СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМЫ ЧАСТИЧНОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR DIAGNOSING MOTOR VEHICLE PARTIAL EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM

Изобретение относится к технической области контроля двигателя и, в частности, к контролю двигателей, оснащенных контуром частичной рециркуляции выхлопных газов.
Контроль двигателя является методом управления двигателя внутреннего сгорания со всеми его датчиками и приводами. Все правила контроля управления (программные стратегии) и параметры характеризации (калибровки) двигателя содержатся в вычислительном устройстве, называемом электронным блоком управления (сокращенно UCE).
Турбокомпрессор содержит турбину, вращающую компрессор, выполненный с возможностью сжатия воздуха, который заходит во впускной коллектор, чтобы увеличить количество воздуха, поступающего в цилиндры. Турбина расположена на выходе выпускного коллектора и приводится во вращение выхлопными газами. Мощность, сообщаемую турбине выхлопными газами, изменяют путем установки лопаток (турбокомпрессор с переменной геометрией: TGV) или посредством создания обхода с переменным расходом относительно турбины (wastegate) в случае турбокомпрессора с фиксированной геометрией. Компрессор установлен на той же оси, что и турбина. Между компрессором и впускным коллектором можно расположить теплообменник для охлаждения воздуха на выходе компрессора.
Для управления открыванием или закрыванием лопаток и открыванием или закрыванием клапана обхода используют привод. Сигнал управления приводом поступает от блока UCE и позволяет регулировать давление во впускном коллекторе по заданному значению давления наддува, вычисляемому блоком UCE. Давление наддува измеряют при помощи датчика давления, установленного во впускном коллекторе.
Количество оксидов азота, производимое дизельным двигателем, тесно связано с составом реакционной смеси воздуха и топлива в цилиндрах двигателя и с присутствием инертных газов. Эти газы не участвуют в горении и поступают из контура, отводящего часть выхлопных газов во впускной контур. Контур обеспечивает частичную рециркуляцию выхлопных газов (EGR). Рециркуляцию выхлопных газов EGR обеспечивают, устанавливая сообщение между выпускным контуром и впускным контуром через проходное сечение, размер которого регулируют при помощи клапана EGR. Существует два типа контура EGR:
- Так называемый контур EGR высокого давления (ВД) находится внутри контура наддува. Вход контура расположен перед турбиной, а выход расположен после компрессора. Этот контур EGR применяют на всех двигателях, отвечающих экологическим нормам борьбы с загрязнением.
- Так называемый контур EGR низкого давления (НД) является внешним относительно контура наддува. Вход контура находится после фильтра-улавливателя частиц, а выход расположен перед компрессором. Этот контур EGR применяют на некоторых двигателях, отвечающих будущим экологическим нормам борьбы с загрязнением.
Степень EGR ВД обеспечивают, устанавливая сообщение между выпускным контуром перед турбиной и впускным контуром после компрессора через проходное сечение, размер которого регулируют при помощи клапана EGR ВД. Впускная заслонка, установленная на входе клапана EGR ВД, позволяет увеличивать разность давления на концах контура EGR ВД и, следовательно, повысить степень EGR ВД.
Степень EGR НД обеспечивают, устанавливая сообщение между выпускным контуром после фильтра-улавливателя частиц и впускным контуром перед компрессором через проходное сечение, размер которого регулируют при помощи клапана EGR НД. Выпускная заслонка, установленная в выхлопной трубе после подсоединения EGR НД, позволяет увеличивать разность давления на концах контура EGR НД и, следовательно, повысить степень EGR НД.
Степень EGR, как ВД, так и НД, определяют как соотношение между количеством свежего воздуха и количеством EGR. Чтобы оптимизировать горение и, следовательно, загрязняющие выбросы, эту степень изменяют в зависимости от рабочей точки двигателя. Таким образом, расход воздуха, который поступает в двигатель, является суммой расхода свежего воздуха и расхода EGR.
Следовательно:
Qmot = Qegr + Qair (Уравнение 1)
Где:
Qmot: расход воздуха, поступающего в цилиндр
Qegr: расход EGR и
Qair: расход всасываемого свежего воздуха.
С учетом свободного места в моторном отсеке измеряют только расход свежего воздуха. Это измерение производят при помощи расходомера, установленного на линии впуска свежего воздуха на выходе воздушного фильтра и на входе компрессора, и на входе точки подсоединения контура частичной рециркуляции выхлопных газов низкого давления, если такой контур присутствует.
Расход воздуха Qmot, поступающего в цилиндр, напрямую зависит от характеристик двигателя, в частности, от объема его цилиндров, и, следовательно, является известным значением в зависимости от скорости вращения двигателя. Это предполагает, что для изменения расхода EGR достаточно изменить заданное значение Qair. Для регулирования количества всасываемого свежего воздуха регулятор действует на компоненты впуска воздуха, в частности, на клапан EGR ВД и на впускную заслонку для системы EGR ВД или на клапан EGR НД и на выпускную заслонку для системы EGR НД. Таким образом, увеличивая расход EGR, уменьшают расход свежего воздуха, и наоборот.
Таким образом, количество EGR регулируют при помощи заданного значения свежего воздуха Qair и системы регулирования, которая посредством измерения свежего воздуха при помощи расходомера, обеспечивает достижение требуемого заданного значения. Иначе говоря, расход EGR регулируют опосредованно, регулируя расход свежего воздуха в замкнутом цикле вокруг заданного значения посредством воздействия на один из указанных приводов (например, клапан EGR).
Для соблюдения экологических норм важно, чтобы система EGR работала нормально. Чтобы убедиться в этом, необходимо наличие устройства диагностики.
Используемое в настоящее время устройство сравнивает реальный расход EGR с его заданным значением. Принцип работы заключается в следующем. Если позволяют условия использования двигателя, вычисляют разность между заданным значением EGR и реальным расходом EGR. Если это отклонение превышает порог после некоторого истекшего времени в условиях диагностики, обнаруживают неисправность.
Этот способ обнаружения является очень чувствительным в качеству регулирования EGR. Если регулирование не является очень точным, но достаточным для обеспечения экологической работы транспортного средства, то существует риск ложного обнаружения, то есть нормально работающую деталь можно принять за неисправную. Точно так же, заводские разбросы изготовления между разными транспортными средствами могут поставить под сомнение диагностику. Точно так же, акустические явления могут создать помехи для сигнала измерения и поставить под сомнение всю стратегию.
Вторым слабым пунктом этой стратегии является необходимое различие между «хорошей» деталью и «плохой» деталью. Это различие должно быть большим и перестает соответствовать норме Евро 6. Действительно, диагностируемые аномалии на норме Евро 6 появляются по причине «плохих» деталей, очень близких к «хорошим» деталям. Следовательно, современная диагностика не является достаточно дифференцированной для удовлетворения потребностей.
Из уровня техники можно также указать следующие документы.
В документе US2010/0051000 раскрыт способ диагностики нарушения в работе клапана выхлопных газов посредством сравнения разности давления во впускном воздушном трубопроводе и контрольной разности давления. Эту разность давления измеряют, определяя положение клапана регулировки поступления свежего воздуха в двигатель.
Известно разрежение, которое может характеризовать входящий расход, однако расход не измеряют напрямую при помощи расходомера свежего воздуха, как в рамках изобретения, и не располагают интегральным критерием (сравнивают точечное отклонение между измерением и заданным значением).
В документе US2009/0126707 тоже раскрыт способ диагностики нарушения в работе системы рециркуляции выхлопных газов посредством сравнения количества свежего воздуха, поступающего в двигатель, с заранее определенным значением. В этом документе расход не измеряют напрямую и не предлагают интегрального критерия вычисления в соответствии с изобретением.
Диагностика проницаемости контура EGR должна обеспечивать обнаружение любой нехватки EGR, которая приводит к превышению регламентных порогов. Кроме того, регламентные нормы устанавливают минимальное количество диагностик (одна диагностика на три поездки по норме Евро 6b, применяемой с сентября 2014 года).
Чтобы удовлетворять это требование, диагностика должна охватывать большую зону поля двигателя, включая переходы режима или нагрузки. Однако во время перехода измерение воздуха меняется по причине системы регулирования: даже с функциональной системой измерение будет колебаться вокруг заданного значения с более или менее значительными амплитудами. Эти колебания не должны приводить к обнаружению «плохой» детали.
Кроме того, диагностика должна быть надежной по отношению к климатическим условиям, при этом регламентные нормы предполагают диагностику системы борьбы с выбросами при температурах воздуха выше минус семи градусов Цельсия и до высоты над уровнем моря в две тысячи пятьсот метров. Однако количество выхлопных газов EGR меняется в зависимости от температуры воздуха и от высоты, чтобы гарантировать оптимальную работу двигателя. Таким образом, отклонение между заданным значением воздуха и измерением меняется в случае неисправной детали.
Все эти явления могут помешать моментальной диагностике системы EGR, так как она является очень точечной. Одним из решений для повышения надежности моментальной диагностики является увеличение времени стабилизации условий. Однако этот метод ограничивает количество диагностик и, следовательно, соблюдение регламентных норм.
Проблемы, возникающие в архитектурах EGR НД, являются такими же, как и в архитектурах EGR ВД.
Существует потребность в способе диагностики, удовлетворяющем вышеупомянутые требования.
Объектом изобретения является способ диагностики неисправности системы частичной рециркуляции выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства типа дизельного, при этом двигатель внутреннего сгорания оснащен средством определения расхода поступающего воздуха.
Способ содержит следующие этапы:
определяют, является ли заданное значение расхода поступающего воздуха стабильным, начиная с сохраненного в памяти периода времени,
если это так, вычисляют интегральный критерий диагностики в зависимости от указанного заданного значения расхода поступающего воздуха и от измеренного расхода поступающего воздуха, затем
определяют, превышает ли значение интегрального критерия диагностики порог,
если это так, подают сигнал обнаружения неисправности системы частичной рециркуляции выхлопных газов.
Значение интегрального критерия диагностики определяют как равное интегралу за истекшее время от максимального значения среди нуля и указанного заданного значения расхода поступающего воздуха минус измеренное значение расхода поступающего воздуха и минус значение мертвой полосы.
Преимуществом способа является возможность его применения независимо от применяемого типа системы частичной рециркуляции ВД или НД.
В некоторых зонах поля двигателя регулирование воздуха может быть более медленным, хотя это и не влияет на загрязняющие выбросы. Интегральный критерий позволяет учитывать это медленное регулирование и, следовательно, является более робастным по отношению к ложным обнаружениям, то есть к объявлению нормально работающей детали неисправной. Действительно, чтобы учитывать точность регулирования, вводят мертвую полосу. Критерий диагностики вычисляют, только если отклонение между заданным значением и измерением превышает определенное значение.
Интегральный критерий диагностики позволяет учитывать изменение отклонений в контуре регулирования в течение фазы диагностики, что не допускает моментальная диагностика. Следовательно, можно расширить условия диагностики, не снижая надежности диагностики.
Другие задачи, признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемый чертеж, который иллюстрирует основные этапы способа диагностики неисправности системы частичной рециркуляции выхлопных газов в соответствии с изобретением.
Существует несколько вариантов осуществления диагностики системы EGR, либо моментально, либо интегрально.
Диагностика EGR моментального типа требует стабилизации параметров. Однако во время этого периода стабилизации отклонение между заданным значением и измерением может меняться. Действительно, во время периода диагностики рабочая точка может слегка измениться. Это может привести к ошибочной моментальной диагностике.
Интегральная диагностика накапливает отклонение между заданным значением и измерением в течение всей фазы диагностики. Следовательно, этот критерий может только увеличиваться в случае неисправного компонента: следовательно, неисправность обнаруживают, даже если в момент принятия решения отклонение между заданным значением и измерением является незначительным.
Таким образом, интегральная диагностика позволяет повысить надежность. Эта надежность позволяет расширить зону диагностики и, следовательно, количество диагностик, чтобы гарантировать нормальную работу системы борьбы с выбросами и соблюдение норм. Кроме того, эта диагностика не является интрузивной, и ее применение не связано с дополнительными требованиями.
Далее рассмотрим детально интегральный критерий диагностики и следующее за ним принятие решения.
Используемым критерием диагностики является интеграл разности между заданным значением воздуха и измеренным значением. Чтобы учитывать время реагирования системы, вводят «мертвую полосу». Вычисление интеграла отличается от нуля, только когда отклонение между заданным значением и измерением превышает эту мертвую полосу.
критерий = ∫ max((MAF_SP - MAF) - мертвая полоса,0) dt (Уравнение 2)
где:
MAF_SP: Заданное значение расхода поступающего воздуха
MAF: Измерение расхода поступающего воздуха.
Интеграл вычисляют в течение определенного времени. Когда время вычисления истекает, значение интеграла сравнивают с порогом. Если значение интеграла превышает порог, значит, обнаружена неисправность, в противном случае интеграл повторно инициализируют и начинают новое вычисление, пока соблюдаются условия диагностики.
Далее следует описание соответствующего способа диагностики со ссылками на прилагаемую фигуру.
На первом этапе 1 проверяют, соблюдаются ли условия диагностики, в частности, убеждаются, что заданное значение поступающего воздуха является стабильным, начиная с сохраненного в памяти периода времени, например, 6 с.
Если это так, способ продолжают на втором этапе 2, в ходе которого вычисляют интегральный критерий диагностики путем применения уравнения 2.
На третьем этапе 3 сравнивают значение интегрального критерия диагностики с порогом. Если значение критерия превышает порог, способ заканчивается этапом 5, на котором подают сигнал обнаружения неисправности системы частичной рециркуляции выхлопных газов.
Если значение критерия меньше или равно порогу, способ продолжают на этапе 1.