СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ ДАТЧИКА КИСЛОРОДА ИЗ-ЗА ВЫДЕЛЕНИЯ ГАЗА ИЗ ГЕРМЕТИКА
METHOD AND SYSTEM FOR DETECTING DEGRADATION OF OXYGEN SENSOR DUE TO RELEASE OF GAS FROM SEALANT

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к датчикам кислорода в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Датчик кислорода, например, универсальный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ), может быть расположен в выпускной системе транспортного средства с возможностью определения воздушно-топливного отношения (ВТО) отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. В зависимости от показаний датчика кислорода можно регулировать работу двигателя внутреннего сгорания, например - путем изменения количества впрыскиваемого топлива для достижения желаемого ВТО. Поэтому деградация датчика кислорода может привести к ухудшению регулирования впрыска топлива, в свою очередь могущему привести к росту выбросов, ухудшению управляемости транспортного средства и снижению экономии топлива.
При установке датчиков кислорода обычно применяют герметик, например - силиконовый. При этом отработавшие газы могут достигать температуры, достаточно высокой для того, чтобы стать причиной высвобождения газа из герметика; данное явление известно как «выделение газа из герметика». Выделение газа из герметика может привести к деградации датчика кислорода из-за создания помех для измерений концентрации кислорода. В отличие от характерной деградации, например - из-за старения датчика, деградация из-за выделения газа из герметика может быть быстрой.
В число попыток решения проблемы деградации датчика кислорода из-за выделения газа из герметика входит применение смещающего напряжения для коррекции выходного сигнала показания датчика кислорода. Один пример решения раскрыт Зархином (Zarkhin) с соавторами в документе U.S. 6,382,013 В1. В нем деградацию из-за выделения газа из герметика выявляют за счет инверсии выходного сигнала показания (например, с положительных на отрицательные значения напряжения) и корректируют выходной сигнал показания путем применения заранее определенного значения смещающего напряжения к ответному сигналу датчика. Авторы указанного изобретения отмечают, что абсолютное значение показания датчика остается точным несмотря на инверсию.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких способов. В качестве одного примера, выделение газа из герметика может стать причиной искажения показания датчика кислорода в сторону обогащения (например, из-за разбавления выделяемыми газами концентрации кислорода в отработавших газах) или обеднения (например, из-за обволакивания датчика газами из герметика). Поэтому воздействия выделения газа из герметика могут быть сложнее, чем инверсия напряжения выходного сигнала датчика кислорода.
В одном примере вышеуказанные недостатки позволяет преодолеть способ, в котором: при изменении потребности в подаче топлива в двигатель без изменения требуемой отдачи двигателя при температуре отработавших газов двигателя выше пороговой, указывают наличие деградации датчика кислорода в отработавших газах, соединенного с выпускной системой двигателя с помощью герметика, из-за выделения газа из герметика; и корректируют показания датчика кислорода в отработавших газах в ответ на указание наличия деградации. Это позволяет выявлять деградацию датчика кислорода из-за выделения газа из герметика и корректировать показания датчика кислорода.
В качестве одного примера, указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика также включает в себя указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика, если измеренное датчиком кислорода в отработавших газах воздушно-топливное отношение отработавших газов двигателя является богатым в сочетании со сниженной потребностью в подаче топлива, и указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика, если измеренное датчиком кислорода в отработавших газах воздушно-топливное отношение отработавших газов двигателя является бедным в сочетании с возросшей потребностью в подаче топлива. Это позволяет отличать деградацию из-за выделения газа без обволакивания датчика от деградации из-за обволакивания датчика кислорода в отработавших газах газами из герметика. Несмотря на то, что показания кислорода, выданные датчиком кислорода в отработавших газах с деградацией из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика, можно корректировать так же, как и показания кислорода, выданные датчиком кислорода в отработавших газах с деградацией из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика, деградацию датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика может быть необратимым. Поэтому целесообразно отличать друг от друга эти две формы деградации из-за выделения газа из герметика (например, с обволакиванием датчика и без него) для определения того, когда нужно заменить датчик.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 схематически изображена система двигателя транспортного средства.
На ФИГ. 2 изображена принципиальная схема примера датчика кислорода.
На ФИГ. 3 изображена блок-схема, иллюстрирующая пример архитектуры управления для формирования команды подачи топлива.
ФИГ. 4 изображает высокоуровневую блок-схему, иллюстрирующую пример способа для выявления деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика.
ФИГ. 5 изображает пример способа для выявления деградации топливной форсунки.
ФИГ. 6 изображает пример способа для выявления деградации датчика МРВ.
ФИГ. 7 изображает пример способа для выявления деградации УДКОГ в виде запаздывания или инерционности.
ФИГ. 8 изображает блок-схему, иллюстрирующую пример способа для коррекции показания УДКОГ в ответ на указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика.
ФИГ. 9 изображает пример хронологической последовательности выявления деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика и применения поправки на погрешность измерения кислорода.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для определения деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика в системе двигателя транспортного средства и применения поправки на погрешность измерения датчика. На ФИГ. 1 показано, что система двигателя может содержать датчик кислорода в отработавших газах выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов. Расположенный выше по потоку датчик кислорода в отработавших газах может представлять собой УДКОГ, например - УДКОГ, схема которого приведена на ФИГ. 2, выполненный с возможностью измерения количества кислорода в отработавших газах. Работу двигателя можно регулировать в зависимости от данных обратной связи от УДКОГ, как раскрыто на ФИГ. 3, для достижения желаемого ВТО. Выделение газа из герметика может привести к деградации УДКОГ, став причиной выдачи им показаний с погрешностью в сторону обогащения (из-за выделения углеводородов из герметика) или обеднения (из-за обволакивания датчика герметиком), что можно определить согласно примеру способа на ФИГ. 4. В процессе определения деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика сначала можно исключить деградацию топливной форсунки и деградацию датчика МРВ согласно примерам способов на ФИГ. 5 и 6 соответственно. Кроме того, признаки деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика отличны от признаков деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за таких факторов, как старение, которое можно определить согласно примеру способа на ФИГ. 7. Можно найти поправку на погрешность измерения и применять ее в ответ на указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика согласно примеру способа на ФИГ. 8. ФИГ. 9 изображает пример хронологической последовательности диагностики деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика (с обволакиванием датчика и без него) и применения поправки на погрешность измерения.
ФИГ. 1 представляет собой принципиальную схему, изображающую один из цилиндров многоцилиндрового двигателя 10, могущего входить в состав системы 1 двигателя. Система 1 двигателя может представлять собой движительную систему, входящую в состав автотранспортного средства 5. Двигателем 10 можно по меньшей мере частично управлять с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя 132 через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, для обеспечения пуска двигателя 10, с коленчатым валом 40 может быть связан стартер через маховик.
Всасываемый воздух может поступать в камеру 30 сгорания из впускного коллектора 44 через заборный канал 42, а отработавшие газы могут выходить через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В некоторых вариантах камера 30 сгорания может содержать два и более впускных клапана и/или два и более выпускных клапана. В данном примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 выполнены с возможностью кулачкового приведения в действие посредством одного или нескольких кулачков и с возможностью применения одной или нескольких из следующих систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для регулирования работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять с помощью датчиков 55 и 57 положения соответственно. В других вариантах впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут быть электроприводными. Например, в другом варианте цилиндр 30 может содержать впускной клапан с электроприводом и выпускной клапан с кулачковым приводом, включая системы ППК и/или ИФКР.
В некоторых вариантах любой из цилиндров двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 30 показан содержащим одну топливную форсунку 66, топливо в которую поступает из топливной системы 172. Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с цилиндром 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ДИВТ) сигнала, полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 68. Так топливная форсунка 66 обеспечивает известный из уровня техники «непосредственный впрыск» (далее также именуемый «НВ») топлива в цилиндр 30 сгорания.
Следует понимать, что в других вариантах форсунка 66 может представлять собой форсунку впрыска во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Следует также понимать, что топливо в цилиндр 30 может поступать из нескольких форсунок, например, из нескольких форсунок впрыска во впускной канал, несколько форсунок непосредственного впрыска, или и тех, и других в той или иной комбинации.
Продолжим описание ФИГ. 1: заборный канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В данном конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может изменять контроллер 12, направляя сигнал на электромотор или привод в составе дросселя 62; данную конфигурацию обычно называют «электронный привод дроссельной заслонки» (ЭПДЗ). Таким образом, дроссель 62 выполнен с возможностью регулирования подачи всасываемого воздуха в камеру 30 сгорания, а также прочие цилиндры двигателя, через заборный канал 42 и впускной коллектор 44. Контроллер 12 может получать информацию о положении дроссельной заслонки 64 в виде сигнала положения дросселя (ПД). Заборный канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (ДВК) для направления сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12.
Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания по сигналу опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 в определенных режимах работы. Несмотря на то, что на фигуре показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах камера 30 сгорания, либо одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия, с искрой зажигания или без нее.
Верхний по потоку датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. Верхний по потоку датчик 126 может представлять собой датчик любого типа, подходящего для определения воздушно-топливного отношения (ВТО) в отработавших газах, например: линейный широкодиапазонный датчик кислорода или УДКОГ; двухрежимный широкодиапазонный датчик кислорода или ДКОГ; нагреваемый ДКОГ (НДКОГ); либо датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа. В раскрытых в настоящем описании неограничивающих вариантах верхний по потоку датчик 126 отработавших газов представляет собой УДКОГ, выполненный с возможностью выдачи выходного сигнала, например - сигнала напряжения, пропорционального количеству кислорода в отработавших газах. По указанному выходному сигналу контроллер 12 определяет ВТО отработавших газов.
Устройство 70 снижения токсичности выбросов показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. В раскрытых в настоящем описании неограничивающих вариантах устройство 70 снижения токсичности выбросов представляет собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), выполненный с возможностью восстановления оксидов азота и окисления СО и несгоревших углеводородов. При этом в других вариантах устройство 70 снижения токсичности выбросов может представлять собой накопитель оксидов азота, устройство снижения токсичности выбросов какого-либо иного типа или их комбинацию.
Второй, нижний по потоку, датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. Нижний по потоку датчик 128 может представлять собой датчик любого типа, подходящего для определения ВТО отработавших газов, например, УДКОГ, НДКОГ, ДКОГ и т.п. Например, нижний по потоку датчик 128 отработавших газов может представлять собой НДКОГ, выполненный с возможностью указания относительного обогащения или обеднения отработавших газов после прохождения через каталитический нейтрализатор. НДКОГ может выдавать выходной сигнал в форме точки перехода или сигнала напряжения в момент, в который происходит переход состава отработавших газов от бедного к богатому.
Система 1 двигателя на ФИГ. 1 может содержать систему рециркуляции отработавших газов (РОГ) для направления желаемой части отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 по каналу 140 РОГ. Количество отработавших газов рециркуляции (ОГР), подаваемых во впускной коллектор 44, может изменять контроллер 12 посредством клапана 142 РОГ. Кроме того, в канале РОГ может быть расположен датчик 144 РОГ с возможностью указания давления, и/или температуры, и/или концентрации кислорода в отработавших газах. В некоторых состояниях за счет системы РОГ можно регулировать температуру топливовоздушной смеси в камере сгорания.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере показанный в виде однокристального постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Помимо сигналов, речь о которых шла выше, контроллер 12 может принимать разнообразные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, в том числе показания: массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения, сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 40, положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя, сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122 ДВК, выходной сигнал УДКОГ от УДКОГ 126 и выходной сигнал НДКОГ от НДКОГ 128. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ.
В носитель информации - постоянное запоминающее устройство 106 - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, реализуемые микропроцессором 102 для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов.
Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом любой его цилиндр может также содержать собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу (свечи) зажигания и т.п.
2
Далее, на ФИГ. 2, схематически изображен пример осуществления датчика 200 кислорода, выполненного с возможностью измерения концентрации кислорода (O) в потоке всасываемого воздуха в заборном канале или потоке отработавших газов в выпускном канале двигателя. Датчик 200 может функционировать как УДКОГ 126 на ФИГ. 1, например. Датчик 200 содержит множество слоев одного или нескольких керамических материалов, расположенных друг над другом. В варианте на ФИГ. 2 показаны пять керамических слоев в виде слоев 201, 202, 203, 204 и 205. В их число входят один или несколько слоев твердого электролита с кислородно-ионной проводимостью. Неограничивающими примерами подходящих твердых электролитов служат материалы на основе окиси циркония. Кроме того, в некоторых вариантах может быть установлен нагреватель 207 с возможностью теплового контакта с указанными слоями для увеличения их ионной проводимости. Несмотря на то, что изображенный датчик кислорода сформирован из пяти керамических слоев, следует понимать, что датчик кислорода может содержать любое подходящее количество керамических слоев.
2
2
Слой 202 содержит материал или материалы, создающие диффузионный путь 210. Диффузионный путь 210 может быть выполнен с возможностью пропуска одного или нескольких компонентов всасываемого воздуха или отработавших газов, включая, помимо прочих, необходимый анализируемый компонент (например, O), для диффузии в первую внутреннюю полость 222 с интенсивностью, ограниченной по сравнению с той, с которой анализируемый компонент могут перекачивать внутрь или наружу пара электродов 212 и 214 перекачки. Таким образом, в первой внутренней полости 222 можно получить стехиометрическое содержание O.
cp
Датчик 200 также содержит вторую внутреннюю полость 224 в пределах слоя 204, отделенную от первой внутренней полости 222 слоем 203. Вторая внутренняя полость 224 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, соответствующего стехиометрическому состоянию. Уровень (например, концентрация) кислорода во второй внутренней полости 224 равен тому, который присутствовал бы во всасываемом воздухе или в отработавших газах, если бы воздушно-топливное отношение было стехиометрическим. Концентрацию кислорода во второй внутренней полости 224 поддерживают постоянной с помощью напряжения перекачки V. Поэтому вторую внутреннюю полость 224 можно рассматривать как эталонный элемент.
2
Пара измерительных электродов 216 и 218 расположена с возможностью связи с первой внутренней полостью 222 и эталонным элементом 224. Измерительные электроды 216 и 218 обнаруживают градиент концентрации, могущий образоваться между первой внутренней полостью 222 и эталонным элементом 224 из-за того, что концентрация кислорода во всасываемом воздухе или в отработавших газах выше стехиометрического уровня или ниже его. Причиной высокой концентрации кислорода может быть бедное ВТО смеси всасываемого воздуха или отработавших газов, а низкой концентрации кислорода - богатое ВТО смеси. Как раскрыто в настоящем описании, выделение газа из герметика также может повлиять на градиент концентрации, измеряемый измерительными электродами 216 и 218. Например, углеводороды, выделяемые герметиком, могут проникать путем диффузии в первую внутреннюю полость 222, снижая концентрацию кислорода, и являться причиной того, что датчик 200 показывает богатое ВТО. В другом примере герметик может обволакивать датчик 200, блокируя диффузионный путь 210 и препятствуя выходу компонентов газа, например O, из первой внутренней полости 222, что является причиной того, что датчик 200 показывает бедное ВТО. Это также может привести к запаздыванию отклика датчика 200. Например, если происходит переход состава отработавших газов от бедного к богатому, оболочка на датчике 200 может задерживать диффузию бедных отработавших газов из первой внутренней полости 222 и диффузию новых, богатых, отработавших газов в первую внутреннюю полость 222, в связи с чем датчик 200 показывает бедное ВТО, даже если состав топливовоздушной смеси уже не является бедным. И наоборот, при переходе состава отработавших газов от богатого к бедному, оболочка на датчике 200 может задерживать диффузию богатых отработавших газов из первой внутренней полости 222 и диффузию новых, бедных, отработавших газов в первую внутреннюю полость 222, в результате чего датчик 200 показывает богатое ВТО, даже когда состав топливовоздушной смеси уже не является богатым.
В других примерах газ, выделяемый герметиком, может вступать в реакцию с компонентами отработавших газов с изменением химического состава отработавших газов. Это может влиять на состав отработавших газов разными путями в зависимости от химического состава герметика. Например, если газ, выделяемый герметиком, содержит галоген, например - хлор (Cl) или бром (Br), большая теплота отработавших газов может способствовать возникновению реакции галогенирования, при которой происходит замещение водорода в каком-либо углеводороде, уже присутствующем в отработавших газах в результате сгорания, указанным галогеном. Так как масса и размер галогена больше, чем у водорода, скорость диффузии галогенированного углеводорода может быть ниже, в связи с чем датчик 200 показывает бедное ВТО. В другом примере, если газ, выделяемый герметиком, является окислителем, он может вступать в реакцию с углеводородами в отработавших газах и являться причиной того, что датчик 200 показывает бедное ВТО.
2
2
Пара электродов 212 и 214 перекачки расположена с возможностью связи с внутренней полостью 222 и выполнена с возможностью электрохимического перекачивания выбранного газообразного компонента (например, O) из первой внутренней полости 222 через слой 201 и за пределы датчика 200. Или же пара электродов 212 и 214 перекачки могут быть выполнены с возможностью электрохимического перекачивания выбранного газа через слой 201 во внутреннюю полость 222. В данном случае, пара электродов перекачки 212 и 214 может рассматриваться как элемент перекачки O.
Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены из различных подходящих материалов. В некоторых вариантах электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены по меньшей мере частично из материала, катализирующего диссоциацию молекулярного кислорода. Неограничивающими примерами таких материалов могут служить электроды, содержащие платину и/или серебро.
p
p
2
p
p
p
Процесс электрохимической перекачки кислорода из внутренней полости 222 или в нее включает в себя подачу напряжения перекачки V (например, опорного напряжения) на пару электродов 212 и 214 перекачки. Напряжение перекачки V, поданное на элемент перекачки O, перекачивает кислород в первую внутреннюю полость 222 или из нее для поддержания в ней стехиометрического уровня кислорода. Возникающий при этом ток перекачки I пропорционален концентрации кислорода в отработавших газах. Система управления (не показана на ФИГ. 2) формирует сигнал тока перекачки I в зависимости от величины подаваемого напряжения перекачки V, необходимой для поддержания стехиометрического уровня в первой внутренней полости 222. Таким образом, если смесь является бедной, то будет происходить перекачивание кислорода из первой внутренней полости 222, а если смесь является богатой, то будет происходить перекачивание кислорода в первую внутреннюю полость 222.
Следует понимать, что датчик кислорода, раскрытый в настоящем описании, является не более чем примером осуществления датчика кислорода, и то, что другие варианты осуществления датчиков кислорода могут иметь дополнительные и/или другие признаки и/или конструктивные исполнения.
p
В зависимости от выходного сигнала датчика кислорода (например, I) можно регулировать работу двигателя. Например, количество подаваемого в цилиндры двигателя топлива можно регулировать по прямой связи (например, в зависимости от желаемого крутящего момента двигателя, потока воздуха в двигатель и т.п.) и/или по обратной связи (например, по выходному сигналу датчика кислорода). ФИГ. 3 иллюстрирует блок-схему архитектуры 300 управления с возможностью реализации контроллером двигателя, например, контроллером 12 на ФИГ. 1, для формирования команды подачи топлива. Архитектура 300 управления включает в себя двигатель 327 и УДКОГ 330 выше по потоку от ТКН 335. Двигатель 327 может соответствовать двигателю 10 на ФИГ. 1, УДКОГ 330 может соответствовать УДКОГ 126 на ФИГ. 1, а ТКН 335 может соответствовать устройству 70 снижения токсичности выбросов на ФИГ. 1, например.
Архитектура 300 управления регулирует ВТО двигателя по уставке воздушно-топливного отношения, близкой к стехиометрическому значению (например, командному ВТО). Регулятор 307 внутреннего контура, включающий в себя пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, регулирует ВТО двигателя путем формирования соответствующей команды подачи топлива (например, длительности импульса впрыска топлива). Суммирующий узел 322 необязательно объединяет команду подачи топлива от регулятора 307 внутреннего контура с командами от регулятора 320 прямой связи. Объединенный набор команд направляют топливным форсункам двигателя 327.
УДКОГ 330 выдает сигнал обратной связи регулятору 307 внутреннего контура. Сигнал обратной связи УДКОГ пропорционален содержанию кислорода в отработавших газах двигателя между двигателем 327 и ТКН 335. Например, по выходному сигналу УДКОГ 330 можно оценивать несоответствие между командным (например, желаемым) ВТО и фактическим ВТО, определенным УДКОГ 330. В номинальных условиях работы УДКОГ (например, при температуре отработавших газов выше минимально необходимой для работы УДКОГ и ниже пороговой температуры для выделения газа из герметика), данное несоответствие может быть обусловлено погрешностями топливной форсунки и/или измерения воздуха, например, из-за деградации топливной форсунки или деградации датчика МРВ соответственно.
Регулятор 305 внешнего контура формирует опорный сигнал УДКОГ, направляемый регулятору 307 внутреннего контура. Опорный сигнал УДКОГ соответствует выходному сигналу УДКОГ, отражающему командное ВТО. Опорный сигнал УДКОГ совмещают с сигналом обратной связи УДКОГ в узле 316. По сигналу несоответствия или разности, выданному узлом 316, регулятор 307 внутреннего контура регулирует команду подачи топлива для приведения фактического ВТО в двигателе 327 к желаемому ВТО. Регулятор 305 внешнего контура может представляет собой любой приемлемый регулятор, содержащий интегральную составляющую, например, пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор.
Таким образом, контроллер двигателя может точно регулировать ВТО двигателя по обратной связи от УДКОГ и адаптивно находить погрешности топливной форсунки и/или измерения воздуха с возможностью их компенсации за счет коррекции команды подачи топлива до тех пор, пока фактическое ВТО двигателя не достигнет желаемого ВТО. Например, если УДКОГ показывает богатое ВТО, количество подаваемого топлива будет уменьшено. В противном случае, если УДКОГ показывает бедное ВТО, количество подаваемого топлива будет увеличено. При этом, деградация УДКОГ из-за выделения газа из герметика может привести к тому, что обратная связь от УДКОГ не будет отражать фактическое ВТО двигателя и, как следствие, к ухудшению регулирования подачи топлива.
На ФИГ. 4 раскрыта высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая пример способа для определения деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика в системе двигателя (например, системе 1 двигателя на ФИГ. 1) с возможностью его коррекции посредством алгоритма компенсации (который будет раскрыт на примере ФИГ. 8). Кроме того, могут быть исключены другие причины деградации в системе двигателя, могущие препятствовать определению выделения газа, например, деградация топливной форсунки и деградация датчика МРВ. Инструкции для осуществления способа 400 и остальных раскрытых в настоящем описании способов может исполнять контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1 (например, УДКОГ 126 на ФИГ. 1). Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя согласно раскрытым ниже способам.
Выполнение способа 400 начинают на шаге 402, предусматривающем оценку/измерение параметров работы двигателя. Параметры работы можно оценивать, измерять и/или опосредованно определять по имеющимся данным, при этом в их число могут входить командное ВТО, температура отработавших газов, частота вращения и нагрузка двигателя, величина запрашиваемого водителем крутящего момента, потребление топлива и т.п.
На шаге 404 способ 400 необязательно предусматривает диагностику одной или нескольких топливных форсунок, как будет раскрыто на примере ФИГ. 5. Например, деградированная топливная форсунка, подающая больше топлива, чем задано командой, может стать причиной работы двигателя на богатой смеси. И наоборот, деградированная топливная форсунка, подающая меньше топлива, чем задано командой, может стать причиной работы двигателя на бедной смеси. Поэтому может быть предпочтительно исключить такие возможности для определения того, показывает ли УДКОГ богатый или бедное ВТО из-за выделения газа из герметика без обволакивания или с обволакиванием датчика соответственно, как раскрыто ниже.
На шаге 406 способ 400 необязательно предусматривает диагностику датчика МРВ (например, датчика 120 МРВ на ФИГ. 1), как будет раскрыто на примере ФИГ. 6. Например, если датчик МРВ выдает завышенное показание потока воздуха в двигатель, командное количество топлива может превышать то, что соответствует фактическому количеству воздуха и желаемому ВТО, в связи с чем двигатель работает на богатой смеси. В другом примере, если датчик МРВ выдает заниженное показание потока воздуха в двигатель, командное количество топлива может быть меньше того, что соответствует фактическому количеству воздуха и желаемому ВТО, в связи с чем двигатель работает на бедной смеси. Как и в случае деградации топливной форсунки, может быть предпочтительно исключить деградацию датчика МРВ для определения деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика и/или обволакивания с высокой степенью достоверности.
В качестве альтернативы диагностике одной или нескольких топливных форсунок на шаге 404 и датчика МРВ на шаге 406, контроллер может применить адаптивное нахождение отклонений ВТО из-за деградации топливных форсунок или датчика МРВ, как раскрыто на примере ФИГ. 3 и будет дополнительно раскрыто на шаге 412.
На шаге 408 способ 400 предусматривает определение того, соблюдены ли начальные условия для диагностики деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика. Начальные условия для диагностики деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика могут включать в себя, например, какое-либо указание на то, что запрашиваемый водителем крутящий момент (или нагрузка двигателя) является постоянным в сочетании с изменением потребности в подаче топлива (ростом или падением). В число начальных условий для диагностики деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика может входить температура отработавших газов выше пороговой. Указанный порог может быть таким, что превышающие его температуры могут быть достаточно высокими, чтобы стать причиной выделения газа из герметика. Температуру отработавших газов можно измерять непосредственно с помощью датчика температуры отработавших газов. Или же температуру отработавших газов можно оценивать по мощности, подаваемой нагревателю УДКОГ. Например, нагреватель УДКОГ, например, нагреватель 207 на ФИГ. 2, можно эксплуатировать согласно стратегии управления по замкнутому контуру для поддержания постоянной температуры УДКОГ; чем выше температура отработавших газов, тем меньше величина мощности, подаваемой нагревателю УДКОГ. Поэтому в другом примере начальные условия для диагностики деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика могут включать в себя мощность, подаваемую нагревателю УДКОГ, меньше пороговой. Начальные условия для диагностики деградации УДКОГ также могут включать в себя какое-либо указание на то, что УДКОГ недавно (например, в пределах заранее определенного периода времени) был отремонтирован или заменен, или на то, что имело место иное техобслуживание компонентов выпускной системы. Начальные условия для диагностики деградации УДКОГ также могут включать в себя указания на отсутствие деградации топливной форсунки (форсунки) (по результатам диагностики на шаге 404) и датчика МРВ (по результатам диагностики на шаге 406), если не применяют адаптивное нахождение отклонений ВТО. Если адаптивное нахождение отклонений ВТО применяют, любые погрешности измерения топлива и/или воздуха могут уже быть учтены.
Если начальные условия для диагностики деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика отсутствуют, способ 400 следует на шаг 410 и предусматривает проверку УДКОГ на признаки деградации в виде запаздывания или в виде инерционности, как будет раскрыто на примере ФИГ. 7.
На шаге 412 способ 400 необязательно предусматривает определение отклонения измеренного ВТО из-за погрешностей измерения топлива и воздуха. Например, во время номинальной работы УДКОГ (например, при температуре отработавших газов выше минимально необходимой для работы УДКОГ и ниже пороговой температуры для выделения газа и при отсутствии указания наличия деградации УДКОГ), расхождения между командным ВТО и измеренным ВТО могут быть обусловлены погрешностями измерения топлива или воздуха, как раскрыто на примере ФИГ. 3. Данные погрешности могут быть долгосрочными, поэтому данное отклонение можно применять постоянно для надлежащей подачи топлива. Нахождение отклонения может быть предпочтительно для регулирования ВТО, если впоследствии будет определено, что УДКОГ деградирован, как будет раскрыто на примерах ФИГ. 7 и 8. Кроме того, отклонение можно определять в качестве альтернативы определению деградации топливной форсунки, как раскрыто на примере ФИГ. 5, и определению деградации датчика МРВ, как раскрыто на примере ФИГ. 6. После шага 412 выполнение способа 400 завершают.
Если начальные условия для диагностики деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика будут соблюдены на шаге 408, способ 400 следует на шаг 414 и предусматривает определение ВТО по выходному сигналу УДКОГ. Например, ВТО можно определять по току перекачки УДКОГ, как раскрыто на примере ФИГ. 2.
На шаге 416 способ 400 предусматривает определение того, показывает ли УДКОГ богатое ВТО. Определение того, что УДКОГ показывает богатое ВТО, может включать в себя то, что ток перекачки УДКОГ ниже первой пороговой величины. Если УДКОГ показывает богатое ВТО, способ 400 следует на шаг 418 и предусматривает указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика. Например, выделение углеводородов путем выделения газа из герметика может стать причиной того, что УДКОГ показывает богатое ВТО, даже если топливовоздушная смесь не является богатой. При этом, из-за использования выходного сигнала УДКОГ в качестве обратной связи для регулирования ВТО, потребность в подаче топлива может быть снижена, и подача топлива может быть меньше, чем нужно с учетом параметров работы двигателя (например, запрашиваемого крутящего момента и частоты вращения двигателя), как раскрыто на примере ФИГ. 3. Указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика может включать в себя регистрацию результатов в контроллере. При этом, поскольку выделение газа может быть временным (например, происходить при высоких температурах отработавших газов и до тех пор, пока герметик содержит газы, которые может выделять), водителя транспортного средства можно не информировать. После шага 418 способ 400 следует на шаг 426, который будет раскрыт ниже.
Если УДКОГ не показывает богатое ВТО, способ 400 следует на шаг 420 и предусматривает определение того, показывает ли УДКОГ бедное ВТО. Определение того, что УДКОГ показывает бедное ВТО, может включать в себя то, что ток перекачки УДКОГ превышает вторую пороговую величину. Если УДКОГ не показывает бедное ВТО, способ 400 следует на шаг 422 и предусматривает указание отсутствия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика. Например, если показание УДКОГ отражает стехиометрическое ВТО, выделение газа из герметика может не происходить, даже если температура отработавших газов выше пороговой. После шага 422 выполнение способа 400 завершают.
Если датчик показывает бедное ВТО, способ 400 следует на шаг 424 и предусматривает указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика. Например, если выделившийся из герметика газ обволакивает УДКОГ и является причиной того, что он показывает бедное ВТО, даже если топливовоздушная смесь не является бедной, потребность в подаче топлива увеличивают, в результате чего подают больше топлива, чем нужно с учетом параметров работы двигателя, как раскрыто на примере ФИГ. 3. Это может привести к высоким температурам отработавших газов. Следует понимать, что выделение газа происходит до обволакивания датчика, в связи с чем ранее могло быть указано наличие деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика (например, на шаге 418 способа 400). Указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика может включать в себя регистрацию результатов в контроллере и зажигание индикаторной лампы неисправности (ИЛИ). Указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика может также включать в себя указание причины зажигания ИЛИ, например, посредством человеко-машинного интерфейса, для уведомления водителя транспортного средства о проблеме обволакивания датчика. Таким образом, деградация УДКОГ из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика может представлять собой более тяжелую форму деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика, чем деградация без обволакивания датчика. Способ 400 следует далее на шаг 426.
На шаге 426 способ 400 предусматривает коррекцию значения кислорода, измеренного УДКОГ, как будет раскрыто на примере ФИГ. 8. Коррекция значения кислорода, измеренного УДКОГ, позволяет точно определять ВТО и соответственно корректировать команду подачи топлива. После шага 426 выполнение способа 400 завершают.
На ФИГ. 5 раскрыт пример способа 500 для диагностики состояния одной или нескольких топливных форсунок по изменению ускорения частоты вращения двигателя (например, двигателя 10 на ФИГ. 1) после впрыска топлива в каждый из цилиндров двигателя. Например, если датчик отработавших газов (например, УДКОГ 126 на ФИГ. 1) показывает бедное ВТО и продолжает показывать бедное ВТО несмотря на увеличение потребности в подаче топлива, в двигатель может не поступать запрашиваемое количество топлива (например, подача топлива является недостаточной), что может быть обусловлено деградацией топливной форсунки, в частности, при температурах отработавших газов ниже порогового уровня, при котором происходит выделение газа из герметика (как раскрыто на примере ФИГ. 4). То, что УДКОГ показывает богатое ВТО и продолжает показывать богатое ВТО несмотря на уменьшение потребности в подаче топлива, также может быть обусловлено тем, что в двигатель не поступает запрашиваемое количество топлива (например, подача топлива является избыточной). Таким образом, способ 500 можно выполнять как часть способа 400 на ФИГ. 4 (например, на шаге 404), чтобы изменение потребности в подаче топлива при отсутствии изменения запрашиваемой отдачи двигателя можно было достоверно отнести на счет деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика. В другом варианте адаптивное нахождение отклонений ВТО, как раскрыто на примере ФИГ. 3 и на шаге 412 на ФИГ. 4, можно применять вместо определения деградации топливной форсунки.
Выполнение способа 500 начинают на шаге 502, предусматривающем впрыск топлива в каждый из цилиндров в одном и том же рабочем цикле двигателя. Например, в каждый цилиндр (например, цилиндр 30 на ФИГ. 1) может поступать один впрыск топлива в соответствующий ему момент известного порядка работы посредством соответствующей топливной форсунки (например, топливной форсунки 66 на ФИГ. 1). В результате, каждая топливная форсунка может подать топливо один раз в одном и том же рабочем цикле двигателя.
На шаге 504 способ 500 предусматривает определение индивидуальных ускорений частоты вращения двигателя в результате впрыска топлива в каждый цилиндр и сгорания топливовоздушной смеси. Например, частота вращения двигателя может возрастать (например, ускоряться) пропорционально количеству впрыскиваемого топлива. Контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) может получать сигнал частоты вращения двигателя от датчика частоты вращения двигателя (например, датчика 118 на эффекте Холла на ФИГ. 1) во время событий впрыска и соотносить каждое ускорение частоты вращения двигателя (например, каждый пик частоты вращения двигателя) с каждой топливной форсункой/цилиндром в соответствии с известным порядком работы цилиндров. В результате, контроллер может выполнить логическое определение в отношении индивидуальных ускорений частоты вращения двигателя для каждой топливной форсунки/цилиндра в соответствии с логическими формулами, представляющими собой функцию от полученного (например, измеренного) сигнала частоты вращения двигателя и известного порядка работы.
На шаге 506 способ предусматривает сравнение значений индивидуальных ускорений частоты вращения двигателя для каждой топливной форсунки/цилиндра и определение межцилиндрового отклонения ускорений частоты вращения двигателя. В одном примере на шаге 502 в каждый цилиндр может быть впрыснуто одно и то же количество топлива посредством соответствующей топливной форсунки. В другом примере количества топлива, впрыскиваемые в каждый из цилиндров, могут быть разными (например, из-за различий в старении, износе или ухудшении эксплуатационных показателей или характеристик топливных форсунок). При этом в обоих примерах можно ожидать приблизительно одинаковой реакции в виде ускорения частоты вращения двигателя, так как запрашиваемое количество топлива для впрыска в каждый цилиндр является одинаковым. Поэтому в одном примере определение межцилиндрового отклонения ускорений частоты вращения двигателя может включать в себя вычисление контроллером стандартного отклонения между индивидуальными ускорениями частоты вращения двигателя, определенными для каждого цилиндра.
На шаге 508 способ 500 предусматривает определение того, превышает ли отклонение, определенное на шаге 506, заранее определенный пороговый уровень. В одном примере заранее определенный пороговый уровень может представлять собой уровень, указывающий на изменение эксплуатационных показателей или деградацию одной или нескольких топливных форсунок относительно остальных топливных форсунок, так как отклонение небольшой величины (например, в пределах 1.5%) между несколькими событиями впрыска одной и той же или разными форсунками может быть допустимо.
Если определенное отклонение не превышает пороговый уровень, способ 500 следует на шаг 510 и предусматривает указание отсутствия деградации топливной форсунки. На шаге 512 способ 500 предусматривает продолжение впрыска топлива в зависимости от параметров работы двигателя (например, ВТО, нагрузки двигателя и т.п.). Или же на шаге 508, если отклонение превышает пороговый уровень, способ 500 следует на шаг 514 и предусматривает указание наличия деградации одной или нескольких топливных форсунок и идентификации деградированной топливной форсунки (или форсунок) по индивидуальным ускорениям частоты вращения двигателя и известному порядку работы цилиндров двигателя. Например, контроллер может узнать положение коленчатого вала (например, угол), при котором произошло каждое индивидуальное ускорение частоты вращения двигателя (из выходного сигнала датчика положения или частоты вращения коленчатого вала). Сопоставив его с известным порядком работы и известным углом поворота коленчатого вала, при котором происходит срабатывание каждой топливной форсунки каждого цилиндра, контроллер может определить, какое из индивидуальных ускорений частоты вращения двигателя относится к каждому из цилиндров (и соответствующей топливной форсунке). Далее контроллер может определить ускорение частоты вращения двигателя, отклоняющееся от других ускорений частоты вращения двигателя (или среднего значения всех ускорений частоты вращения двигателя), и указать наличие деградации соответствующей топливной форсунки (например, топливной форсунки, осуществившей впрыск топлива, соответствующий ускорению частоты вращения двигателя, отклонившемуся от среднего значения на пороговую величину).
На шаге 516 способ 500 предусматривает определение того, превышает ли выявленное ускорение частоты вращения двигателя в результате впрыска посредством указанной топливной форсунки ожидаемое ускорение частоты вращения двигателя. В одном примере ожидаемое ускорение частоты вращения двигателя может представлять собой среднее значение ускорений частоты вращения двигателя всех цилиндров двигателя. В другом примере ожидаемое ускорение частоты вращения двигателя можно определить по табулированной зависимости, входным параметром которой является командное количество впрыска топлива (или длительность импульса), а результатом - ожидаемое ускорение частоты вращения двигателя. Если ускорение частоты вращения двигателя, соответствующее указанной топливной форсунке, превышает ожидаемое, способ 500 следует на шаг 518 и предусматривает указание наличия погрешности впрыска и/или увеличения размера одного или нескольких отверстий сопла форсунки в связи с тем, что идентифицированная форсунка могла впрыснуть больше топлива, чем было нужно. В одном примере указание наличия погрешности впрыска и/или увеличения размера одного или нескольких отверстий сопла форсунки может включать в себя зажигание ИЛИ, а также включать в себя указание причины зажигания ИЛИ (например, для техобслуживания или замены указанной топливной форсунки). После шага 518 выполнение способа 500 завершают.
Если ускорение частоты вращения двигателя, соответствующее указанной топливной форсунке, не выше (например, ниже), чем ожидаемое ускорение частоты вращения двигателя, способ 500 следует на шаг 520 и предусматривает указание наличия засорения топливной форсунки, и/или механической деградации топливной форсунки, и/или деградации соленоида топливной форсунки. Например, идентифицированная топливная форсунка могла подать меньше топлива, чем было нужно. В одном примере указание наличия засорения топливной форсунки, механической деградации топливной форсунки и/или деградации соленоида топливной форсунки может включать в себя зажигание ИЛИ и дополнительно включать в себя указание причины зажигания ИЛИ. После шага 520 выполнение способа 500 завершают.
ФИГ. 6 изображает пример способа 600 для диагностики датчика массового расхода воздуха (например, датчика 120 МРВ на ФИГ. 1), расположенного с возможностью измерения количества воздуха, поступающего в двигатель (например, двигатель 10 на ФИГ. 1) в транспортном средстве (например, транспортном средстве 5 на ФИГ. 1). Способ 600 можно осуществлять посредством инструкций в памяти контроллера, например, контроллера 12 на ФИГ. 1, для определения того, является ли количество поступающего в двигатель воздуха, показываемое датчиком МРВ, достоверным. Например, выдача датчиком МРВ завышенных или заниженных показаний потока воздуха в двигатель станет причиной работы двигателя на богатой или бедной смеси соответственно, что, в свою очередь, может исказить диагностику деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика (с последующим обволакиванием датчика или без него). Таким образом, способ 600 можно выполнять как часть способа 400 на ФИГ. 4 (например, на шаге 406), чтобы изменение потребности в подаче топлива при отсутствии изменения запрашиваемой отдачи двигателя можно было достоверно отнести на счет деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика. В другом варианте можно применять адаптивное нахождение отклонений ВТО, как раскрыто на примере ФИГ. 3 и на шаге 412 на ФИГ. 4, вместо определения деградации датчика МРВ.
Выполнение способа 600 начинают на шаге 602, который предусматривает оценку и/или измерение параметров работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить частота вращения и нагрузка двигателя, барометрическое давление, ДВК и МРВ, температура двигателя и/или коллектора, положение дросселя, запрашиваемый водителем крутящий момент и т.п. Параметры работы можно измерять или опосредованно определять по имеющимся данным.
1
На шаге 604 способ 600 предусматривает измерение расхода воздуха (MPB) посредством датчика МРВ. Например, необработанный выходной сигнал датчика МРВ можно преобразовать в значение расхода воздуха с помощь функции преобразования МРВ.
2
2
2
2
На шаге 606 способ 600 предусматривает оценку расхода воздуха (МРВ) по параметрам работы двигателя. Например, МРВ можно вычислять, как минимум частично, путем ввода значений частоты вращения двигателя (измеренной датчиком положения коленчатого вала, например, датчиком 118 на эффекте Холла на ФИГ. 1), ДВК (измеренного датчиком давления воздуха в коллекторе, например, датчиком 122 ДВК на ФИГ. 1) и температуры всасываемого воздуха в уравнение. Далее вычисление МРВ может включать в себя ввод значений рабочего объема двигателя и коэффициента наполнения в указанное уравнение. В другом примере положение дросселя (например, определенное датчиком положения дросселя) может быть учтено при вычислении МРВ.
1
2
1
2
На шаге 608 способ 600 предусматривает вычисление абсолютного значения разности МРВ и МРВ. То есть определяют разность измеренного расхода воздуха MPB и оценочного расхода воздуха МРВ.
1
2
1
2
На шаге 610 способ 600 предусматривает определение того, превышает ли абсолютное значение разности MPB и МРВ некий порог. Применение абсолютного значения позволяет определять, превышает ли разность указанный порог, по величине разности, а не по знаку (положительному или отрицательному). Указанный порог может представлять собой заранее определенный набор значений, при этом при значениях выше данного порога можно определить, что MPB и МРВ не согласованы.
1
2
Если абсолютное значение разности МРВ и МРВ не превышает порог (например, разность ниже или равна порогу), способ 600 следует на шаг 612 и предусматривает указание отсутствия деградации датчика МРВ. Например, измерения, выполненные датчиком МРВ, можно считать достоверными для определения количества топлива, которое должно быть подано в двигатель, для желаемого ВТО. После шага 612 выполнение способа 600 завершают.
1
2
Если абсолютное значение разности МРВ и МРВ выше порога, способ 600 следует на шаг 614 и предусматривает указание наличия деградации датчика МРВ. Указание наличия деградации датчика МРВ может включать в себя зажигание ИЛИ и дополнительно включать в себя сообщение причины для зажигания ИЛИ водителю транспортного средства. Контроллер также может оценить расход воздуха, как раскрыто на шаге 606, и использовать оценочное значение расхода воздуха (вместо измеренного деградированным датчиком МРВ) при определении количества топлива, которое должно быть подано в двигатель для желаемого ВТО. После шага 614 выполнение способа 600 завершают.
ФИГ. 7 изображает пример способа 700 для диагностики деградации УДКОГ, например, из-за старения датчика. Признаки деградации, наблюдаемые у УДКОГ, из-за выделения газа из герметика (и последующего обволакивания датчика) отличны от характерной деградации УДКОГ; выделение газа из герметика может приводить к быстрому изменению, а характерная деградация - к постепенным изменениям с течением времени. Например, симметричные и асимметричные запаздывания начального отклика датчика отработавших газов, а также симметричная и асимметричная инерционность при переходе отработавших газов от богатого к бедному и/или от бедного к богатому ВТО, указывают на характерную деградацию УДКОГ. Данные виды деградации могут именоваться «неисправности шести видов». Способ 700 обеспечивает возможность отличения характерной деградации УДКОГ от деградации из-за выделения газа, при этом его можно выполнять как часть способа 400 на ФИГ. 4 (например, на шаге 410), если отсутствуют начальные условия для диагностики деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика, например. Способ 700 также можно выполнять периодически (например, по истечении некоторого периода после предыдущего выполнения способа) для проверки на характерную деградацию УДКОГ.
Выполнение способа 700 начинают на шаге 702, предусматривающем модулирование ВТО отработавших газов двигателя (например, двигателя 10 на ФИГ. 1) транспортного средства (например, транспортного средства 5 на ФИГ. 1) на протяжении по меньшей мере одного цикла, включающего в себя переход от богатого к бедному и переход от бедного к богатому ВТО. Команды управления может формировать блок управления двигателем (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) или специально предназначенный для этого контроллер с возможностью направления их в блок управления двигателем для регулирования впрыска топлива (например, длительности импульса сигнала ДИВТ, направляемого формирователю 68 на ФИГ. 1) для регулирования количества топлива, поступающего в цилиндры двигателя, и/или работы клапана (например, впускного клапана 52 на ФИГ. 1) и/или дросселя (например, дросселя 62 на ФИГ. 1) для регулирования подачи воздуха в цилиндры двигателя. В одном примере модулирование командного ВТО представляет собой интрузивное модулирование по форме квадратной лямбда-волны. ВТО можно модулировать посредством достаточного количества переходов от богатого к бедному и от бедного к богатому для сбора достаточной статистки времени отклика. Например, ВТО можно модулировать на протяжении шести циклов перехода от богатого к бедному и от бедного к богатому для сбора количества данных, подходящего для того, чтобы прийти к заключению о механической деградации.
В некоторых вариантах воздушно-топливное отношение можно модулировать при переходе (входе) в состояние отсечки топлива при замедлении (ОТЗ) или переходе (выходе) из него. Транспортное средство может входить в ОТЗ в связи с положением педали оператора транспортного средства (например, в связи с отпусканием водителем педали акселератора), и когда замедление транспортного средства превышает пороговую величину. Использование преимущества модулирования ВТО во время ОТЗ позволяет уменьшить интрузивное модулирование ВТО и, тем самым, снизить или устранить отрицательные воздействия на показатели по выбросам и управляемости транспортного средства.
Следует отметить, что если во время модулирования ВТО от богатого к бедному и наоборот оператор транспортного средства запросит изменение параметров работы двигателя (например, путем изменения положения педали), модулирование можно приостановить до тех пор, пока параметры работы вновь не станут подходящими для определения деградации УДКОГ.
На шаге 704 способ 700 предусматривает определение ожидаемого времени отклика УДКОГ (например, ожидаемого количества времени, необходимого УДКОГ для отклика на командное изменение ВТО). Ожидаемое время отклика может представлять собой сумму продолжительности (времени запаздывания) с момента командного изменения ВТО до начального отклика датчика и взвешенного времени изменения, необходимого для изменения выходного сигнала датчика на калиброванную величину в ответ на изменение командного ВТО. Время запаздывания между изменением командного ВТО и начальным откликом УДКОГ можно определять с учетом нескольких источников запаздывания. Первая доля запаздывания приходится на период с момента впрыска топлива до момента образования отработавших газов и может быть обратно пропорциональна частоте вращения двигателя. Вторая доля запаздывания приходится на время, необходимое для прохождения отработавших газов из цилиндров двигателя в датчик отработавших газов, и может находиться в обратной зависимости от скорости или массового расхода газа в выпускном канале. И наконец, существуют доли запаздывания, приходящиеся на время обработки, фильтрации сигнала датчика отработавших газов и т.п., являющиеся почти постоянными. Взвешенное время изменения можно определить по скорости отработавших газов, влияющей на интенсивность диффузии отработавших газов в УДКОГ (например, например, по диффузионному пути 210 датчика 200 на ФИГ. 2). Время изменения также может зависеть от применяемой величины шага ВТО, при этом время изменения тем больше, чем больше величина шага.
На шаге 706 способ 700 предусматривает измерение времени отклика УДКОГ. Например, время отклика УДКОГ вычисляют по измеренному времени запаздывания и измеренному взвешенному времени изменения для отклика УДКОГ.
На шаге 708 способ 700 предусматривает определение разности ожидаемого времени отклика и измеренного времени отклика. Разность можно определить путем вычитания времени отклика, ожидаемого для номинального датчика, из суммарного времени отклика. Значения разности между измеренными и ожидаемыми откликами можно накапливать и усреднять за некоторое количество циклов перехода от богатого к бедному и от бедного к богатому ВТО для повышения уровня доверительной вероятности разности времен отклика в качестве показателя для определения деградации.
На шаге 710 способ 700 предусматривает определение того, превышают ли средняя разность времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО и средняя разность времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО первый калиброванный порог. Небольшие отклонения от разности времени отклика номинального датчика отработавших газов могут не влиять на выбросы или управляемость. Например, первый порог может иметь калиброванное значение приблизительно 200 миллисекунд (мс) и может представлять собой порог, при котором асимметричная деградация может начать влиять на стабильность управления двигателем, выбросы и управляемость. Если средняя разность времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО и средняя разность времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО не выше первого калиброванного порога, способ 700 следует на шаг 712 и предусматривает указание отсутствия деградации УДКОГ. После шага 712 выполнение способа 700 завершают.
Если средняя разность времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО и средняя разность времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО выше первого калиброванного порога, способ 700 следует на шаг 714 и предусматривает определение того, превышает ли средняя разность времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО или средняя разность времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО второй калиброванный порог (порог запаздывания, например, 600 мс). Если время отклика при переходе в одном направлении (например, от бедного к богатому ВТО) или обоих направлениях (например, от бедного к богатому ВТО и от богатого к бедному ВТО) превышает второй калиброванный порог, способ 700 следует на шаг 720 и предусматривает указание наличия деградации УДКОГ. Например, запаздывание времени отклика в 5 одном направлении является асимметричным запаздыванием, а запаздывание времени отклика в обоих направлениях - симметричное запаздывание. Указание наличия деградации УДКОГ может включать в себя установку диагностического кода неисправности (ДКН) в контроллере и дополнительно включать в себя зажигание ИЛИ для извещения оператора транспортного средства о необходимости техобслуживания транспортного средства для ремонта или замены деградированного УДКОГ. Указание наличия деградации УДКОГ может дополнительно включать в себя переход к стратегии регулирования подачи топлива по разомкнутому контуру без использования обратной связи от УДКОГ. Например, количество топлива можно определять с помощью регулятора прямой связи (например, регулятора 320 прямой связи на ФИГ. 3). Кроме того, при формировании команды подачи топлива можно применять любые найденные отклонения из-за погрешностей измерения топлива и/или воздуха (например, найденные на шаге 412 на ФИГ. 4). После шага 720 выполнение способа 700 завершают.
Если на шаге 714 средняя разность времени отклика при переходе от бедного к 20 богатому ВТО или средняя разность времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО не превышает второй калиброванный порог, способ 700 следует на шаг 716. На шаге 716 способ 700 предусматривает определение того, лежит ли соотношение средней разности времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО и средней разности времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО в 25 пороговом диапазоне с центром в единице. Если соотношение средней разности времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО и средней разности времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО равно единице, средняя разность времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО и средняя разность времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО равны друг 30 другу. Таким образом, пороговый диапазон ограничивает диапазон, в котором разности времени отклика являются симметричными (например, имеют место в обоих направлениях). Отклонение от порогового диапазона имеет место, если разность времени отклика больше в одном направлении, чем в другом, например, запаздывание времени отклика УДКОГ относительно номинального времени отклика датчика при переходе от бедного к богатому ВТО больше, чем при переходе богатого к бедному ВТО. Влияние деградации симметричного типа на выбросы и 5 управляемость является небольшим, если оно не сопровождается большим запаздыванием (например, разности времени отклика выходят за пределы второго калиброванного порога, как определено на шаге 714). При этом влияние деградации асимметричного типа на выбросы может быть значительным, даже если запаздывание является небольшим, так как они могут привести к погрешностям 10 регулирования воздушно-топливного отношения. Поэтому для промежуточных значений средней разности времени отклика (например, между первым калиброванным порогом и вторым калиброванным порогом) можно определять величину асимметрии для отдельного взятого цикла откликов на модуляцию ВТО.
Если соотношение средней разности времени отклика при переходе от 15 богатого к бедному ВТО и средней разности времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО не лежит в пороговом диапазоне, способ 700 следует на шаг 720 и предусматривает указание наличия деградации УДКОГ, как раскрыто выше. Если соотношение средней разности времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО и средней разности времени отклика при переходе от бедного к 20 богатому ВТО лежит в пороговом диапазоне, способ 700 следует на шаг 718 и предусматривает указание отсутствия деградации УДКОГ. После шага 720 или 718 выполнение способа 700 завершают.
Таким образом, способ 700 позволяет использовать единственный параметр времени отклика (включающий в себя и время запаздывания, и взвешенное время изменения) в качестве показателя соответствия/несоответствия для диагностики характерной деградации УДКОГ по шести видам неочевидных признаков деградации (например, симметричное запаздывание, асимметричное запаздывание при переходе от богатого к бедному ВТО, асимметричное запаздывание при переходе от бедного к богатому ВТО, симметричная инерционность, асимметричная инерционность при переходе от богатого к бедному ВТО и асимметричная инерционность при переходе от бедного к богатому ВТО). Кроме того все шесть видов неочевидных признаков деградации отличны от быстрого изменения отклика УДКОГ, вызванного выделением газа из герметика. Следует отметить, что УДКОГ, имеющий неисправность одного из шести видов, также может демонстрировать деградацию из-за выделения газа из герметика.
На ФИГ. 8 раскрыта блок-схема, иллюстрирующая способ 800 для применения поправки на погрешность измерения для датчика кислорода в отработавших газах, например, УДКОГ 126 на ФИГ. 1, в системе двигателя (например, системе 1 двигателя на ФИГ. 1). Например, способ 800 может выполнять контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) в ответ на указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика (с обволакиванием датчика или без него), как раскрыто на примере ФИГ. 4. В частности, способ 800 можно исполнять для определения поправочного коэффициента для тока перекачки в зависимости от напряжений, подаваемых на элемент перекачки датчика в состояниях без подачи топлива, и его применения для коррекции выходного сигнала тока перекачки УДКОГ, на который влияет выделение газа из герметика. Кроме того, если выходной сигнал УДКОГ не может быть скорректирован, способ 800 предусматривает необязательную возможность определения ВТО отработавших газов без обратной связи от УДКОГ.
Выполнение способа 800 начинают на шаге 802, который предусматривает оценку и/или измерение параметров работы двигателя. В качестве неограничивающих примеров, в число параметров работы двигателя могут входить командное ВТО, количество ОГР, поступающих в цилиндры двигателя, состояния подачи топлива.
На шаге 804 способ 800 предусматривает определение того, имеют ли место состояния без подачи топлива. Например, в число состояний без подачи топлива входят состояния замедления транспортного средства и рабочие состояния двигателя, в которых подача топлива прервана, но двигатель продолжает вращаться, и по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан работают; таким образом, воздух течет через один или несколько цилиндров, но впрыск топлива в цилиндры не происходит. В состояниях без подачи топлива сгорание не происходит, и воздух окружающей среды может проходить через цилиндр из впускной системы в выпускную. Таким образом, в УДКОГ может поступать воздух окружающей среды с возможностью выполнения на нем измерений, например, концентрации кислорода в окружающей среде.
Как сказано выше, в число состояний без подачи топлива может входить, например, ОТЗ. Транспортное средство может входить в ОТЗ в зависимости от положения педали оператора (например, в связи с отпусканием водителем педали акселератора), и если замедление транспортного средства превышает пороговую величину. Состояния ОТЗ могут иметь место неоднократно в течение цикла езды, в связи с чем могут быть сформированы многочисленные показания измеренного содержания кислорода в воздухе окружающей среды на протяжении данного цикла езды, например, во время каждого события ОТЗ.
Продолжим описание ФИГ. 8: если будет определено, что состояния без подачи топлива отсутствуют, способ 800 следует на шаг 806 и предусматривает определение того, указано ли наличие деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика на пороговый период. Если не указано наличие деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика на пороговый период (например, наличие деградации было указано на период меньше порогового), способ 800 совершает возврат на шаг 802. Таким образом, контроллер может продолжить оценивать параметры работы двигателя до тех пор, пока не наступят состояния без подачи топлива, или не истечет указанный пороговый период.
Если указано наличие деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика (с обволакиванием датчика или без него) на пороговый период, способ 800 следует на шаг 808 и предусматривает определение ВТО в режиме прямой связи по оценочному массовому заряду воздуха в цилиндре и количеству топлива без обратной связи от УДКОГ. Например, массовый заряд воздуха в цилиндре можно оценивать по выходному сигналу датчика МРВ (например, датчика 120 МРВ на ФИГ. 1), а количество топлива можно определять по сигналу ДИВТ. Также можно использовать данные обратной связи от второго датчика кислорода в отработавших газах (например, НДКОГ 128 на ФИГ. 1) ниже по потоку от каталитического нейтрализатора (например, устройства 70 снижения токсичности выбросов на ФИГ. 1). Кроме того, можно использовать любые найденные отклонения из-за погрешностей измерения топлива и/или воздуха (например, найденные на шаге 412 на ФИГ. 4). Таким образом, определение ВТО в режиме прямой связи может быть более точным, чем по выходному сигналу УДКОГ, о котором известно, что он деградирован из-за выделения газа из герметика. Это, в частности, может быть предпочтительно, когда УДКОГ показывает бедное ВТО в течение длительного периода из-за обволакивания датчика. При этом такая работа может отрицательно повлиять на возможность обеспечения соответствия транспортного средства требованиям по выбросам. Поэтому после шага 808 способ 800 совершает возврат на шаг 802 для продолжения оценки параметров работы двигателя.
1
1
2
1
1
Если на шаге 804 имеют место состояния без подачи топлива, способ 800 следует на шаг 810 и предусматривает подачу первого напряжения перекачки (V) на элемент перекачки кислорода датчика отработавших газов и получение первого тока перекачки (Ip). Значение первого напряжения перекачки может быть достаточно высоким для перекачки кислорода через элемент, но достаточно низким для того, чтобы не происходила диссоциация содержащих кислород молекул, например, воды (HO) (например, V=450 мВ). При подаче первого напряжения датчик формирует выходной сигнал в форме первого тока перекачки (Ip), который, если датчик функционирует в номинальном режиме, отражает количество кислорода в пробе газа (например, воздуха окружающей среды в состояниях без подачи топлива). Концентрация кислорода в воздухе окружающей среды представляет собой известное значение (например, 21%).
2
2
2
2
2
2
На шаге 812 способ 800 предусматривает подачу второго напряжения перекачки (V) на элемент перекачки кислорода датчика с получением второго тока перекачки (Ip). Второе напряжение может превышать первое напряжение, подаваемое датчику. В частности, значение второго напряжения может быть достаточно высоким для диссоциации молекул HO на водород и кислород (например, V=1.1 V). При подаче второго напряжения возникает второй ток перекачки (Ip), который для функционирующего в номинальном режиме датчика кислорода отражает количество кислорода и воды в пробе газа. Следует понимать, что в контексте настоящего описание термин "вода" в выражении "количество кислорода и воды" относится к количеству кислорода из диссоциированных молекул HO в пробе газа.
cyx
1
2
1
2
cyx
cyx
сух
2
1
сух
На шаге 814 способ 800 предусматривает определение показания кислорода для сухого воздуха (Ip) по Ip и Ip. Контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) может подставить Ip и Ip в функцию для вычисления Ip. Например, Ip можно вычислить как: Iр=(Ip×0.4)+(Ip×0.6). Таким образом, Iр учитывает разности концентрации кислорода (например, отклонения от 21%) в воздухе окружающей среды, которые могут быть обусловлены разностями влажности.
пк
cyx
cyx
На шаге 816 способ 800 предусматривает определение поправочного коэффициента для УДКОГ (O2) в зависимости от Ip. Поправочный коэффициент для УДКОГ представляет собой коэффициент поправки на колебания последовательно снимаемых показаний датчика, а также на деградацию из-за выделения газа из герметика. В одном примере поправочный коэффициент может быть определен как соотношение опорного выходного сигнала датчика (например, номинального показания кислорода номинального УДКОГ) и Ip.
пк
пк
На шаге 818 способ 800 предусматривает определение того, превышает ли O2 порог. Указанный порог может ограничивать поправочный коэффициент, и при его превышении считают, что УДКОГ значительно деградирован, и поправочный коэффициент непригоден для удовлетворительной коррекции показаний УДКОГ. Если O2 выше порога, способ 800 следует на шаг 820 и предусматривает указание того, что УДКОГ рекомендовано заменить. Далее контроллер может определять ВТО в режиме прямой связи, как раскрыто на шаге 808, до тех пор, пока датчик не будет заменен. После шага 820 выполнение способа 800 завершают.
пк
пк
пк
пк
Если O2 не превышает порог (например, O2 ниже порога или равен ему), способ 800 следует на шаг 822 и предусматривает коррекцию показаний УДКОГ на O2. Например, значение кислорода, измеренное УДКОГ, можно умножить на O2 для формирования корректного показания (например, количества кислорода, которое было бы измерено номинальным УДКОГ). Кроме того, если определение ВТО происходит в режиме прямой связи, контроллер может перейти обратно к определению ВТО по выходному сигналу УДКОГ. После шага 822 выполнение способа 800 завершают.
Таким образом, по выходным сигналам датчика (например, токам перекачки), формируемым в зависимости от напряжений, подаваемых на элемент перекачки кислорода УДКОГ в состояниях без подачи топлива в двигатель, и опорному выходному сигналу датчика можно определять поправочный коэффициент. Применение поправочного коэффициента на погрешность измерения УДКОГ в состояниях с подачей топлива обеспечивает возможность определения корректной концентрации кислорода и, следовательно, корректного ВТО, даже если на показание УДКОГ влияет выделение газа из герметика. Поправочный коэффициент можно обновлять при каждом состоянии без подачи топлива в связи с возможными изменениями эффекта от выделения газа из герметика с течением времени. Кроме того, можно предотвратить ненадлежащую работу двигателя, блокировав определение ВТО по выходному сигналу УДКОГ при наличии временной задержки между определением того, что УДКОГ деградирован из-за выделения газа из герметика, и определением поправочного коэффициента (например, из-за отсутствия состояний без подачи топлива).
На ФИГ. 9 изображена диаграмма 900, иллюстрирующая пример диагностики деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика и обволакивания в системе двигателя. Деградацию УДКОГ из-за выделения газа из герметика и обволакивания можно определять в связи с изменением потребности в подаче топлива при отсутствии изменения запрашиваемого водителем крутящего момента при высоких температурах отработавших газов (например, по способу на ФИГ. 4). Запрашиваемый крутящий момент представлен на графике 902, температура отработавших газов - на графике 904, потребление топлива - на графике 908, ток перекачки УДКОГ - на графике 910, указание наличия деградации УДКОГ - на графике 916, указание наличия деградации топливной форсунки - на графике 918, указание наличия деградации датчика МРВ - на графике 920, а применение поправки на погрешность измерения УДКОГ - на графике 922. Пороговая температура отработавших газов обозначена штриховой линией 906, ток перекачки УДКОГ, равный стехиометрическому - штриховой линией 912 (ниже которого датчик показывает богатое ВТО топливовоздушной смеси, а выше которого - бедное ВТО), первый порог тока перекачки УДКОГ (для указания богатого состава топливовоздушной смеси) - штриховой линией 914а, а второй порог тока перекачки УДКОГ (для указания бедного состава топливовоздушной смеси) - штриховой линией 914b. Для всех вышеуказанных графиков ось X представляет время, значения которого растут слева направо. Ось Y представляет изменение обозначенного параметра, значения которого растут снизу вверх, за исключением графика 916, на котором представлен вид деградации УДКОГ (или «нет», если наличие деградации УДКОГ не указано); графика 918, на котором наличие деградации топливной форсунки указано в виде «нет» или «да»; графика 920, на котором наличие деградации датчика МРВ указано в виде «нет» или «да»; и графика 922, на котором применение поправки на погрешность измерения УДКОГ указано в виде «нет» или «да».
С момента t0 двигатель эксплуатируют с постоянным запрашиваемым водителем крутящим моментом, как видно из графика 902. Так как запрашиваемый крутящий момент является постоянным, потребление топлива также является постоянным (график 908), и двигатель эксплуатируют при стехиометрическом ВТО, на что указывает ток перекачки УДКОГ (график 910), равный стехиометрическому току перекачки (штриховая линия 912). Деградация УДКОГ не указана (график 916), поэтому поправку на погрешность измерения УДКОГ не применяют (график 922). Деградация топливной форсунки (например, по результатам диагностики по способу на ФИГ. 5) также не указана (график 918), как и деградация датчика МРВ (например, по результатам диагностики по способу на ФИГ. 6) (график 920). При этом между моментами t0 и t1 температура отработавших газов возрастает, как видно из графика 904, и превышает пороговую температуру отработавших газов (штриховая линия 906), обозначающую температуру, сверх которой может произойти выделение газа из герметика. Таким образом, в примере на ФИГ. 9, при температуре отработавших газов сверх пороговой, происходит выделение газов из герметика, использованного при установке УДКОГ.
После момента t1 ток перекачки УДКОГ (график 910) падает ниже стехиометрического (штриховая линия 912). Так как выходной сигнал УДКОГ служит в качестве обратной связи для формирования команды подачи топлива, потребление топлива (график 908) также падает, несмотря на то, что запрашиваемый крутящий момент (график 902) остается постоянным. Несмотря на падение потребления топлива, ток перекачки УДКОГ продолжает падать, так как растущее количество углеводородов, выделяемых герметиком, все больше уменьшает концентрацию кислорода в отработавших газах. В момент t2, в связи с падением тока перекачки УДКОГ (график 910) ниже первого порога тока перекачки УДКОГ для указания богатого состава топливовоздушной смеси (штриховая линия 914а) в сочетании с постоянным запрашиваемым крутящим моментом (график 902), уменьшенной подачей топлива (908), температурой отработавших газов (график 904) выше порога температуры отработавших газов (штриховая линия 906), отсутствием указания наличия деградации топливной форсунки (график 918) и отсутствием указания наличия деградации датчика МРВ (график 920), указывают наличие деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика (график 916).
Между моментами t2 и t3 ток перекачки УДКОГ (график 910) продолжает падать до достижения минимального значения. Потребление топлива (график 908) падает соответственно, несмотря на то, что запрашиваемый крутящий момент (график 902) остается постоянным, и достигает минимума вскоре после достижения минимума тока перекачки УДКОГ в связи с характером применения выходного сигнала УДКОГ в качестве обратной связи для формирования команды подачи топлива. Несмотря на указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика (без обволакивания датчика), поправку на погрешность измерения УДКОГ (график 922) не применяют, так как определение поправочного коэффициента происходит в состояниях без подачи топлива, а в двигатель продолжают подавать топливо.
В момент t3, в связи с пересечением первого порога тока перекачки УДКОГ для указания богатого состава топливовоздушной смеси (штриховая линия 914а), указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика (без обволакивания датчика) переводят в состояние «нет». Например, выделение газа может быть окончено (например, произошло выделение всего газа из герметика), и УДКОГ может возобновить номинальную работу. В другом примере УДКОГ переходит от указания богатого состава топливовоздушной смеси из-за обволакивания датчика герметиком. Между моментами t3 и t4, по мере роста тока перекачки УДКОГ (график 910), соответственно возрастает потребление топлива (график 908). При этом запрашиваемый крутящий момент (график 902) остается постоянным, а температура отработавших газов (график 904) остается выше пороговой температуры отработавших газов (штриховая линия 906).
В момент t4, в связи с тем, что ток перекачки УДКОГ (график 910) пересекает второй порог тока перекачки для указания богатого состава топливовоздушной смеси (штриховая линия 914b), указывают наличие деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика (график 916). Произошло обволакивание датчика газами герметика, выделившимися в процессе выделения газа, из-за чего датчик показывает бедное ВТО несмотря на то, что потребление топлива (график 908) высокое (например, возросло относительно потребления топлива в момент t0 для того же запрашиваемого крутящего момента). Между моментами t4 и t5 поправку на погрешность измерения УДКОГ не применяют, как видно из графика 922, так как в двигатель продолжает поступать топливо (график 908). Высокое потребление топлива вызывает дальнейший рост температуры отработавших газов.
В момент t5 истек пороговый период для указания наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика (с обволакиванием датчика или без него) без применения поправки на погрешность измерения УДКОГ. В связи с истечением порогового периода осуществляют переход к определению ВТО в режиме прямой связи. То есть прекращают использование некорректного бедного показания УДКОГ (график 910) в качестве обратной связи для формирования команды подачи топлива, и потребление топлива (график 908) падает. В связи с падением потребления топлива также начинает падать температура отработавших газов (график 906).
Начиная с момента t6 запрашиваемый крутящий момент (график 902) быстро падает в связи с отпусканием водителем педали акселератора. Подачу топлива отсекают, как видно из графика 908, так как двигатель входит в состояние ОТЗ. В связи с наличием состояния без подачи топлива, находят поправку на погрешность измерения УДКОГ (например, по способу на ФИГ. 8), а затем применяют ее, как видно из графика 922. Благодаря коррекции показания УДКОГ, УДКОГ корректно показывает бедное ВТО, так как в данном состоянии не происходит подача топлива. Ток перекачки УДКОГ (график 910) падает по мере роста потребления топлива (график 908) в связи с ростом запрашиваемого водителем крутящего момента (график 902). Можно вернуться к определению ВТО в соответствии со стратегией регулирования по замкнутому контуру с использованием скорректированных показаний УДКОГ. Указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика остается в состоянии «да» (график 916) несмотря на применение поправки на погрешность измерения УДКОГ (график 922) и падение температуры отработавших газов (график 904) ниже пороговой температуры, вызывающей выделение газа (штриховая линия 906), так как обволакивание датчика может быть необратимым.
Так можно диагностировать деградацию УДКОГ из-за выделения газа из герметика с последующим обволакиванием датчика или без него. Кроме того, можно скорректировать управление двигателем в ответ на указание наличия деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика во избежание ненадлежащей работы двигателя из-за ненадлежащей подачи топлива. В одном примере ВТО можно определять в режиме прямой связи, а не обратной связи по показаниям деградированного УДКОГ, для формирования команды подачи топлива. В другом примере может быть найдена поправка на погрешность измерения для корректного определения ВТО по показаниям деградированного УДКОГ. Это позволит сформировать надлежащую команду подачи топлива.
Технический эффект, достигаемый выявлением деградации УДКОГ из-за выделения газа из герметика, состоит в возможности уменьшения повреждения двигателя и расположенных ниже по потоку компонентов, например, каталитического нейтрализатора, из-за ненадлежащей подачи топлива.
В одном примере способа: при изменении потребности в подаче топлива в двигатель без изменения требуемой отдачи двигателя при температуре отработавших газов двигателя выше пороговой, указывают наличие деградации датчика кислорода в отработавших газах, соединенного с выпускной системой двигателя с помощью герметика, из-за выделения газа из герметика; и корректируют показания датчика кислорода в отработавших газах в ответ на указание наличия деградации. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика также включает в себя указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика кислорода в отработавших газах, если измеренное датчиком кислорода в отработавших газах воздушно-топливное отношение отработавших газов двигателя является богатым в сочетании со сниженной потребностью в подаче топлива; и указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика кислорода в отработавших газах, если измеренное датчиком кислорода в отработавших газах воздушно-топливное отношение отработавших газов двигателя является бедным в сочетании с возросшей потребностью в подаче топлива. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика кислорода в отработавших газах также включает в себя указание того, что состояние датчика кислорода в отработавших газах требует его замены. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, коррекция показаний датчика кислорода в отработавших газах также включает в себя, в состояниях без подачи топлива в двигатель, эксплуатацию датчика кислорода в отработавших газах при первом, более низком, напряжении для формирования первого выходного сигнала и при втором, более высоком, напряжении для формирования второго выходного сигнала; определение поправочного коэффициента для датчика кислорода в отработавших газах в зависимости от первого и второго выходных сигналов и опорного выходного сигнала датчика; и умножение каждого показания датчика кислорода в отработавших газах на поправочный коэффициент. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, способ дополнительно или необязательно содержит шаги, на которых: указывают, что состояние датчика кислорода в отработавших газах требует его замены, и определяют воздушно-топливное отношение отработавших газов двигателя в режиме прямой связи, если поправочный коэффициент превышает пороговое значение; и при отсутствии состояний без подачи топлива в течение порогового периода после указания наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика, определяют воздушно-топливное отношение отработавших газов двигателя в режиме прямой связи. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, первое, более низкое, напряжение представляет собой напряжение, при котором не происходит диссоциация молекул воды, а второе, более высокое, напряжение представляет собой напряжение, при котором происходит диссоциация молекул воды. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, определение воздушно-топливного отношения отработавших газов двигателя в режиме прямой связи включает в себя оценку массового заряда воздуха цилиндров двигателя по выходному сигналу датчика массового расхода воздуха и оценку количества подаваемого в цилиндры топлива по длительности импульса сигнала, используемого для приведения в действие топливных форсунок двигателя. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика также включает в себя подтверждение отсутствия деградации топливной форсунки и деградации датчика массового расхода воздуха. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика также включает в себя применение отклонения воздушно-топливного отношения, учитывающего деградацию топливной форсунки и деградацию датчика массового расхода воздуха. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, отклонение воздушно-топливного отношения определяют по разности командного воздушно-топливного отношения и воздушно-топливного отношения отработавших газов двигателя, измеренного датчиком кислорода в отработавших газах при температуре отработавших газов двигателя ниже пороговой.
В другом примере способа: если датчик кислорода в отработавших газах, соединенный с выпускной системой двигателя с использованием герметика, показывает богатое воздушно-топливное отношение отработавших газов двигателя при постоянной требуемой отдаче двигателя в сочетании со сниженной потребностью в подаче топлива и температурой отработавших газов выше пороговой, указывают наличие деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика кислорода в отработавших газах; если датчик кислорода в отработавших газах показывает бедное воздушно-топливное отношение отработавших газов двигателя при постоянной требуемой отдаче двигателя в сочетании с возросшей потребностью в подаче топлива после того, как температура отработавших газов превзошла пороговую температуру, указывают наличие деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика кислорода в отработавших газах; и корректируют показания датчика кислорода в отработавших газах в ответ на указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика кислорода в отработавших газах и в ответ на указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика кислорода в отработавших газах. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, коррекция показаний датчика кислорода в отработавших газах также включает в себя, в состояниях без подачи топлива, подачу первого, более низкого, напряжения, при котором не происходит диссоциация молекул воды, и второго, более высокого, напряжения, при котором происходит диссоциация молекул воды, на датчик кислорода в отработавших газах; нахождение поправочного коэффициента для датчика кислорода в отработавших газах в зависимости от первого и второго выходных сигналов, сформированных в результате подачи соответственно первого и второго напряжений, и опорного выходного сигнала; и умножение каждого показания датчика кислорода в отработавших газах на поправочный коэффициент. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, коррекция показаний датчика кислорода в отработавших газах также включает в себя применение отклонения воздушно-топливного отношения, определенного до достижения пороговой температуры отработавших газов. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, способ дополнительно или необязательно также содержит шаги, на которых: в связи с изменением требуемой отдачи двигателя, определяют наличие деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за запаздывания и инерционности. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, определение наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за запаздывания и инерционности также включает в себя модулирование воздушно-топливного отношения отработавших газов двигателя в течение цикла, включающего в себя по меньшей мере один переход от богатого к бедному ВТО и по меньшей мере один переход от бедного к богатому ВТО; указание наличия состояния деградации датчика кислорода в отработавших газах, если как минимум время отклика датчика кислорода в отработавших газах при переходе от богатого к бедному ВТО или время отклика датчика кислорода в отработавших газах при переходе от бедного к богатому ВТО превышает порог запаздывания, при этом и время отклика при переходе от богатого к бедному ВТО, и время отклика при переходе от бедного к богатому ВТО представляет собой разность ожидаемого времени отклика датчика кислорода в отработавших газах и измеренного времени отклика датчика кислорода в отработавших газах; и указание наличия состояния деградации датчика кислорода в отработавших газах, если соотношение времени отклика при переходе от богатого к бедному ВТО и времени отклика при переходе от бедного к богатому ВТО выходит за пределы порогового диапазона с центром в единице.
Пример системы содержит: двигатель, содержащий множество цилиндров; топливные форсунки, выполненные с возможностью подачи топлива под давлением в указанные цилиндры; заборный канал для подачи воздуха в двигатель; датчик массового расхода воздуха (МРВ), соединенный с заборным каналом и выполненный с возможностью измерения количества воздуха, поступающего в двигатель; выпускной канал для удаления отработавших газов из двигателя; датчик кислорода в отработавших газах, соединенный с выпускным каналом выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов с помощью герметика и выполненный с возможностью измерения количества кислорода в отработавших газах; и контроллер с инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, при исполнении которых предусмотрена возможность осуществления контроллером следующего: определения наличия состояния деградации топливных форсунок; определения наличия состояния деградации датчика МРВ; и определения наличия состояния деградации датчика кислорода в отработавших газах. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, определение наличия состояния деградации датчика кислорода в отработавших газах включает в себя определение наличия состояния деградации в виде запаздывания и инерционности и/или определение наличия состояния деградации из-за выделения газа из герметика. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, определение наличия состояния деградации из-за выделения газа из герметика также включает в себя указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика кислорода в отработавших газах герметиком, если датчик кислорода в отработавших газах показывает богатое воздушно-топливное отношение отработавших газов при постоянной требуемой отдаче двигателя в сочетании со сниженной потребностью в подаче топлива и температурой отработавших газов выше пороговой; указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика кислорода в отработавших газах герметиком, если датчик кислорода в отработавших газах показывает бедное воздушно-топливное отношение отработавших газов при постоянной требуемой отдаче двигателя в сочетании с возросшей потребностью в подаче топлива после того, как температура отработавших газов превзошла пороговую температуру; и указание отсутствия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика, если датчик кислорода в отработавших газах показывает стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции в долговременной памяти, при исполнении которых предусмотрена возможность осуществления контроллером следующего: в состояниях без подачи топлива, определения поправочного коэффициента для датчика кислорода в отработавших газах в ответ на указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика без обволакивания датчика кислорода в отработавших газах герметиком и в ответ на указание наличия деградации датчика кислорода в отработавших газах из-за выделения газа из герметика с обволакиванием датчика кислорода в отработавших газах герметиком; и применения указанного поправочного коэффициента к каждому показанию датчика кислорода в отработавших газах. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, определение наличия состояния деградации из-за выделения газа из герметика также включает в себя подтверждение отсутствия деградации топливной форсунки и деградации датчика массового расхода воздуха.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая наличие двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.