее значение, в то время как ограничение нагрузки на двигатель для всех цилиндров второго блока будет на меньшее значение.
Аналогично, профиль обогащения для других цилиндров различных блоков может быть отрегулирован по-разному, в зависимости от характера преждевременного зажигания. Например, в ответ на постоянное преждевременное зажигание в цилиндре первого блока смесь этого цилиндра может быть обогащена в большей степени и (или) больше по продолжительности, тогда как смесь других цилиндров первого блока также будет обогащена, но меньше по продолжительности и (или) в меньшей степени. В другом примере смесь цилиндров второго блока также может быть обогащена в ответ на постоянное преждевременное зажигание, чтобы уменьшить вероятность возникновения преждевременного зажигания в дальнейшем. Для сравнения, в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре в первого блока может быть обогащена только смесь этого цилиндра. Тем не менее другие варианты могут также иметь место.
Далее, в дополнение к обогащению и ограничению нагрузки время искры цилиндра может быть более ранним на некоторое значение. В частности, искра может быть более ранней относительно времени искры во время обнаружения преждевременного зажигания в направлении максимального крутящего момента. Значение более раннего времени искры может быть отрегулировано в зависимости от текущего числа оборотов двигателя, обогащения и (или) характера преждевременного зажигания. Таким образом, по мере того как степень обогащения и (или) продолжительность обогащения увеличивается, может быть увеличено значение более раннего времени искры. Кроме того, большее значение раннего времени искры может быть использовано в ответ на постоянное преждевременное зажигание, а меньшее значение раннего времени искры может быть использовано в ответ на периодическое преждевременное зажигание. Так как цилиндр может быть менее чувствительным к более раннему времени искры, из-за превышения отношения воздуха к топливу стехиометрического значения, более раннее время искры может быть преимущественным в сочетании с обогащением, поддерживающим среднее эффективное давление при обогащенных условиях цилиндра.
Обновленная предыстория преждевременного зажигания (в том числе обновленное число случаев преждевременного зажигания) может также быть использована для определения вероятности возникновения преждевременного зажигания в цилиндре. Например, в начале работы двигателя контроллер может определить прогнозируемую вероятность возникновения преждевременного зажигания на основании рабочих условий двигателя и дополнительно на основании предыстории предыдущих случаев возникновения преждевременного зажигания в цилиндрах двигателя, и может соответственно заранее ограничить нагрузку на двигатель на основании прогнозируемой вероятности возникновения преждевременного зажигания. Описанные выше меры по уменьшению последствий преждевременного зажигания (обогащение и дальнейшее ограничение нагрузки) могут быть далее применены в ответ на обнаружение преждевременного зажигания, а также в зависимости от характера преждевременного зажигания.
Таким образом, посредством регулирования мер по уменьшению последствий преждевременного зажигания в зависимости от характера преждевременного зажигания, можно более успешно решить проблему преждевременного зажигания и уменьшить дальнейшее возникновение случаев преждевременного зажигания. В частности, при более интенсивной реакции на постоянное преждевременное зажигание и менее интенсивной - на периодическое преждевременное зажигание можно более эффективно решить проблему преждевременного зажигания в двигателе.
Необходимо понимать, что вышеприведенное раскрытие изобретения приведено для того, чтобы в упрощенной форме представить концепции, которые далее даются в более подробном описании. Оно не предназначено для выявления ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем которого определяется только формулой изобретения, которая приводится после подробного описания. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничивается вариантами реализации, предназначенных для решения задач, отмеченных выше или же в любой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
На ФИГ.1 показан пример камеры сгорания.
На ФИГ.2 показана блок-схема высокого уровня задачи преждевременного зажигания, основанной как на прогнозируемой вероятности возникновения преждевременного зажигания, так и на обратной связи преждевременного зажигания.
На ФИГ.3 показана блок-схема высокого уровня ограничения нагрузки на двигатель в ответ на прогнозируемую вероятность преждевременного зажигания двигателя.
На ФИГ.4 показана блок-схема высокого уровня обновления числа случаев преждевременного зажигания и дальнейшего ограничения нагрузки на двигатель в ответ на определение преждевременного зажигания.
На ФИГ.5 показано схематическое изображение обычной процедуры уменьшения последствий преждевременного зажигания.
На ФИГ.6 показана блок-схема высокого уровня выполнения операции впрыска топлива с задачей преждевременного зажигания, в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ.7 показана блок-схема высокого уровня регулирования профиля обогащения смеси и ограничения нагрузки на цилиндр, накопитель или двигатель, на основании числа случаев преждевременного зажигания и его характера.
На ФИГ.8-9 показан пример операций впрыска топлива в соответствии с настоящим описанием.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам снижения риска аномальных случаев сгорания, связанных со случаями преждевременного зажигания, например в системе двигателя, показанного на ФИГ.1. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.2-5, контроллер двигателя может сначала определить прогнозируемую вероятность возникновения преждевременного зажигания на основании условий работы двигателя и ограничить нагрузку на двигатель, исходя из определенной вероятности. Затем, в ответ на определение преждевременного зажигания, контроллер может обновить предысторию предыдущих случаев преждевременного зажигания (в том числе число случаев преждевременного зажигания) и далее ограничить нагрузку на двигатель. Контроллер может далее настроить впрыск топлива в по меньшей мере один цилиндр двигателя, чтобы справиться со случаями возникновения преждевременного зажигания без ухудшения выбросов выхлопных газов. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения рутинного контроля, такого как обычная ситуация (ФИГ.6) обогащения смеси в цилиндрах на первый период времени, чтобы охладить заряд воздуха в цилиндре и снизить риск возникновения случаев аномального сгорания в цилиндре в дальнейшем. Обогащение и ограничение нагрузки можно регулировать на основании условий работы двигателя, характера преждевременного зажигания, числа случаев преждевременного зажигания и т.д. Например, контроллер может выполнять рутинные операции, такие как обычная ситуация на ФИГ.7, для увеличения степени и продолжительности обогащения, а также увеличивать степень ограничения нагрузки по мере того, как будет увеличиваться число случаев возникновения преждевременного зажигания, и (или) тогда, когда учащаются случаи преждевременного зажигания. После обогащения смеси цилиндры могут быть переведены на пониженный профиль впрыска топлива на второй период времени. Такое обеднение можно регулировать на основании предшествующего обогащения таким образом, чтобы возвратить уровень кислорода в выхлопах до диапазона, в котором эффективность катализатора выхлопов не понижается. После уменьшения последствий преждевременного зажигания путем операции впрыска топлива контроллер может возобновить стехиометрический впрыск топлива. Пример операции впрыска топлива проиллюстрирован ниже со ссылкой на ФИГ.8-9. Контроллер может хранить информацию о случаях преждевременного зажигания в базе данных для повышения ожидания случаев преждевременного зажигания в будущем.
На ФИГ.1 изображен пример камеры сгорания или цилиндра двигателя внутреннего сгорания 10. Двигатель 10 может получать управляющие параметры от системы управления, которая содержит контроллер 12, и данные от оператора автомобиля 130 через устройство ввода 132. В этом примере устройство ввода 132 содержит педаль акселератора и датчик положения педали 134 для генерирования пропорционального сигнала положения педали PP. Цилиндр (далее по тексту также «камера сгорания») 14 двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания 136 с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть связан с кулачковым валом 140, так что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кулачкового вала. Кулачковый вал 140 может быть связан с помощью системы передачи по меньшей мере с одним приводным колесом легкового автомобиля. Кроме того, стартер двигателя может быть связан с кулачковым валом 140 через маховик, обеспечивающий начало работы двигателя 10.
Цилиндр 14 может получать подачу воздуха через впускные каналы 142, 144 и 146. Впускной канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах реализации изобретения, по меньшей мере один впускной канал может включать в себя наддувное устройство, такое как турбокомпрессор или нагнетатель. Например, на ФИГ.1 показана конфигурация двигателя 10 с турбокомпрессором, содержащим компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и газовой турбиной 176, расположенной вдоль выхлопного патрубка 148. Компрессор 174 может быть, по меньшей мере, частично запитан от газовой турбины 176 через вал 180, где изготовлено наддувное устройство в виде турбокомпрессора. Однако в других примерах, где двигатель 10 оснащен нагнетателем, газовая турбина 176 может быть дополнительно исключена, а компрессор 174 может быть запитан механически от мотора или двигателя. Дроссель 20, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен наряду с впускным каналом двигателя для изменения скорости потока и (или) давления воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или альтернативно может быть установлен выше по потоку от компрессора 174.
Выхлопной патрубок 148 может получать выхлопные газы от других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик выхлопных газов 128 показан связанным с выхлопным патрубком 148 выше по потоку от устройства контроля выбросов 178. Датчик 128 может быть выбран из числа различных подходящих датчиков для выдачи показаний отношения воздух/топливо выхлопных газов, таких, например, как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), кислородный датчик с двумя состояниями или EGO (как изображено на рисунке), кислородный датчик с двумя состояниями с подогревом HEGO (EGO с подогревом), датчик оксидов азота (NOx), углеводородов (НС) или угарного газа (СО). Устройство контроля выбросов 178 может быть тройным катализатором (TWC), улавливатель оксидов азота (NOx), или различным другим средством контроля выбросов или их комбинацией.
Температура выхлопных газов может измеряться по меньшей мере одним датчиком температуры (не показаны), расположенным в выхлопном патрубке 148. Кроме того, температура выхлопных газов может быть определена на основании рабочих условий двигателя, таких как скорость, нагрузка, соотношение воздух-топливо (AFR), запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температура выхлопных газов может быть рассчитана по меньшей мере по одному датчику выхлопных газов 128. Можно принять во внимание, что температура выхлопных газов может альтернативно быть определена любой комбинацией методов измерения температуры, перечисленных в настоящем документе.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан. Например, цилиндр 14 показан содержащим по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством приведения в действие кулачка через систему привода кулачка 151. Аналогично, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 через систему привода кулачка 153. Каждая из систем привода кулачка 151 и 153 может включать в себя по меньшей мере один кулачок; при этом может быть использован по меньшей мере один переключатель профиля кулачков (CPS), изменяемые фазы кулачков (VCT), изменяемые фазы клапанов (VVT) и (или) системы переменной высоты подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапана. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено датчиками положения клапанов 155 и 157, соответственно. В альтернативных вариантах реализации впускной клапан и (или) выпускной клапан могут управляться электрическим приводом клапана. Например, цилиндр 14 может альтернативно содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом клапана, и выпускной клапан, управляемый с помощью привода кулачка, содержащего системы переключателя профиля кулачков и (или) изменения фаз кулачков. В других вариантах реализации впускные и выпускные клапаны могут управляться общим приводом или системой привода, или же приводом с изменяемыми фазами работы клапана или такой системой привода.
Цилиндр 14 может иметь коэффициент сжатия, представляющий собой соотношение объемов, когда поршень 138 находится по центру внизу и по центру вверху. Обычно коэффициент сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, когда используются различные виды топлива, коэффициент сжатия может быть больше. Это может произойти, например, когда используется топливо с более высоким октановым числом или топливо с более высокой скрытой энтальпией испарения. Коэффициент сжатия также может быть увеличен, если используется непосредственный впрыск, с учетом его влияния на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу зажигания 192 для инициации процесса горения. При определенных режимах работы система зажигания 190 может образовать искру зажигания в камере сгорания 14 через свечу зажигания 192 в ответ на сигнал раннего времени искры SA от контроллера 12. Тем не менее в некоторых вариантах свеча зажигания 192 может отсутствовать, например, когда двигатель 10 может инициировать начало горения через самовоспламенение или через впрыск топлива, как это бывает в случае с некоторыми дизельными двигателями.
В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен по меньшей мере одной топливной форсункой для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан с одной топливной форсункой 166. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для прямой подачи топлива пропорционально длительности импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (далее - DI) топлива в цилиндр сгорания 14. На ФИГ.1 показана форсунка 166 сбоку камеры сгорания, но она также может находиться и над поршнем, например вблизи места расположения свечи зажигания 192. Такое расположение может улучшить смешение и горение при работе двигателя на топливе, основанном на спирте, из-за меньшей летучести некоторых видов топлива на основании этанола. В качестве варианта форсунка может быть расположена около впускного клапана и над ним для улучшения процесса смешивания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 топливной системы высокого давления 8, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливораспределитель. В качестве варианта топливо может подаваться одноступенчатым топливным насосом при более низком давлении; в этом случае период непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченным во времени такта сжатия, чем если бы использовалась топливная система высокого давления. Кроме того, хотя это здесь и не показано, топливные баки могут быть оснащены датчиком давления, подающим сигнал на контроллер 12. Следует понимать, что в альтернативном варианте форсунка 166 может быть форсункой мультипортовой подачи, подающей топливо во впускной канал выше цилиндра 14.
Также следует понимать, что в то время как показанный вариант показывает двигатель, работающий путем подачи топлива через одну форсунку непосредственного впрыска, в альтернативных вариантах двигатель может работать с двумя форсунками (например, форсунка непосредственного впрыска и форсунка мультипортовой подачи) с изменяемым относительным объемом топлива, подаваемого каждой форсункой.
Топливо может подаваться форсункой в цилиндр в течение одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и (или) относительное количество топлива, поступающее из форсунки, может меняться в зависимости от условий работы. Кроме того, для отдельно взятого случая сгорания, подачи топлива могут быть выполнены многократно в течение одного цикла. Такие многократные впрыски могут выполняться во время такта сжатия, такта впуска или при любой соответствующей их комбинации. Кроме того, как показано на ФИГ.6, топливо может подаваться в течение этого цикла для того, чтобы регулировать соотношение воздух-топливо (AFR) процесса сгорания. Например, топливо может подаваться для обеспечения стехиометрического AFR. Датчик AFR может быть установлен для того, чтобы отражать AFR внутри цилиндра. В одном примере, в качестве датчика AFR может быть датчик выхлопных газов, такой как кислородный датчик с двумя состояниями EGO 128. Измеряя количество остаточного кислорода (для бедных смесей) или несгоревших углеводородов (для богатых смесей) в выхлопных газах, датчик может определять AFR. Таким образом AFR может быть представлено как величина лямбда (λ), то есть как отношение фактического AFR к стехиометрическому отношению для данной смеси. Таким образом, величина лямбда, равная 1,0, указывает на стехиометрическую смесь, при этом смеси, которые богаче стехиометрических, могут иметь значение лямбда менее 1,0, а смеси беднее стехиометрических могут иметь значение лямбда больше 1.
Как описано выше, на ФИГ.1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый цилиндр может также содержать свой комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку или форсунки, свечу зажигания и т.д.
Топливные баки в топливной системе 8 могут вмещать топливо разного качества, например с различным составом. Эти различия могут включать в себя разное содержание спирта, разные октановые числа, разную теплоту испарения, разные топливные смеси и (или) их комбинации и т.д.
Как показано на ФИГ.2-7, в зависимости от условий работы двигателя и предыстории преждевременного зажигания цилиндра, контроллер двигателя может определять вероятность преждевременного зажигания, а также заранее регулировать нагрузку на двигатель. В ответ на последующие случаи преждевременного зажигания в цилиндре контроллер может еще более ограничить нагрузку на двигатель и отрегулировать впрыск топлива в цилиндр для установления числа последующих событий сгорания, чтобы обогатить смесь в цилиндре и уменьшить последствия преждевременного зажигания. В одном из примеров определение преждевременного зажигания может включать в себя распознавание случаев аномального сгорания; при этом разделяют случаи аномального сгорания, вызываемые детонацией и свидетельствующие о преждевременном зажигании. Например, сигнал датчика о детонации в цилиндре и сигнал датчика об ускорении кулачкового вала могут быть объединены, чтобы определить случай аномального сгорания в цилиндре. Датчиком детонации может быть акселерометр на блоке двигателя или датчик ионизации в свече зажигания в каждом цилиндре. Основываясь на сигнале датчика детонации, таком как время, амплитуда, интенсивность, частота и т.д., и (или) основываясь на сигнале ускорения кулачкового вала, контроллер может определить преждевременное зажигание. Например, преждевременное зажигание может быть выявлено как результат более ранних, более длинных и (или) более частых сигналов от датчика детонации, в то время как детонация может быть выявлена в результате более поздних, более коротких и (или) более редких сигналов от датчика детонации. Кроме того, преждевременное зажигание можно отличить от детонации, основываясь на условиях работы двигателя на момент обнаружения аномального сгорания. Например, аномальное сгорание, обнаруженное при более высоких оборотах двигателя и нагрузках, может быть отнесено к детонации, в то время как при более низких оборотах двигателя и нагрузках это может свидетельствовать о преждевременном зажигании. Таким образом, меры, направленные на уменьшение последствий детонации, могут отличаться от мер, принимаемых контроллером для преждевременного зажигания. Например, детонация может решаться применением запаздывания зажигания и рециркуляции отработавших газов. Меры, связанные с преждевременным зажиганием, рассматриваются далее со ссылкой на ФИГ.2-7.
Контроллер 12, показанный на ФИГ.1 в качестве микрокомпьютера, включает в себя микропроцессорный блок 106, порты ввода/вывода 108, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных значений, ПЗУ чип 110 в данном конкретном примере, оперативную память 112, резервную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, в дополнение к сигналам, о которых говорилось ранее, в том числе результаты измерения вводимого массового расхода воздуха (MAF) от датчика массового расхода воздуха 122; сигнал о температуре охладителя двигателя (ЕСТ) с датчика температуры 116, связанного с рукавом охлаждения 118; сигнал съема профиля зажигания (PIP) с датчика эффекта Холла 120 (или другого типа) соединенного с кулачковым валом 140; сигнал датчика положения дроссельной заслонки (ТР); сигнал абсолютного давления коллектора (MAP) с датчика 124, сигнал величины AFR в цилиндре с датчика EGO 128, и сигнал об аномальном сгорании с датчика детонации и датчика ускорения кулачкового вала. Сигнал скорости двигателя, обороты в минуту (RPM), может генерироваться контроллером 12 от сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе MAP, поступающий от датчика давления в коллекторе может использоваться для показаний вакуума или давления во впускном коллекторе.
Носитель информации ПЗУ 110 можно запрограммировать с помощью машиночитаемых данных, которые представляют собой инструкции, исполняемые процессором 106 для реализации способов, описанных ниже, а также для других вариантов, которые возможны, но конкретно не перечислены.
Контроллер двигателя 12 может быть выполнен с возможностью прогнозировать преждевременное зажигание в зависимости от условий работы двигателя и ограничивать нагрузку на двигатель на основании прогнозируемой вероятности преждевременного зажигания. Согласно данному изобретению, со ссылкой ФИГ.3, может быть использована стохастическая модель для определения вероятности возникновения преждевременного зажигания на основании условий работы двигателя, таких как давление в коллекторе двигателя, температура, октановое число топлива и величина лямбда, и дополнительно на основании предыстории преждевременного зажигания двигателя. Предыстория преждевременного зажигания может быть использована для определения числа случаев преждевременного зажигания, отражающих их возникновение как в течение жизненного цикла транспортного средства, так и в течение этого цикла работы двигателя, а также последовательное число случаев преждевременного зажигания. В качестве ответа на случай преждевременного зажигания могут обновляться предыстория и число случаев преждевременного зажигания, и обновленная информация затем может быть использована для регулирования вероятности преждевременного зажигания, рассчитанной по стохастической модели в форме с замкнутым циклом. Случай преждевременного зажигания сам по себе может быть определен на основании сигналов, поступающих с нескольких датчиков. Весовые коэффициенты могут быть использованы для определения надежности сигнала, свидетельствующего о случае преждевременного зажигания. На основании определения случая преждевременного зажигания может быть немедленно выполнена операция обогащения топлива цилиндра, чтобы обеспечить более быструю реакцию на преждевременное зажигание, а в это время нагрузка на двигатель может быть дополнительно ограничена для того, чтобы обеспечить более медленный ответ на преждевременное зажигание. Используя подход, включающий быстрый впрыск топлива и снижение нагрузки на двигатель в качестве реакции на преждевременное зажигание, можно в дальнейшем сократить число случаев преждевременного зажигания.
На ФИГ.2 показан пример обычной ситуации 200, описанной для задачи преждевременного зажигания в цилиндре путем использования упреждающих мер, основанных на прогнозируемой вероятности возникновения преждевременного зажигания и противодействующих мер в ответ на появление преждевременного зажигания.
На позиции 202 можно определить условия работы двигателя. Например, они могут включать в себя обороты двигателя, крутящий момент, температуру двигателя, давление в коллекторе двигателя, температуру воздуха и т.д. На позиции 204 дополнительно согласно данному изобретению со ссылкой на ФИГ.3 вероятность преждевременного зажигания можно определить заранее на основании оценки условий работы двигателя, и дополнительно на основании предыстории преждевременного зажигания двигателя. На позиции 206 нагрузка на двигатель может быть ограничена на основании прогнозируемой вероятности преждевременного зажигания. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.3, эта мера может включать в себя снижение количества заряда воздуха, подаваемого в двигатель, а также замедление линейного изменения в двигателе с ограниченной нагрузкой таким образом, чтобы сократить случаи внезапного аномального сгорания. Ограничение нагрузки на двигатель может включать в себя снижение потока воздуха за счет уменьшения открытия дроссельной заслонки, регулирование фаз перепускного клапана, регулирование фаз клапана и (или) регулирование фаз кулачкового вала или же сокращение наддува.
Тем не менее, преждевременное зажигание может происходить даже после ограничения нагрузки на двигатель. На 208 может быть установлен случай преждевременного зажигания в цилиндре. Возникновение преждевременного зажигания может быть связано по меньшей мере с одним факторам, таким как давление в цилиндре, интенсивность детонации, ускорение кулачкового вала и ионизация свечи зажигания. Если не происходит преждевременное зажигание или определение преждевременного зажигания в цилиндре, в обычной ситуации двигатель будет работать с ограниченной нагрузкой. Однако если определение преждевременного зажигания в цилиндре подтвердится, то на позиции 210 нагрузка на двигатель может быть ограничена еще больше. Ограничение может основываться на обратной связи по отношению к преждевременному зажиганию, обновленном числе случаев преждевременного зажигания и на характере обнаруженного преждевременного зажигания. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.4, преждевременное зажигание может быть выявлено на основании, по крайней мере, ускорения кулачкового вала и интенсивности детонации, и, соответственно, предыстории преждевременного зажигания, в том числе и на числе случаев преждевременного зажигания, которые могут быть обновлены в базе данных. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.7, объем и скорость ограничения нагрузки могут быть отрегулированы в зависимости от того, будет ли преждевременное зажигание носить постоянный характер или оно возникает периодически, достигнуто ли пороговое число случаев преждевременного зажигания, каково число таких случаев и т.д. Далее, ограничение нагрузки может включать в себя дальнейшее снижение потока воздуха через уменьшение наддува от наддувного устройства (например, турбокомпрессора), уменьшение открытия дроссельной заслонки и (или) регулировку фаз кулачкового вала и изменение механизма переключения фаз кулачка, с большим регулированием фаз клапана. Таким образом, ограничение нагрузки может оказаться более медленным ответом на возникновение преждевременного зажигания, поскольку оно может потребовать стабилизации потока воздуха двигателя.
По позиции 212, также в ответ на возникновение преждевременного зажигания, может быть выполнена операция уменьшения последствий преждевременного зажигания, основанная на впрыске топлива. В частности, для уменьшения последствий преждевременного зажигания смесь цилиндра может обогащаться таким образом, чтобы обеспечить существенный и немедленный эффект охлаждения наддува цилиндра. Профиль обогащения впрыска топлива, такой как степень обогащения, соотношение смеси воздух-топливо и продолжительность обогащения, может быть отрегулирован на основе проявления преждевременного зажигания, обратной связи преждевременного зажигания, обновленного числа случаев преждевременного зажигания и его характера. Например, если определение преждевременного зажигания основано, по меньшей мере, на интенсивности детонации, обогащение может быть отрегулировано на основе интенсивности детонации. Например, степень насыщенности и продолжительность обогащения можно увеличить, если интенсивность детонации (во время проявления преждевременного зажигания) возрастает. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.6, регулировка обогащения в ответ на особенности преждевременного зажигания может быть более или менее интенсивной, по необходимости. После проведения обогащения, для того чтобы компенсировать падение эффективности каталитического нейтрализатора отработавших газов из-за низких уровней кислорода в выхлопных газах, операция впрыска топлива может дополнительно включать в себя последующее обеднение. В частности, цилиндр может быть обеднен, а профиль обеднения впрыска топлива, включающий степень обеднения, соотношение воздух-топливо и длительность обеднения, может регулироваться на основе предшествующего обогащения.
Дополнительно, контроллер двигателя может быть настроен на степень регулирования значения раннего времени искры цилиндра, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, и (или) других цилиндров. Например, раннее время искры можно увеличить на значение, соотносящееся со временем искры во время обнаружения преждевременного зажигания, по направлению к максимальному крутящему моменту. Значение раннего времени искры можно регулировать на основе по меньшей мере одного фактора, такого как обороты двигателя и его обогащение. В одном из примеров по мере того, как степень обогащения и (или) продолжительность обогащения возрастает, значение раннего времени искры может быть увеличено. Так как цилиндр может быть менее чувствителен к увеличению скорости срабатывания свечи вследствие более высокого, чем стехиометрическое, соотношения воздух-топливо во время обогащения, раннее время искры может быть преимущественно использовано в сочетании с обогащением для поддержания среднего эффективного давления в условиях обогащенного цилиндра. В одном из примеров раннее время искры можно отрегулировать для всего двигателя. В другом примере раннее время искры может быть отрегулировано для пострадавшего цилиндра, в то время как раннее время искры может быть остановлено на остальных цилиндрах. В еще одном примере раннее время искры может быть остановлено для всего двигателя.
В то время как этот пример показывает, что смесь цилиндра была обогащена, а нагрузка на двигатель - ограничена в ответ на подобное определение преждевременного зажигания, в альтернативном примере реализации изобретения обогащение смеси и ограничение нагрузки может быть осуществлено в ответ на различные определения преждевременного зажигания, а различные определения содержат различное пороговое значение. Например, в ответ на первое определение преждевременного зажигания в цилиндре, где первое определение выше первого порогового значения, смесь в цилиндре может быть обогащена. По сравнению с этим, в ответ на второе определение, указывающее на преждевременное зажигания в цилиндре, которое выше второго порогового значения, смесь в цилиндре может быть обогащена, а нагрузка на двигатель в цилиндре - ограничена. При этом второе пороговое значение может быть выше, чем первое пороговое значение. В одном примере, где определение преждевременного зажигания в цилиндре основывается на интенсивности детонации в цилиндре, проблема преждевременного зажигания в цилиндре может быть решена лишь путем обогащения смеси в цилиндре, если интенсивность детонации превышает первое, более низкое пороговое значение. По сравнению с этим проблема преждевременного зажигания в цилиндре может быть решена путем обогащения смеси в цилиндре и ограничения нагрузки на двигатель цилиндра, когда интенсивность детонации превышает второе, более высокое пороговое значение.
На позиции 214 база данных может быть обновлена деталями текущей операции уменьшения последствий преждевременного зажигания. Такое обновление может включать обновление по меньшей мере одного случая преждевременного зажигания, подробности относительно значений ограничения нагрузки, использованной для решения проблемы преждевременного зажигания, подробности относительно обогащения смеси, использованной для решения проблемы преждевременного зажигания, а также эффективности методов, использованных для решения проблемы преждевременного зажигания. Как таковая, частота случаев возникновения преждевременного зажигания в цилиндре повышается, и предрасположенность этого цилиндра преждевременному зажиганию также может возрасти. Таким образом, внесением в базу данных подробностей о случаях преждевременного зажигания в цилиндре возникновение случаев преждевременного зажигания может быть лучше прогнозируемо и взято под контроль. Например, по мере того как число случаев преждевременного зажигания в данном цилиндре повышается, значение предполагаемого ограничения нагрузки на этот цилиндр (или блок цилиндров) также может быть увеличено (например, относительно предыдущего цикла). Кроме того, в случае возникновения преждевременного зажигания в будущем в этом цилиндре, несмотря на ограничения нагрузки, впрыск топлива в цилиндр может быть более интенсивным или может осуществляться в течение более длительного периода времени. Методы предвосхищения будущих случаев и анализа предыдущих случаев могут быть использованы для того, чтобы предвосхитить преждевременное зажигание в цилиндре и лучше с ним справляться.
Следует понимать, что совместно с принятием шагов по уменьшению последствий преждевременного зажигания, могут быть предприняты дополнительные шаги для решения проблем интенсивности шума и вибраций и возрастания вибраций во время преждевременного зажигания. Например, использование муфты преобразования крутящего момента и (или) муфты переключения передач может быть отрегулировано при таких механических характеристиках двигателя, при которых высока вероятность возникновения преждевременного зажигания, для сокращения передачи ощущаемых вибраций водителю. В одном примере значение проскальзывания муфты преобразования крутящего момента может быть увеличено в тех случаях, когда нагрузка на двигатель близка к предельной, чтобы уменьшить последствия интенсивного шума и вибраций при преждевременном зажигании, если оно произошло. В одном примере проскальзывание муфты преобразования крутящего момента может быть отрегулировано в форме незамкнутой цепи. В этой связи путем регулирования проскальзывания муфты преобразования крутящего момента можно увеличить гидравлическое демпфирование ощущаемого воздействия первого преждевременного зажигания, тем самым улучшая качество вождения, ощущаемое водителем.
На ФИГ.3 показана примерная процедура 300 оценки вероятности возникновения преждевременного зажигания в зависимости от условий работы двигателя и предыстории преждевременного зажигания в двигателе. Путем прогнозирования вероятности возникновения преждевременного зажигания нагрузка на двигатель может быть превентивно ограничена на основании предрасположенности цилиндра к преждевременному зажиганию, тем самым понижая вероятность возникновения преждевременного зажигания, связанного с событиями аномального сгорания.
Процедура, показанная на позиции 302, включает оценку, прогнозирование и (или) измерение давления во впускном патрубке (MAP), температуры во впускном патрубке (МСТ), воздушно-топливного отношения (лямбда), октанового число топлива, скорость двигателя (и нагрузку) и число случаев преждевременного зажигания. В одном примере, число случаев преждевременного зажигания может включать, по меньшей мере, индикаторный показатель PI поездки и индикаторный показатель PI жизненного цикла двигателя. Показатель PI двигателя может включать оцененное число случаев преждевременного зажигания в двигателе за последнюю поездку или за весь жизненный цикл двигателя. Показатель PI жизненного цикла двигателя может включать оценку общего числа случаев преждевременного зажигания в двигателе за весь жизненный цикл двигателя. Как таковые, показатель PI жизненного цикла двигателя и показатель PI поездки могут быть получены на основании информации о жизненном цикле отдельного цилиндра и показателе PI поездки. Показатель PI может указывать на предысторию возникновения случаев преждевременного зажигания в каждом цилиндре и соотноситься с предрасположенностью каждого цилиндра к дальнейшему преждевременному зажиганию. Таким образом на основании совокупности показателей PI каждого цилиндра может быть оценена предрасположенность двигателя к преждевременному зажиганию. Как далее описывается в данном документе, предыстория преждевременного зажигания и показатель каждого цилиндра, а, таким образом, и двигателя, может обновляться в конце каждого цикла и использоваться для определения того, каким образом отрегулировать профиль обогащения смеси и ограничение нагрузки в случае возникновения преждевременного зажигания в цилиндре.
На позиции 304 процедура может включать определение соотношения запланированного отношения воздуха к топливу и стехиометрического («лямбсы»). В одном примере соотношение запланированного отношения воздуха к топливу и стехиометрического может быть определено путем сравнения запланированного отношения воздуха к топливу со стехиометрическим отношением воздуха к топливу. На 306 показано, как можно определить «процентную эффективность» преждевременного зажигания (то есть вероятность возникновения преждевременного зажигания) на основании рассчитанного соотношения запланированного отношения воздуха к топливу и стехиометрического. В целом, при отношении воздуха к топливу, превышающем стехиометрическое, предрасположенность к возникновению преждевременного зажигания может понизиться. Подобным же образом, при отношении воздуха к топливу меньше стехиометрического предрасположенность к возникновению преждевременного зажигания также может понизиться. Однако при отношении воздуха к топливу меньше стехиометрического, со значением чуть ниже стехиометрического, предрасположенность к возникновению преждевременного зажигания может возрасти.
По позиции 308 могут быть определены верхний и нижний предел нагрузки на двигатель. В одном примере верхний предел нагрузки может быть определен по таблице верхних пределов нагрузки, которые используют температуру во впускном патрубке (МСТ) и скорость двигателя (Ne) для расчетов пределов нагрузки при «идеальных» условиях и (или) при высоком октановом числе. Подобным же образом нижний предел нагрузки может быть рассчитан по таблице нижних пределов нагрузки, которые также используют температуру во впускном патрубке (МСТ) и скорость двигателя (Ne) для расчетов пределов нагрузки при «далеко не идеальных» условиях и (или) при низком октановом числе. На позиции 310 может быть определен допуск нагрузки с использованием «процентной эффективности», чтобы объединить результаты таблиц с высоким и низким лимитом нагрузки. Например, процентная эффективность выхода контроллера может быть числом от 0 до 1 и может быть использована в качестве интерполяционного множителя между рассчитанными значениями верхнего и нижнего пределов. На позиции 312 определенный допуск нагрузки или предел нагрузки может медленно повышаться с уменьшением сбоев крутящего момента. В частности, допуск нагрузки может быть со временем отфильтрован (например, используя фильтр скользящего среднего) (например, используя константу фильтра) с медленным повышением определенного допуска нагрузки. Контроллер может координировать подъем нагрузки посредством операции впрыска топлива в двигатель, чтобы избежать сбоев крутящего момента. Таким путем, определяя прогнозируемую вероятность преждевременного зажигания и понижая нагрузку на двигатель и (или) поток воздуха, основываясь на вероятности возникновения преждевременного зажигания, число случаев возникновения преждевременного зажигания в связи с возникновением случаев аномального сгорания, может быть сокращено.
Однако даже после ограничения нагрузки и при медленном повышении допуска существует вероятность возникновения некоторых случаев преждевременного зажигания в зависимости от реальных рабочих условий двигателя. Таким образом в ответ на внезапное возникновение преждевременного зажигания в цилиндре контроллер двигателя может быть сконфигурирован с возможностью дополнительного ограничения нагрузки и обогащения смеси в цилиндре путем проведения операции впрыска топлива для уменьшения последствий преждевременного зажигания. Ввиду возникновения задержек в системе двигателя понижение нагрузки и (или) потока воздуха являются сравнительно медленно действующим механизмом контроля. Задержки могут быть объяснены воздействием эффекта наполнения патрубка и временем, необходимым для достижения стабильного потока воздуха. Таким образом, понижение нагрузки может не действовать на понижение вероятности возникновения преждевременного зажигания до тех пор, пока не стабилизируется поток воздуха. По сравнению с этим регулирование за счет обогащения смеси может оказать более быстрый эффект, поскольку количество поступающего в цилиндр топлива может варьироваться от 0 (при остановке цилиндра) до более насыщенного состояния, чем заданная величина соотношения воздуха и топлива (смесь в соотношении выше стехиометрического) практически немедленно. Как показано на ФИГ.6, при немедленном обогащении топлива в цилиндре в случае, если поступает сигнал о наступлении преждевременного зажигания, может быть немедленно достигнут охлаждающий эффект для заряда воздуха в цилиндре, тем самым быстро уменьшая вероятность дальнейших случаев преждевременного зажигания, связанных с аномальным сгоранием.
На ФИГ.4, на примере процедуры 400 описано выявление и определение случаев преждевременного зажигания в связи с аномальным сгоранием, обновление числа случаев преждевременного зажигания и дальнейшее ограничение нагрузки на двигатель, основанное на полученном определении преждевременного зажигания.
На позиции 402 могут быть определены данные об ускорении кулачкового вала, например, основываясь на данных датчика ускорения кулачкового вала. На позиции 404 данные об ускорении кулачкового вала могут быть обработаны для определения надежности кулачкового вала. Как таковая, надежность кулачкового вала может представлять потенциал преждевременного зажигания в зависимости от данных об ускорении кулачкового вала. В одном примере контроллер может использовать зависимость полученной информации о скорости двигателя и таблицы нагрузки совместно с данными об ускорении кулачкового вала с целью определения надежности кулачкового вала. Зависимость может расти таким образом, что при известных скорости двигателя и нагрузке значения, при которых данные об ускорении кулачкового вала имеют более высокое соотношение сигнала к шуму, приведут к более высоким показателям надежности кулачкового вала, в то время как значения, при которых данные об ускорении кулачкового вала более зашумлены (например, шумом от вибрации вращения), приведут к более низким показателям надежности кулачкового вала.
На позиции 406 может быть определена надежность уровня детонации, например основываясь на показателях датчика детонации. На позиции 408 показано, как интенсивность детонации может быть обработана для определения уровня детонации, представляющего потенциальную опасность для возникновения преждевременного зажигания, основываясь на данных о детонации. Как таковая, надежность уровня детонации может быть определена схожим образом с надежностью кулачкового вала. В частности, контроллер может использовать зависимость полученной информации о скорости двигателя и таблицы нагрузки совместно с данными о детонации с целью определения надежности уровня детонации. Зависимость может расти таким образом, что при известных скорости двигателя и нагрузке, значения, при которых интенсивность детонации имеет более высокое соотношение сигнала к шуму (например, выше порогового значения), приведут к более высоким показателям надежности уровня детонации, в то время как значения, при которых данные о детонации более зашумлены (например, высоким шумом механического двигателя), приведут к более низким показателям надежности уровня детонации.
На позиции 410 данные о надежности уровня детонации и надежности кулачкового вала могут быть объединены, и на 412 объединенную информацию можно сравнить с пороговым значением. В одном примере надежность уровня детонации и надежность кулачкового вала могут иметь одинаковый вес. В другом примере весовой коэффициент надежности уровня детонации может отличаться от весового коэффициента надежности кулачкового вала, при этом больший или меньший вес зависит от условий работы. Например, на более высоких скоростях двигателя, где детонация возможна, надежность уровня детонации может быть придан больший вес. Если суммарное выходное значение выше, чем пороговое значение, тогда, как показано на 418, может быть определено, что произошло событие возникновения преждевременного зажигания, и флажок (PI_flag), предупреждающий о возникновении преждевременного зажигания, может быть установлен на «Истинно». Сигнальный флажок, предупреждающий о наступлении преждевременного зажигания, может быть затем интегрирован по меньшей мере с двумя другими сумматорами. Как показано на позиции 420, данные могут быть интегрированы с числом случаев преждевременного зажигания во время поездки (включая сумматор числа случаев преждевременного зажигания в цилиндре во время поездки и сумматор числа случаев преждевременного зажигания в двигателе во время поездки), которые подсчитывают число случаев преждевременного зажигания текущего цикла (для цилиндра и двигателя, соответственно). В частности, показатель PI (число случаев возникновения преждевременного зажигания) в сумматоре PI (числа случаев возникновения преждевременного зажигания во время поездки) может возрастать, а отрегулированное число может быть использовано для регулирования данных модификатора нагрузки на поездку (load_modifier_trip). Позиция 422 показывает, как эти данные могут интегрироваться в сумматоре числа случаев преждевременного зажигания на протяжении всего жизненного цикла (включая сумматор числа случаев преждевременного зажигания за жизненный цикл цилиндра и сумматор числа случаев преждевременного зажигания за жизненный цикл двигателя), которые считают число случаев преждевременного зажигания в течение жизненного цикла двигателя автомобиля. В частности, показатель PI (числа случаев возникновения преждевременного зажигания) в сумматоре PI (числа случаев возникновения преждевременного зажигания за жизненный цикл) может возрастать, а отрегулированное число может быть использовано для регулирования данных модификатора нагрузки в течение жизненного цикла (load_modifier_trip).
«Ложно
По сравнению с этим, если суммарные данные на позиции 412 не превышают порогового значения, тогда, как показано на позиции 414, может быть определено, что событие преждевременного зажигания не произошло и флажок (PI_flag) может быть установлен на значение ». Сигнальный флажок, предупреждающий о наступлении преждевременного зажигания, может быть затем интегрирован в сумматоре числа случаев преждевременного зажигания в цилиндре во время поездки. В частности, число случаев преждевременного зажигания во время поездки и сумматор числа случаев преждевременного зажигания во время поездки могут понизиться или остаться на том же уровне, а отрегулированное число может быть использовано для регулирования данных модификатора нагрузки в течение жизненного цикла (load_modifier_trip).
На позиции 424 показано, как обновленные данные модификатора нагрузки, полученные на основании числа случаев преждевременного зажигания во время поездки и сумматора числа случаев преждевременного зажигания во время поездки, могут быть использованы для корректирования процентной эффективности двигателя. На позиции 426 показано, как на основании откорректированной процентной эффективности двигателя может быть отрегулирован допуск нагрузки. Например, по мере того как число случаев преждевременного зажигания повышается, нагрузка на двигатель может быть еще более ограничена, а ограничительный допуск нагрузки может медленно подниматься. Например, отрегулированный допуск нагрузки может быть отфильтрован, с использованием фильтра скользящего среднего и обновленной константы фильтра с тем, чтобы уменьшить сбои крутящего момента и неприятные ощущения. Как таковое, дальнейшее ограничение нагрузки на двигатель сможет быть выполнено наряду с операциями по впрыску горючей смеси для уменьшения последствий преждевременного зажигания. Таким образом, в одном примере контроллер двигателя может быть сконфигурирован так, что бы он координировал операции по впрыску горючей смеси с повышением ограничения нагрузки на двигатель. Например, скорость повышения ограничения нагрузки может быть отрегулирована на основании периода впрыска обогащающей смеси, а флажок может быть установлен так, чтобы появляться тогда, когда повышения ограничения нагрузки на двигатель завершено. Контроллер двигателя может использовать флажок для того, чтобы остановить операцию обогащения смеси с целью уменьшения последствий преждевременного зажигания. Другими словами, впрыск топлива в качестве первой меры уменьшения последствий преждевременного зажигания может использоваться совместно с более медленным понижением нагрузки
Как далее будут рассмотрено со ссылкой на ФИГ.7, на позиции 424 допуск нагрузки также может регулироваться, основываясь на природе преждевременного зажигания. Например, в зависимости от того, происходит ли преждевременное зажигание периодически или постоянно. Природа преждевременного зажигания может содержать число случаев преждевременного зажигания. Например, основываясь на числе последовательных случаев преждевременного зажигания по сравнению с множеством последовательных случаев преждевременного, можно разделить периодическое или постоянное преждевременное зажигание, и соответственно, можно отрегулировать ограничение нагрузки и обогащение смеси. Например, по мере того, как число последовательных случаев преждевременного зажигания достигает порогового значения, можно определить постоянное преждевременное зажигание, и нагрузка может быть более ограничена по сравнению с периодическим преждевременным зажиганием.
Будет принято во внимание то, что в то время, как в показанном примере регулируется число случаев преждевременного зажигания, и следовательно возможно проведение мер по уменьшению последствий преждевременного зажигания, основанных на числе случаев преждевременного зажигания в течение одного цикла, в альтернативных случаях реализации изобретения число случаев преждевременного зажигания может быть определено на основании числа случаев преждевременного зажигания в течение ключевого цикла, предварительно установленного времени, или расстояния. В одном примере использованное расстояние пробега может представлять собой общее расстояние пробега автомобиля в течение всей службы автомобиля или текущей поездки. В другом примере число случаев преждевременного зажигания может быть отрегулировано на основании пробега со времени предшествующего преждевременного зажигания. Например, число случаев преждевременного зажигания может быть снижено, если одиночное преждевременное зажигание установлено после порогового значения пробега со времени предшествующего преждевременного зажигания. В другом примере при определении множества случаев преждевременного зажигания (например, во время постоянного или периодического преждевременного зажигания), уменьшение последствий и число случаев преждевременного зажигания (обогащение смеси, ограничения нагрузки и т.д.), связанные с определением преждевременного зажигания, могут быть сокращены по мере превышения пробега порогового значения, между произошедшими многократными случаями преждевременного зажигания.
Таким образом, путем обновления числа случаев преждевременного зажигания в ответ на возникновение преждевременного зажигания и ограничения нагрузки двигателя на основании ответной реакции преждевременного зажигания, преждевременное зажигание может быть лучше решено.
На ФИГ.5 показана схематическая картина прогнозируемого и ответного ограничения нагрузки двигателя в ответ на преждевременное зажигание. Таким образом, фигура является альтернативным изображением стандартных режимов ФИГ.2-4. Метод 500 содержит субстандартный режим 510 (и как было прежде детально изображено на ФИГ.4) из определения прогнозируемой вероятности преждевременного зажигания и ограничения нагрузки двигателя на основании прогнозируемой вероятности, для последующего сокращения возникновения случаев преждевременного зажигания в цилиндре. Метод 500 также содержит субстандартный режим 580 определения и обнаружения возникновения преждевременного зажигания в цилиндре и дальнейшего ограничения нагрузки на двигатель на основании ответной реакции от события. Таким образом, субстандартный режим 510 может быть выполнен при условиях, когда преждевременное зажигания не определено, что значит, находится в ожидании преждевременного зажигания. При сравнении, субстандартный режим 580, может быть дополнительно выполнен в ответ на определение преждевременного зажигания.
Субстандартный режим 510 включает в себя сравнение запланированного соотношения воздуха к топливу 501 (Fntqe_High_vol) при установленном соотношении воздуха к топливу, лямбды 502, (например стехиометрическое соотношение воздуха к топливу), для определения «лямбсы» 504. «Лямбса» затем может быть обработана через множитель 506 для определения процента эффективности 508. По существу, процент эффективности 508 может представлять склонность к преждевременному зажиганию и может быть представлен как число от 0 (отсутствие вероятности преждевременного зажигания) до 1 (высокий риск преждевременного зажигания). Процент эффективности 508 может быть использован в качестве интерполяции множителя между верхним пределом нагрузки 514 и нижним пределом нагрузки 516 для определения допуска нагрузки 518. Верхний предел нагрузки 514 (Fntqe_high_ld_eff) можно вычислить, используя таблицу нагрузок двигателя на скорость двигателя при «идеальных» условиях (при высоком содержании октанов в топливе). Нижний предел нагрузки 516 (Fntqe_low_ld_eff) можно вычислить, используя аналогичную таблицу нагрузки двигателя на скорость двигателя при «не идеальных» условиях (при низком содержании октанов в топливе). Контроллер 512 может смешать верхний предел нагрузки 514 и нижний предел нагрузки 516, используя процент эффективности 508. В одном примере контроллер 512 может смешать пределы, используя следующее уравнение,
Tqe_ld_limit_tmp=(tqe_pct_eff_tmp*tq_ld_low_eff)+((1-tqe_pct_eff_tmp)*tq_ld_high_eff),
где Tqe_ld_limit_tmp является допуском нагрузки в ожидании преждевременного зажигания, tqe_pct_eff_tmp является процентом эффективности при отсутствии преждевременного зажигания, tq_ld_low_eff - это нижний предел нагрузки, a tq_ld_high_eff - это верхний предел нагрузки.
Допуск нагрузки 518 может быть обработан далее через фильтр 520 для создания фильтрованного допуска нагрузки 522. Фильтрованный допуск нагрузки 522 может включать переменную скорость для нагрузки для снижения помех крутящего момента. В одном примере допуск нагрузки 518 может представлять собой фильтрованное скользящее среднее значение с постоянным коэффициентом времени для получения фильтрованного допуска нагрузки 522.
В случае преждевременного зажигания субстандартный режим 580 может быть выполнен для обновления процента эффективности с множителями нагрузки, таким образом ограничивая далее допуск нагрузки субстандартного режима 510. Субстандартный режим 580 может включать определение преждевременного зажигания, основанное на сигнале датчика ускорения кулачкового вала 530 и датчика детонации 540. Однако в альтернативном варианте реализации преждевременное зажигание может быть определено на основании данных по меньшей мере одного датчика. Сигнал датчика ускорения кулачкового вала 530 можно сравнить с пороговым значением, чтобы определить сигнал кулачкового вала преждевременного зажигания (РI_СКР_саll) 532. Как таковой, сигнал РI_СКР_саll 532 может иметь значение 0, когда сигнал ниже порогового значения (что значит, отсутствие данных по кулачковому валу на основании преждевременного зажигания) или значение 1, когда сигнал выше порогового значения (что значит, данные по кулачковому валу на основании преждевременного зажигания). Подобным же образом, сигнал датчика детонации 540 может быть сравнен с пороговым значением для определения детонации преждевременного зажигания (PI_KNK_call) 542. Как таковой, сигнал PI_KNK_call может иметь значение 0, когда сигнал ниже порогового значения (что значит, отсутствие данных детонации при преждевременном зажигании) или значение 1, когда сигнал выше порогового значения (что значит, наличие сигнала детонации при преждевременном зажигании).
Сигнал кулачкового вала при преждевременном зажигании 532 может быть обработан множителем 536, на основании таблицы скорости и нагрузки двигателя 534, для определения степени достоверности кулачкового вала (CKP_confidence) 538. Множитель 536 может быть создан таким образом, что значения, при которых сигнал датчика ускорения кулачкового вала имеет высокий сигнал по отношению к шуму, приведут число степени достоверности кулачкового вала ближе к 1 (что означает повышенную достоверность преждевременного зажигания), в то время как более зашумленные значения (например, от вибрации кручения кулачкового вала) приведут число достоверности кулачкового вала ближе к 0 (что означает пониженную достоверность преждевременного зажигания). Подобным же образом, сигнал детонации преждевременного зажигания 542 может быть обработан множителем 546, на основании таблицы скорости и нагрузки двигателя 544, для определения достоверности детонации (KNK_confidence) 548. Множитель 546 может быть создан таким образом, что значения, при которых сигнал датчика детонации имеет сигнал выше по отношению к шуму, приведут число достоверности детонации ближе к 1 (что означает повышенную достоверность преждевременного зажигания), в то время как более зашумленные значения (например, от шума механического двигателя) приведут число детонации кулачкового вала ближе к 0 (что означает пониженную достоверность преждевременного зажигания). Числа достоверности от метода ускорения кулачкового вала и методов детонации могут быть смешаны сумматором 550 и сравнены с пороговым значением контроллером 552 для определения наличия преждевременного зажигания. Если смешанный сигнал, анализированный на контроллере 552, выше порогового значения, преждевременное зажигание может быть подтверждено, а данные относительно него могут быть использованы для решения преждевременного зажигания. В частности, операция уменьшения последствий на основании подачи топлива может быть выполнена, сразу же в следующем случае сгорания, и определенное число случаев сгорания, обогащаются для снижения склонности к преждевременному зажиганию. Далее, ответные данные преждевременного зажигания могут быть направлены на субстандартные режимы 510, при которых они могут быть использованы для регулировки фильтрованного допуска нагрузки субстандартного режима 510. Если смешанный сигнал не превышает пороговое значение и преждевременное зажигание не подтверждается, контроллер двигателя может продолжать управлять двигателем с (не отрегулированным) фильтрованным допуском нагрузки субстандартного режима 510.
В этом случае информация с различных датчиков может быть суммирована для проведения наиболее трудоемкого определения преждевременного зажигания и наиболее трудоемкого распознавания случаев аномального сгорания (такие как пропуск зажигания и детонации), относящихся к преждевременному зажиганию. Более того, используя сигналы с множества датчиков, недостатки одного датчика при определенных рабочих условиях двигателя могут быть преодолены присутствием других датчиков, а преждевременное зажигание может быть определено при наличии деградации одного из датчиков.
По подтверждении случая преждевременного зажигания контроллер 552 может установить флажок преждевременного зажигания и обработать данные флажка через как минимум два разных интегратора, включая интегратор 558 преждевременного зажигания поездки PI и интегратор 560 преждевременного зажигания жизненного цикла PI. Как таковой, интегратор поездки PI может сосчитать число случаев преждевременного зажигания в текущем цикле поездки (что означает с пуска до выключения двигателя), и также может быть сброшен при каждом случае выключения. Таким образом, в ответ на случай преждевременного зажигания в цикле вождения, число преждевременного зажигания 554 (PI_count_trip) может быть увеличено интегратором поездки 558. В одном примере число преждевременного зажигания 554 может включать по меньшей мере число случаев преждевременного зажигания цилиндра для каждого цилиндра (или каждого блока цилиндров), а также общее число случаев преждевременного зажигания на основании отдельного числа преждевременных зажиганий цилиндров в ходе поездки. При отсутствии случаев преждевременного зажигания в течение периода цикла вождения число случаев преждевременного зажигания может быть сокращено. Альтернативно, при отсутствии случаев преждевременного зажигания, число случаев преждевременного зажигания может оставаться неизменным. При сравнении, интегратор PI 560 может сосчитать число случаев преждевременного зажигания в жизненном цикле автомобиля. Таким образом, в ответ на случай преждевременного зажигания в цикле вождения число случаев преждевременного зажигания 556 жизненного цикла (PI_count_life) может быть увеличено интегратором PI 560. В одном примере число преждевременных зажиганий 556 жизненного цикла может включать, по меньшей мере, случаи преждевременного зажигания цилиндра для каждого цилиндра (или каждого блока цилиндров), а также общее число случаев преждевременного зажигания на основании числа отдельных преждевременных зажиганий цилиндров в жизненном цикле.
Интегратор поездки PI 558 может создать модификатор нагрузки поездки 562 (load_modifier_trip) на основании числа случаев преждевременного зажигания 554 в то время, как интегратор жизненного цикла PI 560 может создать модификатор нагрузки жизненного цикла 564 (load_modifier_life) на основании числа случаев преждевременного зажигания 556. Как таковой, интегратор поездки PI 558 может быть сконфигурирован для создания модификатора нагрузки для сокращения вероятности дальнейшего возникновения случаев преждевременного зажигания в том же цикле вождения, в то время когда интегратор жизненного цикла PI 560 может быть сконфигурирован для создания модификатора нагрузки для препятствования изменений в автомобиле с течением времени. Следовательно, модификатор нагрузки поездки, созданный интегратором поездки PI, может быть более интенсивной функцией, чем модификатор нагрузки жизненного цикла, созданный интегратором жизненного цикла. В одном примере, модификаторы нагрузки 562 и 564 могут иметь значения от 0 (наименее интенсивный) до 1 (наиболее интенсивный). Модификаторы нагрузок затем могут быть использованы для дальнейшей регулировке процента эффективности 508, тем самым, создавая отрегулированный допуск нагрузки 518 и отрегулированный фильтрованный допуск нагрузки 522. В этом случае нагрузка двигателя может быть далее снижена на основании обратной связи преждевременного зажигания от определенного случая преждевременного зажигания.
На ФИГ.6 описан стандартный режим 600 для регулировки подачи топлива, подаваемого в цилиндр в ответ на указание на возникновение преждевременного зажигания. Путем обогащения смеси цилиндра, происходящего в ответ на возникновение случаев преждевременного зажигания в цилиндре, с охлаждением цилиндра можно незамедлительно достичь результата снижения риска дальнейшего аномального сгорания и деградации двигателя.
При позиции 602 контроллер двигателя может определить первый профиль обогащения смеси на основании условий работы двигателя и указания на преждевременное зажигание. Как отмечалось ранее со ссылкой на ФИГ.2-4, указание на преждевременное зажигание может включать прогнозируемую вероятность преждевременного зажигания, определенную в зависимости от условий работы двигателя, а также указание преждевременного зажигания, основанное на датчике (таком как датчик детонации и датчик ускорения кулачкового вала). Как отмечается далее со ссылкой на ФИГ.7, профиль обогащения смеси может зависеть от числа случаев преждевременного зажигания в цилиндре, а также от характера преждевременного зажигания (например, постоянное или периодическое преждевременное зажигание).
Первый профиль обогащения может включать, например, первое соотношение воздуха к топливу (AFR) с составом смеси богаче стехиометрического, а степень обогащения и первый период впрыска обогащенного топлива основаны на рабочих условиях двигателя. Первым периодом может являться, например, первое число случаев сгорания. Профиль обогащенной смеси может дополнительно включать величину поступающей обогащенной смеси (т.е. темпы изменения обогащенного AFR) в течение первого периода.
В одном из примеров первый режим обогащения может включать более продолжительный период и (или) более высокую степень обогащения первого отношения воздуха к топливу, при указании на то, что преждевременное зажигание увеличилось. Например, если указание на преждевременное зажигание основано, по меньшей мере, на давлении смеси внутри цилиндра, или на интенсивности детонации, настройка режима может включать увеличение длительности первого периода и (или) увеличение степени обогащения отношения воздуха к топливу, так как давление в цилиндре или интенсивность детонации при обнаружении преждевременного зажигания превышают пороговое значение. В другом примере степень обогащения и (или) длительность периода обогащения поступающей смеси может быть увеличена, так как число случаев преждевременного зажигания цилиндра увеличивается (например, превышает пороговое значение). В еще одном примере степень обогащения и период могут увеличиться еще больше в ответ на постоянное преждевременное зажигание и могут увеличиться меньше в ответ на периодическое преждевременное зажигание.
В одном из примеров обогащение поступающей смеси может быть согласовано с операцией ограничения нагрузки (как показано на ФИГ.4). Например, постепенное увеличение ограничения нагрузки может быть отрегулировано, основываясь на первом периоде обогащения поступающей смеси и (или) степени обогащения поступающей смеси в течение первого периода, при котором процесс обогащения поступающей смеси и возрастание нагрузки завершаются по сути одновременно. В одном из примеров флажок может быть установлен, когда завершено линейное возрастание ограничения нагрузки на двигатель. Контроллер двигателя может использовать флажок для того, чтобы остановить процесс обогащения поступающей смеси таким образом, чтобы количество топлива, впрыскиваемого во время быстрой операции уменьшения последствий преждевременного зажигания путем обогащения смеси, совпало с медленной реакцией уменьшения нагрузки.
На позиции 604 контроллер может регулировать подачу топлива в цилиндры двигателя и работу цилиндра в соответствии с первым режимом обогащения поступающей смеси. Например, цилиндр может работать при первом отношении воздуха к топливу, при котором состав смеси выше стехиометрического в первый периода. В другом примере смесь в цилиндре может быть обогащена до значения первой величины обогащения поступающей смеси, и цилиндр может работать при таком отношении воздуха к топливу, при котором состав смеси выше стехиометрического, а отношение воздуха к топливу меняется до первого значения за первый период. Так, при впрыске избыточного топлива в цилиндр, может произойти охлаждение воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, и максимальное давление цилиндра может быть снижено таким образом, чтобы уменьшить риск возможного преждевременного зажигания, связанный с аномальными случаями горения.
Хотя избыточное топливо впрыскивается непосредственно для уменьшения последствий преждевременного зажигания, оно может также снизить содержание кислорода в выхлопном газе и таким образом снизить каталитическое действие каталитического конвертера устройства для снижения токсичности выхлопа. Кроме того, избыток топлива может оказать негативное влияние на выброс выхлопных газов. Таким образом, для восстановления каталитического действия каталитических дожигателей выхлопных газов на позиции 606 контроллер может назначить второй режим обеднения топливной смеси на основании первого режима обогащения поступающей смеси предыдущего обогащения поступающей смеси. Второй режим обеднения топливной смеси может включать, например, второе отношение воздуха к впрыскиваемому горючему топливу (AFR), которое ниже стехиометрического, степень обеднения отношения, второй период обеднения топливной смеси и скорость такого обеднения, каждое регулирование происходит на основе по меньшей мере одного отношения воздуха к топливу (коэффициентов избытка воздуха) и продолжительности первого периода первого режима обогащения топливной смеси. Во второй период может, например, произойти несколько вариантов сгорания. При этом настройка может включать, например, увеличение второго периода времени и (или) увеличение степени обеднения отношения воздуха к топливу, как однократное или многократное увеличение продолжительности первого периода и степени обогащения отношения воздуха к топливу.
На позиции 608 показано, что после истечения первого периода времени контроллер может подать топливо и активировать работу цилиндра в соответствии со вторым профилем обеднения. Например, цилиндр может работать со вторым отношением воздуха к топливу, которое беднее стехиометрического во втором периоде. В другом примере смесь цилиндра может быть обеднена в размере второго обеднения, и цилиндр может работать с отношением воздуха к топливу, которое беднее стехиометрии, при этом отношение воздуха к топливу меняется в размере второго объема за второй период. При этом в результате введения сравнительно меньшего объема топлива и сравнительно большего объема воздуха в цилиндр может быть скомпенсирован эффект обеднения кислорода в предыдущем случае обогащения и может быть восстановлена каталитическая эффективность каталитического катализатора.
На позиции 610 можно оценить содержание кислорода в выхлопных газах и (или) сделать какое-то заключение (например, с помощью датчика кислорода в выхлопных газах), при этом можно определить, превысило ли содержание кислорода в выхлопных газах пороговое значение. Пороговым значением может быть некоторый уровень кислорода, выше которого катализатор устройства контроля за выбросами может работать с существенной каталитической эффективностью. Если содержание кислорода восстановлено до порогового уровня, то на позиции 614 после обеднения контроллер может возобновить работу цилиндра с третьим отношением воздуха к топливу, в целом соответствующем стехиометрическому. Если содержание кислорода не достигло порогового значения на позиции 610, то на позиции 612 контроллер может продолжать работу цилиндра или цилиндров на втором отношении воздуха к топливу до тех пор, пока не будет восстановлен желаемый уровень кислорода и желаемая каталитическую эффективность. После того как каталитическая эффективность будет восстановлена, стехиометрический впрыск топлива в цилиндр может возобновиться.
В одном примере второй период времени и степень обеднения второго профиля могут быть отрегулированы таким образом, что пороговое значение уровня кислорода в выбросах восстанавливается к концу второго периода. Например, такое регулирование может включать в себя увеличение второго периода времени и (или) увеличение степени обеднения второго отношения воздуха к топливу, поскольку общее количество кислорода в выхлопных газах, потребляемое за первый период времени, возрастает. В другом примере там, где величина потребления кислорода в течение первого периода выходит из объема несгоревших углеводородов (УВ) и образуется угарный газ, регулирование может включать в себя увеличение второго периода времени и (или) увеличение степени обеднения второго отношения воздуха к топливу, поскольку общее количество несгоревших углеводородов в выхлопных газах, образовавшихся в течение первого периода возрастает. В любом случае после того, как прошел второй период времени, контроллер может возобновить работу цилиндра с третьим, по сути стехиометрическим, отношением воздуха к топливу.
Таким образом путем обогащения цилиндра в ответ на указание на возникновение преждевременного зажигания, эффект охлаждения воздуха от впрыскиваемого в цилиндры двигателя топлива может быть использован для того, чтобы немедленно и быстро решить преждевременное зажигание. При одновременном ограничении нагрузки на двигатель на основе указания на преждевременное зажигание в дальнейшем можно существенно уменьшить последствия преждевременного зажигания.
На ФИГ.7 в качестве примера описан нормальный режим 700 настройки профилей впрыска топлива для случаев впрыска топлива, основанных на операции уменьшения последствий преждевременного зажигания на основе характера преждевременного зажигания и (или) числа случаев преждевременного зажигания. В частности, на основе числа случаев преждевременного зажигания и характера преждевременного зажигания можно отрегулировать интенсивность, с которой происходит обогащение смеси. Например, при некоторых условиях преждевременного зажигания обогащение поступающей смеси может выполняться менее интенсивно только в указанном цилиндре, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, в то время как при других условиях преждевременного зажигания обогащение смеси может проводиться более интенсивно и может быть распространено и на другие цилиндры этого блока или всего двигателя.
На позиции 702 можно подтвердить, что преждевременное зажигание в цилиндре обнаружено. Если нет, то текущий режим работы будет прекращен. После подтверждения на позиции 704 число случаев преждевременного зажигания (таких как случаи преждевременного зажигания цилиндра и (или) двигателя), а также база данных преждевременного зажигания (включая детали предыдущих случаев преждевременного зажигания и операции по уменьшению последствий преждевременного зажигания) могут быть обновлены. Как отмечалось ранее, это может повлиять на увеличение числа случаев преждевременного зажигания, например на счетчике преждевременного зажигания поездки, также как и на счетчике преждевременного зажигания всего жизненного цикла. Число случаев преждевременного зажигания может включать по меньшей мере одно число случаев преждевременного зажигания в цилиндре в поездке, число случаев преждевременного зажигания в цилиндре всего жизненного цикла, число случаев преждевременного зажигания двигателя в поездке, число случаев преждевременного зажигания двигателя всего жизненного цикла, число случаев последовательного преждевременного зажигания в цилиндре и число случаев последовательного преждевременного зажигания двигателя. Число случаев преждевременного зажигания в поездке может быть типично для предыдущих случаев преждевременного зажигания во время такого же цикла/работы двигателя, в то время как число случаев преждевременного зажигания на счетчике всего жизненного цикла может быть характерно для всех предыдущих случаев преждевременного зажигания в течение полного срока эксплуатации транспортного средства.
Следует понимать, что в то время как на проиллюстрированном примере число случаев преждевременного зажигания увеличивается в ответ на появление преждевременного зажигания (во время вождения, поворота ключа зажигания, предопределенного количества времени и т.д.), в альтернативных вариантах реализации увеличение числа случаев преждевременного зажигания может заключаться в увеличении числа случаев преждевременного зажигания, основанных на пробеге. В одном примере количество пройденных километров может пониматься как общий пробег двигателя или машины (в течение всего жизненного цикла машины или в течение текущего срока). В другом примере количество пройденных километров может пониматься как пробег с момента последнего появления преждевременного зажигания в цилиндре двигателя. Например, число преждевременных зажиганий двигателя может увеличиться в ответ на величину пробега двигателя, с момента возникновения последнего преждевременного зажигания, превышающее пороговое значение. В другом примере число случаев преждевременного зажигания может увеличиться, если единственный случай преждевременного зажигания произошел после прохождения порогового количества пробега с момента предыдущего преждевременного зажигания. В другом примере при обнаружении множества случаев преждевременного зажигания (во время постоянного или периодического преждевременного зажигания) число случаев преждевременного зажигания, а также меры по уменьшению последствий (обогащение, ограничение нагрузки и т.д.), связанные с обнаружением преждевременного зажигания, могут увеличиться по мере превышения пробега порогового значения между произошедшими многократными случаями преждевременного зажигания.
На позиции 706 общее число случаев преждевременного зажигания в цилиндре может быть определено на основании уточненного числа случаев преждевременного зажигания. На позиции 708 может быть определено общее число последовательных случаев преждевременного зажигания цилиндра (как например, исходя из числа случаев последовательных преждевременных зажиганий цилиндра). Здесь можно определить, какие из всех преждевременных зажиганий, произошедших в цилиндре, являются последовательными, то есть можно установить частоту возникновения преждевременного зажигания в различных цилиндрах. На позиции 710 можно определить, на сколько общее число преждевременных зажиганий в цилиндре превышает пороговое значение. То есть можно установить, на сколько число преждевременных зажиганий превышает пороговое значение. Если общее число преждевременных зажиганий в цилиндре не превышает порогового значения, то на позиции 712 данный цилиндр, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, может быть обогащен согласно контуру обогащения исходя из рабочих условий двигателя и на основании числа преждевременных зажиганий, как указано на ФИГ.6. Для сравнения, если пороговое число преждевременных зажиганий было превышено, далее на позиции 714, можно определить, на сколько число последовательных случаев преждевременного зажигания (т.е. число последовательных преждевременных зажиганий) превышает пороговое значение.
На основании частоты возникновения преждевременного зажигания можно установить его характер. В одном примере, когда число последовательных случаев преждевременного зажигания на 714 превышает пороговое значение, можно определить постоянное преждевременное зажигание на позиции 716. То есть можно заключить, что постоянное преждевременное зажигание является результатом множества продолжительных, непрекращающихся преждевременных зажиганий, относительно множества последовательных моментов воспламенения в цилиндре. Для сравнения, если число последовательных преждевременных зажиганий на позиции 714 не превышает порогового значения, а общее число преждевременных зажиганий на позиции 710 больше порогового значения, можно установить периодическое возникновение преждевременного зажигания на позиции 722. То есть можно заключить, что периодическое преждевременное зажигание является результатом множества раздельных, прерывистых преждевременных зажиганий относительно множества последовательных моментов воспламенения в цилиндре.
В другом примере постоянное преждевременное зажигание может быть определено в ответ на продолжительный и устойчивый рост числа преждевременных зажиганий в цилиндре на счетчиках жизненного цикла и поездки, в то время как периодическое преждевременное зажигание может быть определено в ответ на небольшое увеличение числа преждевременных зажиганий поездки относительно известного увеличения числа преждевременных зажиганий жизненного цикла. В еще одном примере постоянное преждевременное зажигание может быть установлено, основываясь на преждевременном зажигании в каждом цикле воспламенения, в то время как периодическое преждевременное зажигание может быть определено в ответ на преждевременное зажигание при каждом по меньшей мере одном другом цикле воспламенения.
На позиции 724 в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре нагрузка на двигатель может быть ограничена на первое небольшое значение, в то время как на позиции 718 в ответ на постоянное преждевременное зажигание цилиндра нагрузка на двигатель может быть ограничена на второе большее значение. Например, в ответ на периодическое преждевременное зажигание наддув может быть уменьшен на меньшее (первое) значение, открытие дроссельной заслонки может быть уменьшено на меньшее (первое) значение или фаза кулачкового вала может быть отрегулирована на меньшее (первое) значение. Для сравнения, в ответ на постоянное преждевременное зажигание наддув может быть увеличен на большее (второе) значение, открытие дроссельной заслонки может быть увеличено на большее (второе) значение или фаза кулачкового вала может быть отрегулирована на большее (второе) значение.
Аналогично этому, параметры обогащения могут быть отрегулированы различным способом. Например, на позиции 726 обогащение смеси в ответ на периодическое преждевременное зажигание может быть отрегулировано с меньшим обогащением и (или) с меньшей продолжительностью, в то время как на позиции 720 обогащение в ответ на постоянное преждевременное зажигание может быть отрегулировано с большим обогащением и (или) с большей продолжительностью. Степень обогащения и (или) продолжительности обогащения, также как и объем ограничения нагрузки могут быть также увеличены, так как число последовательных преждевременных зажиганий в цилиндре увеличивается (например, увеличивается пороговое значение). То есть при возникновении постоянного преждевременного зажигания его следует решать более интенсивно, чем при периодическом преждевременном зажигании.
Далее, на основании характера преждевременного зажигания и числа случаев преждевременного зажигания, обогащение и ограничение нагрузки может быть применено и к другим цилиндрам двигателя. В одном примере цилиндр, где происходит преждевременное зажигание, может располагаться в первом блоке цилиндров двигателя. Здесь в ответ на постоянное преждевременное зажигание в цилиндре ограничительная нагрузка на двигатель может заключать в себе ограничение нагрузки всех цилиндров первого блока в большей степени, чем цилиндров второго блока. Для сравнения, в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре может быть ограничена нагрузка на двигатель только цилиндров первого блока, но не второго блока. В одном примере, это может быть достигнуто путем регулирования фаз кулачкового вала первого блока, а не второго блока. Для сравнения, в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре нагрузка на двигатель только цилиндров первого блока может быть ограничена, а второго блока - нет, например путем сохранения фаз кулачкового вала второго блока, по мере регулировки фаз кулачкового вала первого блока. В другом примере в ответ на постоянное преждевременное зажигание все цилиндры двигателя могут быть ограничены на большее значение, в то время как цилиндры первого блока могут быть ограничены на меньшее значение в ответ на периодическое преждевременное зажигание.
Подобным же образом, в ответ на постоянно возникающие случаи преждевременного зажигания в цилиндрах первого блока состав смеси, поступающей именно в цилиндры первого блока, а не цилиндры второго блока, может быть обогащен, или состав смеси, поступающей в цилиндры первого блока, может быть более обогащен (например, состав горючей смеси может быть обогащен, или смесь будет подаваться в течение более продолжительного периода времени), чем состав смеси, поступающей в цилиндры второго блока, или состав смеси, поступающей во все цилиндры, может быть обогащен (более высокое значение). В еще одном примере в ответ на постоянное преждевременное зажигание в цилиндре смесь, поступающая во все цилиндры двигателя, может быть обогащена, при этом смесь в цилиндре, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, будет более обогащена (состав горючей смеси может быть обогащен, или смесь будет подаваться в течение более продолжительного периода времени), а обогащение смеси, поступающей во все остальные цилиндры, будет отрегулировано на основании порядка зажигания этих цилиндров (например, обогащение смеси, поступающей в цилиндр, зажигание которого происходит немедленно вслед за зажиганием цилиндра, где возникают случаи преждевременного зажигания, должно быть отрегулировано так, чтобы эта смесь была богаче, чем смесь, поступающая в цилиндр, зажигание которого происходит позднее).
Как отмечалось ранее, помимо обогащения смеси и ограничения нагрузки, время наступления искры в цилиндре может быть ранее на величину, соотносящуюся с искрой при обнаружении преждевременного зажигания, в сторону максимального крутящего момента. В дополнение к скорости двигателя и обогащению смеси, величина раннего времени искры также может быть отрегулирована на основании природы преждевременного зажигания. Например, раннее время искры может быть отрегулировано на большую величину в ответ на постоянное преждевременное зажигание, при этом раннее время искры может быть отрегулировано на меньшую величину в ответ на периодическое преждевременное зажигание.
Таким образом, постоянное преждевременное зажигание может решаться более интенсивно, чем периодическое преждевременное зажигание. При том, что приведенные примеры иллюстрируют регулировку обогащения смеси и ограничения нагрузки различным способом в зависимости от того, возникают ли случаи преждевременного зажигания периодически или постоянно, возможны также случаи промежуточного возникновения преждевременного зажигания в зависимости от темпов изменения в числе случаев преждевременного зажигания. Например, более интенсивный подход может быть использован в ответ на более ускоренный рост числа случаев преждевременного зажигания, при этом менее интенсивный подход может быть использован в ответ на меньшее число случаев преждевременного зажигания.
Тем не менее, возможны другие меры регулирования профиля обогащения смеси и ограничения нагрузки в зависимости от числа случаев преждевременного зажигания. Как ранее освещалось на ФИГ.6, обогащение смеси, поступающей в цилиндр, может быть увеличено с увеличением числа случаев преждевременного зажигания и превышения пороговых значений. В одном примере при первом состоянии с первым, более низким числом (предыдущих) случаев преждевременного зажигания, работа первого цилиндра может быть отрегулирована (например, с помощью обогащения смеси) в ответ на указание на возникновение преждевременного зажигания в первом цилиндре. И наоборот, при втором состоянии со вторым, более высоким числом (предыдущих) случаев преждевременного зажигания работа первого и второго цилиндра может быть отрегулирована (например, с помощью обогащения смеси) в ответ на указание на возникновение преждевременного зажигания в первом цилиндре. В некоторых примерах для первого цилиндра состав горючей смеси может быть менее обогащен или смесь будет подаваться в течение менее продолжительного периода времени, чем обогащение смеси, поступающей во второй цилиндр во втором состоянии. Подобным же образом при первом состоянии нагрузка на первый цилиндр может быть ограничена на первую, меньшую величину, в то время как во втором состоянии нагрузка на первый и второй цилиндры может быть ограничена на вторую, большую величину.
Регулировка также может отличаться в зависимости от различного числа случаев преждевременного зажигания. Например, ограничение нагрузки на двигатель и обогащение смеси в ответ на число случаев преждевременного зажигания в цилиндре в поездке может быть большим, чем ограничение нагрузки в ответ на число случаев преждевременного зажигания в жизненном цикле цилиндра. То есть проблемы возникновения преждевременного зажигания в течение рабочего цикла двигателя могут решаться более интенсивно, чем общие проблемы возникновения преждевременного зажигания в двигателе, чтобы сократить случаи преждевременного зажигания в течение жизненного цикла двигателя. В другом примере ограничение нагрузки на двигатель и обогащение смеси в ответ на число случаев преждевременного зажигания в двигателе может быть большим, чем ограничение нагрузки в ответ на число случаев преждевременного зажигания в цилиндре.
В еще одном примере, когда цилиндр, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, находится в первом блоке цилиндров двигателя, все цилиндры двигателя могут быть обогащены в том случае, если число последовательно возникающих случаев преждевременного зажигания выше, чем первое, более высокое пороговое значение; при этом смесь в цилиндрах двигателя первого блока, а не второго блока, может быть обогащена, если число последовательно возникающих случаев преждевременного зажигания выше, чем второе, более низкое пороговое значение. Подобным же образом, нагрузка на цилиндры двигателя может быть ограничена, когда число последовательно возникающих случаев преждевременного зажигания выше, чем первое, более высокое пороговое значение; при этом нагрузка на цилиндры первого блока может быть ограничена в большей степени, чем нагрузка на цилиндры второго блока, когда число последовательно возникающих случаев преждевременного зажигания выше, чем второе, более низкое пороговое значение. Тем не менее возможны и другие варианты.
Таким образом, обогащение смеси и ограничение нагрузки на двигатель в ответ на возникновение случаев преждевременного зажигания в цилиндре могут быть отрегулированы не только на основании условий работы двигателя, но также на основании предыстории возникновения случаев преждевременного зажигания в цилиндре, числа случаев преждевременного зажигания и природы преждевременного зажигания. Таким образом, предрасположенность к дальнейшим случаям преждевременного зажигания в цилиндре, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, а также в других цилиндрах двигателя, может быть предвосхищена, и возникновение преждевременного зажигания может лучше решаться.
Пример профиля обогащения смеси и ограничения нагрузки, как описано выше, ниже объясняется на примере впрыска топлива на ФИГ.8-9.
На ФИГ.8 на позиции 800 показан первый пример действий по уменьшению последствий преждевременного зажигания в соответствии с настоящим описанием. Отношение воздуха к топливу (AFR) заправленной горючей смеси показано на оси у, а время показано на оси х. Как видно на рисунке, до достижения точки t1 состав горючей смеси в цилиндре может быть преимущественно стехиометрическим. В точке t1 ответ на определение 801 преждевременного зажигания цилиндр, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, может работать так, чтобы при первом значении отношения воздуха к топливу AFR1 состав смеси был богаче, чем стехиометрический состав, на протяжении периода времени 804. Степень обогащения 806 смеси и первый период времени 804 могут быть отрегулированы в зависимости от условий работы двигателя во время определения 801 преждевременного зажигания. После того как первый период времени истечет в точке t2, контроллер может быть выполнен таким образом, чтобы определить количество избыточного топлива, поданного в течение первой операции по обогащению. Как таковое, количество избыточного топлива может быть рассчитано как участок 808 под кривой первой операции по обогащению смеси. То есть участок 808 может представлять интеграл избыточного топлива и не сгоревших углеводородов обогащающей смеси.
В точке t2 цилиндр может перейти от первого значения отношения воздуха к топливу AFR1 ко второму значению отношения воздуха к топливу AFR2, с более бедным составом смеси, чем стехиометрический, в течение второго периода времени 810. По меньшей мере одна степень обеднения 812 поданного топлива в течение второго периода времени 810 может быть отрегулирована на основании по меньшей мере одного первого периода 804 и степени обогащения 806. Например, степень обеднения 812 и (или) второй период времени 810 второй операции по обеднению могут быть повышены по мере того, как первый период времени 804 и степень обогащения 806 первой операции по обогащению смеси повышаются. Степень обеднения 812 и второй период времени 810 могут быть выбраны таким образом, чтобы избыточный уровень кислорода в выхлопных газах, образовавшийся во время операции обеднения горючей смеси, мог компенсировать избыточное топливо, поданное во время операции обогащения горючей смеси. Как таковой, избыточный уровень кислорода в выхлопных газах может быть рассчитан как участок 814 под кривой второго впрыскивания обедненного топлива. То есть участок 814 может быть интегралом избыточного уровня кислорода в результате операции по обеднению. Таким образом, второй период времени 810 может быть отрегулирован на основании состава выхлопных газов таким образом, чтобы цилиндр продолжал работать при втором значении отношения воздуха к топливу AFR2 до тех пор, пока содержание кислорода в выхлопном газе не вернется к значению выше порогового.
В точке t3 после истечения второго периода времени 810 и после того, как содержание кислорода в выхлопном газе вернется к значению выше порогового, цилиндр можно вернуть назад из положения со вторым значением отношения воздуха к топливу AFR2 к положению, где отношение воздуха к топливу по сути стехиометрическое.
На ФИГ.9 позиция 900 показывает второй пример действий по уменьшению последствий преждевременного зажигания в соответствии с настоящим описанием. На этом рисунке до достижения точки t1 состав горючей смеси, поданной в цилиндр, является преимущественно стехиометрическим. В точке t1 ответ на определение преждевременного зажигания 901 смесь в цилиндре, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, может быть обогащена на протяжении первого периода времени 904 с первой степенью обогащения смеси 905. В частности, цилиндр может работать при значении отношения воздуха к топливу выше, чем при стехиометрической смеси, а степень обогащения 906 при значении отношении воздуха к поданному топливу может варьироваться на протяжении периода времени 904 таким образом, чтобы более высокое значение отношения воздуха к топливу AFR1 по сравнению со стехиометрическим, было получено до окончания первого периода времени 904. В одном примере показано, как обогащение смеси 905 может быть отрегулировано таким образом, чтобы степень обогащения могла увеличиваться по мере того, как увеличивается число случаев преждевременного зажигания. В альтернативном примере обогащение смеси 905 может быть отрегулировано таким образом, что степень обогащения может понижаться по мере того, как частота случаев преждевременного зажигания повышается. После истечения первого периода времени в точке t2 цилиндр может быть сконфигурирован таким образом, чтобы определить количество избыточного топлива, поданного после первой операции по обогащению смеси. Как таковое, количество избыточного топлива может быть рассчитано как участок 908 под кривой первой операции по обогащению смеси. То есть участок 908 может представлять интеграл избыточного топлива и не сгоревших углеводородов обогащающей смеси.
В точке t2 цилиндр может перейти от отношения воздуха к топливу, превышающего стехиометрическое, к отношению воздуха к топливу меньше стехиометрического, в течение второго периода времени 910. Второй период 910 обеднения может быть основан на первом периоде 904 предыдущего обогащения смеси. В частности, смесь в цилиндре, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, может быть обеднена при второй величине обеднения 915 в течение второго периода времени 910. При этом цилиндр может работать при отношении воздуха к топливу меньше стехиометрического, а степень обогащения 912 отношении воздуха к подаваемому топливу может варьироваться в течение второго периода времени 910 таким образом, что отношение воздуха к топливу AFR2, которого меньше стехиометрического, достигается до окончания второго периода 910. По меньшей мере одна степень обеднения 912, величина обеднения 915 и второй период 910 могут быть отрегулированы на основании по меньшей мере одной первой степени обогащения 906, величины обогащения смеси 905 и первого периода 904 предыдущего обогащения смеси. Например, степень обеднения 912 и (или) второй период времени 910 операции по обеднению могут быть увеличены по мере того, как первый период 904 и степень обогащения 906 предыдущего обогащения смеси увеличиваются. В одном из примеров величина обеднения 915 может быть отрегулирована таким образом, чтобы степень обеднения могла увеличиться с увеличением числа случаев преждевременного зажигания. В альтернативном примере, величина обеднения 915 может быть отрегулирована таким образом, чтобы степень обеднения могла понизиться с понижением числа случаев преждевременного зажигания. Степень обеднения 912 и второй период времени 910 могут быть выбраны таким образом, чтобы количество избыточного уровня кислорода в выхлопных газах, выработанного в процессе обеднения, могло компенсировать избыточное количество топлива, поданного в течение предыдущей операции обогащения смеси. Как таковое, количество избыточного топлива может быть рассчитано как участок 914 под кривой операции по обеднению смеси. То есть участок 914 может представлять интеграл избыточного кислорода, образовавшегося в результате операции по обеднению. Таким образом, второй период 910 может быть продлен в зависимости от состава выхлопного газа таким образом, чтобы в цилиндре продолжался процесс обеднения до тех пор, пока уровень кислорода в выхлопных газах не вернется к значению выше порогового.
В точке t3 после истечения второго периода времени 910 и после того, как, содержание кислорода в выхлопных газах вернется к значению выше порогового, цилиндр можно вернуть от положения со вторым значением отношения воздуха к топливу AFR2 в положение, в котором отношение воздуха к топливу по сути стехиометрическое.
В то время как в приведенном примере обозначено изменение количества топлива, поданного в цилиндр, в котором возникают случаи преждевременного зажигания, следует понимать, что в альтернативных примерах изменение количества топлива, поданного во все цилиндры двигателя, может быть отрегулировано в ответ на указание на возникновение преждевременного зажигания в одном из цилиндров. Как отмечалось ранее, обогащение смеси, поступающей в каждый цилиндр, может быть отрегулировано в отношении каждого отдельного цилиндра или блока цилиндров.
Таким образом, операция обогащения подаваемого топлива может использоваться для быстрого устранения преждевременного зажигания, в то время как последующие операции подачи обедненного топлива используются для решения проблемы потенциального понижения эффективности катализатора выхлопов вследствие операций по обогащению. В частности, посредством балансировки избыточного топлива, полученного в результате операций обогащенного впрыска топлива, с избыточным кислородом, полученным в результате операций обедненного впрыска топлива, уровень кислорода в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов может быть возвращен на желаемый уровень, тем самым также восстанавливая каталитическую эффективность катализаторов выбросов. Ограничение нагрузки на двигатель, при обогащении смеси, подаваемой в цилиндр, может привести дополнительному преимуществу в виде охлаждения цилиндра с уменьшением последствий преждевременного зажигания. Кроме того, путем обогащения смеси и ограничения нагрузки на двигатель, основываясь на вероятности возникновения случая преждевременного зажигания, обратной связи о преждевременном зажигании и предыстории случаев преждевременного зажигания, преждевременное зажигание можно лучше предвосхищать и решать, тем самым понижая деградацию двигателя.
Следует обратить внимание, что приведенные здесь примерные операции управления и оценки могут использоваться при различных конфигурациях системы. Конкретные операции, описанные здесь, могут представлять по меньшей мере одну из схем работы: событийное управление; управление с прерываниям; многозадачность; многопоточность и т.п. Как таковые, различные показанные действия, операции или функции могут быть выполнены в предложенной последовательности, параллельно или в некоторых случаях опущены. Аналогичным образом, не является обязательным получение описанных в настоящем описании признаков и преимуществ примерных вариантов реализации, которые приведены для простоты понимания описания. По меньшей мере один вариант из показанных действий, функций или операций может быть многократно осуществлен в зависимости от конкретной используемой схемы. Более того, описанные операции, функции и (или) действия могут графическим образом представлять код для использования для программирования на машиночитаемом носителе системы управления.
Следует обратить внимание, что конфигурации и операции, представленные в настоящем описании, являются по сути примером, и что эти конкретные варианты реализации не следует рассматривать в качестве ограничителей, так как возможно множество вариантов. Например, вышеописанная технология может быть применена к таким типам двигателей: V-6, I-4, I-6, V-12, двигателям с 4 противоположными цилиндрами, двигателям другого типа. Область настоящего изобретения включает все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также других признаков, функций и (или) свойств, раскрытых в настоящем документе.
Нижеследующая формула изобретения, в частности, указывает на некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые как новые и неочевидные. Пункты формулы изобретения могут относиться к «какому-либо» элементу или «первому» элементу или к их эквиваленту. Эта формула изобретения должна пониматься как включающая объединение по меньшей мере одного такого элемента, при этом не требующая обязательно и не исключающая по меньшей мере двух таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации описанных признаков, функций, элементов и (или) свойств, могут быть заявлены посредством внесения поправок в настоящую формулу изобретения или же путем представления новых пунктов формулы изобретения для включения в эту или родственную заявку на изобретение. Такая формула изобретения - более широкая, более узкая, равная или отличная по объему от оригинальной формулы изобретения, также рассматривается как содержащаяся в настоящем описании.