Система двигателя и способ управления работой двигателя (варианты)
Изобретение относится к регулировке режима работы двигателя. Предложена система двигателя, служащая для определения концентрации спирта в его топливе. В одном примере исходными данными для определения концентрации спирта в топливе, сжигаемом двигателем, являются положение дроссельной заслонки двигателя, ширина импульса впрыска топлива и соотношение компонентов топливной смеси. Система и связанный с ней способ позволяют улучшить работу двигателя на основе определения концентрации спирта в топливе. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к регулировке режима работы двигателя, сжигающего топливо с различной концентрацией спирта.
Уровень техники
Конфигурацию двигателей можно изменять для работы с различными типами топлива, различающимися по содержанию спирта, смешанного с бензином в интервале он низких концентраций до относительно высоких концентраций. Например, так называемые автомобили с многотопливным двигателем могут работать на топливе, полностью состоящем из бензина, или на топливе, состоящем из 85% этанола и 15% бензина. Если стоит задача такого управления двигателем, чтобы он работал по существу одинаково (например, без изменения установки момента зажигания) и независимо от концентрации спирта в топливе, то экономия топлива двигателя может снижаться при сжигании топлива с более высокой концентрацией спирта. Следовательно, может быть желательным точное определение концентрации спирта в сжигаемом топливе. Одним из вариантов определения содержания спирта в топливе является размещение в топливе датчика, реагирующего на спирт. Однако датчики спирта увеличивают стоимость автомобиля, а также могут усложнять систему двигателя.
Раскрытие изобретения
Ввиду упомянутых ограничений предложен способ управления двигателем, включающий регулировку исполнительного органа двигателя по концентрации спирта в топливе, сжигаемом двигателем, причем указанную концентрацию спирта определяют по положению дроссельной заслонки, показаниям датчика кислорода в отработавших газах и ширине импульса впрыска топлива.
Концентрация спирта в топливе может быть определена без специального датчика состава топлива. В одном примере концентрация спирта в топливе может быть определена по ширине импульса впрыска топлива, частоте вращения двигателя, положению впускной воздушной дроссельной заслонки и значению лямбды датчика содержания кислорода в отработавших газах. Таким образом, концентрация спирта в топливе может быть определена с помощью датчиков, обычно присутствующих в двигателях с впрыском топлива. Таким способом можно добиться снижения стоимости и упрощения систем двигателей, работающих на смеси бензина и спирта.
Изобретение может обеспечить ряд преимуществ. В частности, описанный подход позволяет определять концентрацию спирта в топливе без специального датчика состава топлива. Кроме того, этот подход может оказаться полезен для исправления ошибок в системе впуска воздуха и в топливной системе двигателя.
Приведенные выше преимущества, равно как иные преимущества и особенности изобретения, будут явным образом представлены в нижеследующем подробном описании, которое может рассматриваться либо отдельно, либо совместно с сопутствующими чертежами.
Следует понимать, что содержащиеся в данном кратком обзоре сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в подробном описании. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, объем которого единственным образом определен пунктами формулы изобретения, приведенной после подробного описания. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблему недостатков, упомянутых выше или в любой другой части данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 схематически изображает двигатель;
Фиг.2 схематически изображает векторы, построенные по данным сжигания топлива с различными концентрациями спирта;
Фиг.3 схематически изображает векторы, построенные по данным сжигания топлива с различными концентрациями спирта в присутствии ошибок;
Фиг.4 иллюстрирует пример возможной последовательности управления двигателем при обнаружении и компенсации изменения концентрации спирта в сжигаемом топливе; и
Фиг.5 изображает блок-схему примера осуществления способа управления двигателем.
Осуществление изобретения
Как показано на Фиг. 2 и 3, в одном из примеров осуществления изобретения для определения векторов коэффициентов регрессии в качестве предикторов использовались некоторые параметры работы двигателя, включая ширину импульса впрыска топлива, частоту вращения двигателя, лямбду двигателя и положение впускной воздушной дроссельной заслонки. Векторы определяются и обрабатываются согласно способу, иллюстрируемому Фиг. 5 для последовательности работы двигателя, показанной на Фиг. 4.
Как показано на Фиг. 1, двигатель внутреннего сгорания 10, содержащий некоторое число цилиндров, один из которых показан на Фиг. 1, работает под управлением контроллера 12 электронного управления двигателем. Двигатель 10 включает камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндров с установленными внутри них поршнями 36, соединенными с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным каналом 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан могут приводиться в движение впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Положение впускного кулачка 51 может определяться датчиком впускного кулачка 55. Положение выпускного кулачка 53 может определяться датчиком выпускного кулачка 57.
Топливная форсунка 66 показана в положении для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что специалистам в данной области техники известно как прямой впрыск топлива. В ином варианте топливо может впрыскиваться во впускной канал, что специалистам в данной области техники известно как впрыск во впускные каналы. Топливная форсунка 66 доставляет жидкое топливо в количестве, пропорциональном ширине импульса сигнала (FPW, от англ. Fuel Pulse Width) от контроллера 12. Топливо к топливной форсунке 66 доставляется топливной системой (не показана), включающей топливный бак, топливный насос и топливную рейку (не показано). К топливной форсунке 66 рабочий ток подается от привода 68, работающего по командам контроллера 12. В некоторых вариантах топливо может впрыскиваться через топливную форсунку 83 второго впускного канала. Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с опциональной дроссельной заслонкой 62 с электроприводом, регулирующей положение дроссельной шайбы 64 для управления подачей воздуха от воздухозаборника 42 двигателя.
По команде контроллера 12 свеча 92 зажигания бесконтактной системы 88 зажигания подает искру зажигания в камеру 30 сгорания. Универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen) показан подсоединенным к выпускному каналу 48 перед каталитическим нейтрализатором 70. В ином варианте вместо датчика 126 UEGO может применяться датчик содержания кислорода в отработавших газах с двумя состояниями.
В одном варианте каталитический нейтрализатор 70 может включать несколько блоков носителя. В другом варианте могут использоваться несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое с несколькими блоками носителя. В одном варианте каталитический нейтрализатор 70 может быть трехкомпонентным нейтрализатором.
Контроллер 12 на фиг.1 показан в виде обычного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы отдатчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая сигнал температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения, датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора для определения положения акселератора, изменяемого ногой 132; показания давления в коллекторе двигателя (MAP) от датчика 122 давления, связанного с впускным коллектором 44; сигнал положения коленчатого вала от датчика 118 на эффекте Холла, связанного с коленчатым валом 40; показания массы воздуха, входящего в двигатель от датчика 120 (например, термоанемометра), и показания положения дроссельной заслонки от датчика 58. Для обработки контроллером 12 может также измеряться барометрическое давление (датчик не показан). В предпочтительном варианте настоящего изобретения датчик 118 положения коленчатого вала подает заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала, по которому рассчитывается частота вращения двигателя (RPM).
В некоторых вариантах на автомобилях с гибридным приводом двигатель может быть совмещен с системой электромотора/аккумуляторной батареи. Привод гибридного автомобиля может быть устроен параллельно, последовательно или в сочетании этих конфигураций. Кроме того, в некоторых осуществлениях двигатель может быть и иным, например дизельным.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10 типично проходит четырехтактный цикл, включающий: такт впуска, так сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. В камеру 30 сгорания поступает воздух по впускному коллектору 44 и поршень 36 перемещается в нижнюю часть цилиндра для увеличения внутреннего объема камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится внизу цилиндра в конце своего хода (то есть когда объем камеры 30 сгорания максимален), специалистами в данной области техники характерно называется нижней мертвой точкой (НМТ). На такте сжатия закрываются впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Поршень перемещается к головке цилиндра, сжимая при этом воздух внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится в конце своего хода вверху цилиндра (то есть когда объем камеры 30 сгорания минимален), специалистами в данной области техники характерно называется верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, который здесь и далее называется впрыском, в камеру сгорания вводится топливо. В процессе, который здесь и далее называется зажиганием, впрыснутое топливо поджигается известными устройствами, такими как свеча 92 зажигания, в результате чего происходит воспламенение. На такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в момент вращения вала. Наконец, на такте выпуска открывается выпускной клапан 54, открывая отработавшей воздушно-топливной смеси путь в выпускной канал 48, а поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что описание выше по тексту приведено только в качестве примера и что моменты открытия или закрытия клапанов могут изменяться, например, для положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или по-другому.
Таким образом, на Фиг.1 показана движительная система, содержащая: двигатель; первый исполнительный орган, присоединенный к двигателю; второй исполнительный орган, присоединенный к двигателю; датчик содержания кислорода в отработавших газах двигателя, установленный во выпускном канале двигателя; и контроллер с программой управления первым или вторым исполнительным органом по содержанию спирта в топливе, определенному по действию первого исполнительного органа, показаниям датчика кислорода в отработавших газах и частоте вращения двигателя. В результате возможно построение вектора, по которому определяется содержание спирта в топливе. Движительная система включает случаи, когда первым исполнительным органом является впускная воздушная дроссельная заслонка, а вторым исполнительным органом является топливная форсунка. Движительная система также включает случаи, когда первым исполнительным органом является впускная воздушная дроссельная заслонка, а вторым исполнительным органом является система зажигания. В другом примере движительная система включает случаи, когда управление вторым исполнительным органом осуществляется по положению первого исполнительного органа, причем первым исполнительным органом является впускная воздушная дроссельная заслонка двигателя, а вторым исполнительным органом является топливная форсунка. Движительная система также включает случаи, когда контроллер содержит программу регрессии некоторого числа коэффициентов по некоторому числу параметров работы двигателя для определения содержания спирта в топливе, сжигаемом в двигателе. Движительная система также включает случаи, когда содержит программу уменьшения ошибок массового расхода воздуха или массового расхода топлива, подаваемых в двигатель путем расчета по некоторому числу коэффициентов.
На Фиг.2 показана одна из возможных схем векторов, рассчитанных по данным, собранным контроллером, управляющим двигателем, сжигающим топливо, содержащее смесь спирта и бензина в различных пропорциях.
Векторы 202-208 являются векторами, построенными по коэффициентам регрессии содержания спирта в топливе по параметрам работы двигателя. Коэффициенты описываются более подробно в модели, по которой они определяются. По вертикальной оси отложены значения коэффициента А3. По оси Х отложены значения коэффициента А2. И, наконец, по оси Z отложены значения коэффициента A1. Длиной каждого вектора 202-208 определяется концентрация спирта в топливе, сжигаемом в двигателе.
Вектор длиннее для тех видов топлива, в котором концентрация спирта выше. В частности, при постоянной частоте вращения двигателя и объеме подаваемого воздуха ширина импульса впрыска топлива увеличивается для того, чтобы сжечь топливо с повышенной концентрацией спирта в стехиометрической воздушно-топливной смеси ввиду того, что топливо с повышенной концентрацией спирта имеет пониженные стехиометрические отношения по сравнению с топливом, содержащим больше бензина. Следовательно, при увеличении ширины импульса впрыска топлива увеличивается длина вектора.
В настоящем примере вектор 202 соответствует Е0 (то есть чистому бензину), вектор 204 соответствует Е30 (то есть 30% этанола и 70% бензина), вектор 206 соответствует Е60 (то есть 60% этанола и 40% бензина), а вектор 208 соответствует Е85 (то есть 85% этанола и 15% бензина). Отметим, что вектор 208 самый короткий, а следующий за ним по длине - вектор 204. Вектор 206 еще длиннее вектора 204, а вектор 208 длиннее вектора 206. Таким образом видно, что вектор, соответствующий Е85 (то есть вектор 208), длиннее всех остальных векторов. Следовательно, длина вектора отражает концентрацию спирта в сжигаемом топливе. В данном примере отсутствуют ошибки или эквивалентные ошибки в ширине импульса впрыска топлива, положении топливной заслонки, частоте вращения двигателя и лямбде для каждого из показанных видов топлива. Соответственно, векторы совпадают и между ними углов не образуется.
В некоторых примерах, рассмотренных в отношении способа, отображенного на Фиг.1, исполнительные органы двигателя могут управляться по концентрации спирта, связанной с длиной вектора. К примеру, при повышении концентрации спирта во впрыскиваемом топливе можно увеличивать угол опережения зажигания с целью использования преимущества повышенной стойкости к детонации топлива, содержащего больше спирта.
На Фиг.3 показана одна из возможных схем векторов с ошибками, рассчитанных по данным, собранным контроллером, управляющим двигателем, сжигающим топливо, содержащее смесь спирта и бензина в различных пропорциях. Конфигурация осей и построение Фиг.3 аналогичны Фиг.2.
В примере Фиг.3 векторы 302-308 являются векторами, построенными по коэффициентам регрессии содержания спирта по данным двигателя аналогично Фиг.2. Длина каждого вектора увеличивается по мере увеличения концентрации спирта в сжигаемом топливе, как и в случае Фиг.2. Тем не менее, в этом примере угол наклона векторов относительно осей X, Y и Z указывает на ошибки подачи воздуха и топлива. Например, угол вектора изменяется, если воздух нужен в количестве для стехиометрического сжигания воздушно-топливной смеси, а дроссельная заслонка открыта меньше или больше необходимого. Углы между вектором, описывающим текущее состояние топлива (например, 302, Е85), и осями X, Y и Z являются показателями ошибки.
В настоящем примере векторами 302, 304, 306 и 308 отображено сжигание различного топлива, где ошибки положения дроссельной заслонки, ширины импульса впрыска топлива, частоты вращения двигателя или лямбды двигателя дают угловое расхождение векторов. Из этого следует, что по наличию различных углов между векторами можно определить существование ошибок положения дроссельной заслонки, ширины импульса впрыска топлива, частоты вращения двигателя или лямбды двигателя. В некоторых примерах в ответ на изменение угла вектора могут предприниматься действия по управлению или выполняться диагностика. Так, при непредвиденном изменении на небольшую величину положения дроссельной заслонки, по изменению угла вектора можно идентифицировать неполадку датчика положения дроссельной заслонки, даже несмотря на то, что длина вектора будет находиться в пределах, ожидаемых для топлива от Е0 до Е85. Тем самым можно определять и компенсировать ошибки положения дроссельной заслонки, лямбды, частоты вращения двигателя и ширины импульса впрыска топлива.
На Фиг.4 показан один из возможных вариантов последовательности работы двигателя, в течение которой происходит увеличение концентрации спирта в сжигаемом топливе. Последовательность, изображенная на Фиг.4, может быть получена на двигателе с контроллером, показанном на Фиг.1, с применением алгоритма, изображенного блок-схемой на Фиг.5. Вертикальными маркерами Т0-T5 показаны моменты последовательности, представляющие особый интерес.
Первый сверху график Фиг.4 представляет изменение по времени частоты вращения двигателя. По оси Y отложена частота работы двигателя, которая увеличивается в направлении оси Y. По оси Х отложено время, увеличивающееся в направлении оси X.
Второй сверху график Фиг.4 представляет изменение по времени содержания спирта в топливе, сжигаемом в двигателе. По оси Y отложено содержание спирта в топливе, сжигаемом в двигателе, которое увеличивается в направлении оси Y. По оси Х отложено время, увеличивающееся в направлении оси X.
Третий сверху график Фиг.4 представляет изменение по времени установки момента зажигания двигателя. По оси Y отложено опережение зажигания, которое увеличивается в направлении оси Y. По оси Х отложено время, увеличивающееся в направлении оси X.
Четвертый сверху график Фиг.4 представляет изменение по времени длины вектора коэффициента (представление векторов смотри на Фиг.2). По оси Y отложена длина вектора коэффициента, которая увеличивается в направлении оси Y. По оси Х отложено время, увеличивающееся в направлении оси X.
Пятый сверху график Фиг.4 представляет множитель лямбды топлива, отвечающий за коррекцию в ответ на изменения в составе топлива двигателя, сжигающего воздушно-топливную смесь. По оси Y отложена величина множителя лямбды топлива, который увеличивается в направлении оси Y. По оси Х отложено время, увеличивающееся в направлении оси X.
Шестой сверху график Фиг.4 представляет изменение по времени ширины импульса впрыска топлива. По оси Y отложена ширина импульса впрыска топлива, которая увеличивается в направлении оси Y. По оси Х отложено время, увеличивающееся в направлении оси X.
Седьмой сверху график Фиг.4 представляет изменение по времени опережения распределительного вала двигателя. По оси Y отложено опережение распределительного вала двигателя, которое увеличивается в направлении оси Y. В данном примере при увеличении угла опережения распределительного вала двигателя увеличивается заряд воздуха в цилиндре. По оси Х отложено время, увеличивающееся в направлении оси X.
В момент времени Т0 двигатель прокручивается из состояния покоя и запускается. Содержание спирта в сжигаемом топливе относительно низкое и длина вектора, соответствующего содержанию спирта, тоже невелика, при том что множитель лямбды топлива равен единице. Распределительный вал выставлен в среднее положение, а ширина импульса впрыска топлива находится на более высоком уровне благодаря большому заряду воздуха в цилиндре при прокручивании двигателя.
После момента Т0 и до момента T1 двигатель запускается и частота его вращения увеличивается. Угол опережения зажигания уменьшается для улучшения прогрева двигателя, а ширина импульса впрыска топлива уменьшается в ответ на уменьшение заряда воздуха в цилиндре. Положение распределительного вала остается неизменным в процессе увеличения частоты вращения двигателя и в режиме холостого хода, когда частота вращения двигателя относительно неизменна.
В момент времени T1 частота вращения двигателя увеличивается в ответ на действия водителя по ускорению автомобиля, на котором стоит двигатель. Содержание спирта в моторном топливе остается постоянным, соответственно остаются неизменными и длина вектора коэффициента и множитель лямбды топлива. Ширина импульса впрыска топлива также увеличивается для подачи дополнительного топлива на разгон автомобиля и на обеспечение стехиометрической воздушно-топливной смеси. Опережение зажигания и распределительного вала также увеличивается, так как частота вращения и нагрузка двигателя увеличиваются в ответ на действия водителя.
В момент времени Т2 частота вращения двигателя снижается в ответ на действия водителя по торможению автомобиля. Содержание спирта в моторном топливе остается постоянным, как и длина вектора коэффициента, и значение множителя лямбды топлива. Опережение зажигания и распределительного вала уменьшается, так как для торможения автомобиля действиями водителя уменьшается запрос крутящего момента.
Между моментами времени Т2 и Т3 двигатель останавливается и автомобиль заправляется топливом, в котором концентрация спирта выше, чем в предыдущем топливе. Так как для вытеснения предыдущего топлива из топливопроводов требуется некоторое время, то содержание спирта в топливе остается неизменным, как и длина вектора коэффициента и значение множителя лямбды топлива.
В момент времени Т3 двигатель запускается снова и топливо, находящееся в топливопроводах, начинает потребляться двигателем. Опережение зажигания увеличивается, будучи определяемым по составу топлива, которое находилось в автомобиле до события дозаправки. Аналогичным образом, при запуске двигателя ширина импульса впрыска топлива соответствует сжиганию топлива, которое находилось в автомобиле до события дозаправки. Опережение распределительного вала также показано таким, каким оно было при первоначальном запуске двигателя, так как на момент повторного запуска первое топливо еще не было вытеснено из топливопроводов.
Между моментами времени Т3 и T4 частота вращения двигателя повышается и скорость автомобиля стабилизируется на оборотах холостого хода. В режиме холостого хода и увеличения частоты вращения двигателя топливопроводы прочищаются от первоначального топлива и замещаются комбинацией смеси остатков топлива первоначальной заправки и топлива, залитого в топливный бак при дозаправке. Количество топлива, доставляемого за время, пока прочищаются топливопроводы, может адаптироваться за счет увеличения или уменьшения ширины импульса впрыска топлива по сигналам обратной связи от датчика содержания кислорода. В частности, если датчик содержания кислорода в отработавших газах начнет показывать тенденцию к обеднению смеси, то ширина импульса впрыска топлива будет увеличиваться, пока датчик содержания кислорода снова не станет показывать стехиометрические условия.
В момент времени Т4 двигатель достигает установившегося режима работы, в котором можно оценить содержание спирта в топливе, потребляемом двигателем. В некоторых примерах условиями определения содержания спирта в топливе являются некоторые пороговые значения максимальной скорости изменения частоты вращения двигателя и нагрузки, а также скорости топливной адаптации. В частности, содержание спирта можно оценить только в том случае, если частота вращения и нагрузка двигателя изменились не более чем на некоторую максимальную величину. В других примерах содержание спирта может быть оценено с меньшим количеством предварительных условий или вообще без них.
Между моментами времени Т4 и T5 контроллер двигателя следит за частотой вращения двигателя, положением впускной воздушной дроссельной заслонки, шириной импульса впрыска топлива и лямбдой двигателя по показаниям датчика кислорода в отработавших газах двигателя. Далее, с применением способа, иллюстрируемого на Фиг. 5 и описываемого далее по тексту, определяются коэффициенты модели, описывающей взаимосвязь между составом сжигаемого топлива и лямбдой двигателя. По совокупности коэффициентов строится вектор, длина которого сравнивается со значениями, описывающими содержание спирта в сжигаемом топливе и заданными таблично или функцией. Таким способом можно определить концентрацию спирта в топливе.
В момент времени Т5 данные о содержании спирта в топливе обновляются на основе коэффициентов модели топлива. В частности, содержание спирта в сжигаемом топливе увеличивается по мере определения длины вектора. В данном примере длина вектора растет, указывая на то, что концентрация спирта в топливе возросла. Значение множителя лямбды (LAMMUL, от англ. LAMBDA MULTIPLIER) также обновляется с увеличением ширины импульса впрыска топлива, который показан на шестом сверху графике Фиг. 4. Опережение распределительного вала также увеличивается для увеличения заряда воздуха в цилиндре. Опережение зажигания также увеличивается для использования преимущества большей стойкости к детонации за счет наличия дополнительного спирта в топливе.
Между моментами времени Т5 и Т6 опережение зажигания растет, как и опережение распределительного вала для учета увеличения содержания спирта в сжигаемом топливе. Содержание спирта в топливе остается на уровне, указанном увеличенной длиной вектора коэффициента. Множитель лямбды топлива также остается на более высоком уровне, при этом ширина импульса впрыска топлива увеличивается относительно его ширины при сжигании топлива с меньшей концентрацией спирта.
В момент времени Т6 действиями водителя уменьшается запрос крутящего момента с целью замедления автомобиля. В результате падает частота вращения двигателя и уменьшается ширина импульса впрыска топлива. Опережение распределительного вала также уменьшается. Двигатель останавливается вскоре после наступления момента времени Т6.
Рассмотрим Фиг. 5, на которой изображена блок-схема примерного способа управления двигателем. Способ, иллюстрируемый Фиг. 5, осуществляется по алгоритму контроллера 12 в системе, показанной на Фиг. 1. Способом, иллюстрируемым Фиг. 5, можно также получить последовательность, изображенную на Фиг. 4.
На этапе 502 способа 500 определяются условия работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в качестве неограничивающих примеров положение дроссельной заслонки, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя,температуру двигателя, ширину импульса впрыска топлива, запрос крутящего момента двигателя и скорость автомобиля. После определения условий работы двигателя способ 500 переходит к этапу 504.
На этапе 504 способ 500 оценивает, находится ли двигатель в установившемся режиме работы. В одном из вариантов способ 500 считает режим работы двигателя установившимся, если частота вращения двигателя меняется менее, чем на заданную пороговую величину и когда запрос крутящего момента двигателя меняется менее, чем на заданную пороговую величину. В некоторых вариантах возможно ограничение частоты вращения и нагрузки двигателя нахождением в пределах определенного интервала. Если условия работы двигателя не соответствуют установившемуся режиму, то способ 500 выходит из алгоритма. В противоположном случае способ 500 переходит к этапу 506.
На этапе 506 способ 500 оценивает, не превышает ли скорость топливной адаптации максимального значения. В частности, способ 500 контролирует скорость изменения параметра топливной адаптации. Если параметр топливной адаптации изменяется более, чем на установленное значение, способ 500 определяет, что ширина импульса впрыска топлива изменяется слишком быстро, и выходит из алгоритма, чтобы перед определением содержания спирта в топливе могла быть выполнена дополнительная топливная адаптация. В противоположном случае способ 500 переходит к этапу 508.
Следует отметить, что в некоторых примерах перед определением содержания спирта в топливе требуется выполнение большего или меньшего числа предварительных условий. Например, некоторые варианты допускают пропуск этапа 504 так, что концентрация спирта может определяться в более неустойчивых режимах.
На этапе 508 блок-схемы Фиг.5 определяется положение впускной воздушной дроссельной заслонки двигателя (то есть шайбы 64 на Фиг.1). Положение дроссельной заслонки может определяться по показаниям датчика 58, изображенного на Фиг.1. В некоторых примерах сигнал положения дроссельной заслонки может подвергаться фильтрации для уменьшения высокочастотных составляющих. После определения положения дроссельной заслонки способ 500 переходит к этапу 510.
На этапе 510 определяется лямбда (λ) двигателя. Лямбда двигателя может быть определена по показаниям линейного датчика содержания кислорода (то есть датчика 126 на Фиг.1). Лямбда может быть описана следующим уравнением:
Где «air» это масса заряда воздуха в цилиндре, «fuel» это масса заряда топлива в цилиндре, а нижний индекс «stoic» означает стехиометрическое состояние воздушно-топливной смеси в цилиндре. После определения лямбды способ 500 переходит к этапу 512.
На этапе 512 способ 500 определяет частоту вращения двигателя. Частота вращения двигателя может определяться по показаниям датчика положения коленчатого вала (то есть датчик 118 на Фиг.1). После определения частоты вращения двигателя способ 500 переходит к этапу 514.
На этапе 514 способ 500 определяет ширину импульса впрыска топлива. Ширина импульса впрыска топлива может быть определена опросом регистра, содержащего информацию о синхронизации впрыска. Ширина импульса впрыска топлива может выражаться в единицах времени или в числе отсчетов, связанных с тактовым сигналом. После определения ширины импульса впрыска топлива способ 500 переходит к этапу 516.
На этапе 516 способ 500 определяет коэффициенты модели моторного топлива. В одном из примеров модель моторного топлива имеет следующий вид:
где Fuel_pw - ширина импульса впрыска топлива, ТР - положение дроссельной заслонки, N - частота вращения двигателя, λ - лямбда двигателя и а1-а3 - полиномиальные коэффициенты. В одном из примеров коэффициенты a1-а3 могут определяться регрессионным анализом (например, методом наименьших квадратов). После того как коэффициенты определены, способ 500 переходит к этапу 518.
На этапе 518 способ 500 строит вектор по значениям коэффициентов модели, определенных на этапе 516. Например, на Фиг.2 показаны векторы коэффициентов, построенные от начала отсчета и имеющие длину, определенную по численным значениям коэффициентов a1-а3. Длина вектора определяется как квадратный корень от суммы квадратов коэффициентов. После определения длины векторов способ 500 переходит к этапу 520.
На этапе 520 по длине вектора определяется содержание спирта в топливе. В одном из вариантов длины векторов эмпирически определяются для различного содержания спирта в топливе и хранятся в памяти контроллера. При определении длины нового вектора его длина может быть сравнена с полученным эмпирически значением длины вектора, которая определена для определенной концентрации спирта в топливе. К примеру, если определяется, что новый вектор имеет длину 55, то его можно сравнить с векторами длиной 55, хранящимися в памяти. После этого концентрация спирта, соответствующая вектору длиной 55, приписывается топливу, потребляемому в данный момент. Таким образом, длина вектора, определенная по коэффициентам процесса сжигания топлива, может быть сравнена с имеющимися длинами векторов, полученными эмпирически и соответствующими топливу с известной концентрацией, что позволяет определить концентрацию спирта в сжигаемом топливе. После того, как определена концентрация спирта в сжигаемом топливе, способ 500 переходит к этапу 522.
На этапе 522 способ 500 определяет ошибки по вектору коэффициентов для нового потребляемого топлива. В некоторых вариантах ошибка может быть отнесена на счет ширины импульса впрыска топлива, положения топливной заслонки, частоты вращения двигателя или лямбды двигателя. Например, если коэффициент а2 вектора изменяет длину из-за ошибок частоты вращения двигателя, то между вектором и плоскостью, образуемой осями а3 и a1, может существовать угловая разница. Аналогичным образом, если вектор изменяется из-за изменения коэффициентов a1 или а3, то ошибка может быть найдена и скомпенсирована. К примеру, если угол вектора изменяется, указывая на ошибку ширины импульса впрыска топлива, то можно выполнить диагностику топливной форсунки, и ошибка смещения форсунки может быть устранена путем увеличения базового количества впрыска. Аналогичным образом, ошибка положения дроссельной заслонки может быть вызвана ошибкой оценки массы воздуха и ошибка может быть уменьшена путем добавления смещения или регулировки передаточной функции расходомера воздуха. После определения ошибок заправки топлива и воздушного заряда способ 500 переходит к этапу 524.
На этапе 524 способ 500 выполняет корректировку множителя лямбды по концентрации спирта в сжигаемом топливе. В одном из примеров множитель лямбды изменяется от 1 для чистого бензина до 1,48 для Е85. Поправки множителя лямбды могут быть взяты из таблицы, в которой значения поправки лямбды приведены для различной концентрации спирта в топливе. Множитель лямбды корректирует базовое значение лямбды топлива для учета изменений в топливе и в топливной системе (например, разницы между заданным и фактическим выходом форсунки). После того как выполнена корректировка множителя лямбды, учитывающая какие-либо изменения в сжигаемом топливе, способ 500 переходит к этапу 526.
На этапе 526 способ 500 регулирует момент зажигания по изменившейся концентрации спирта в сжигаемом топливе. В одном случае в памяти хранится некоторое количество карт зажигания, и момент зажигания берется из одной или нескольких таких карт по значениям частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя и содержания спирта в топливе. Каждая из этих карт зажигания построена для определенной концентрации спирта в сжигаемом топливе. Поэтому, если уже известна концентрация спирта в топливе, выбирается соответствующая карта и по ней определяется нужный момент подачи искры в камеру сгорания. После завершения регулировки момента зажигания способ 500 переходит к этапу 528.
На этапе 528 способ 500 выполняет регулировку синхронизации впрыска топлива. В некоторых примерах в ответ на изменение содержания спирта в сжигаемом топливе регулируется момент начала впрыска. Например, при увеличении содержания спирта в топливе на 10% момент впрыска устанавливается раньше на 2 градуса поворота коленчатого вала. Кроме того, можно изменить длительность импульса впрыска топлива таким образом, чтобы после изменения концентрации спирта в сжигаемом топливе достичь стехиометрического горения. В одном из примеров при повышении концентрации топлива в сжигаемом топливе ширина импульса впрыска топлива увеличивается с получением стехиометрической воздушно-топливной смеси. В варианте с понижением концентрации спирта в сжигаемом топливе ширина импульса впрыска топлива может быть уменьшена. После выполнения синхронизации впрыска топлива способ 500 переходит к этапу 530.
На этапе 530 выполняется регулировка моментов открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов по изменению концентрации спирта в сжигаемом топливе. В одном примере с повышением концентрации спирта в сжигаемом топливе положение распределительного вала изменяется в сторону опережения. Эмпирически определенные установки распределительного вала для различных частоты вращения двигателя, нагрузок и концентраций спирта в топливе могут быть занесены в память, откуда нужные значения потом извлекаются по текущим параметрам работы двигателя. Установка распределительного вала на опережение позволяет получить дополнительный воздух для горения, тем самым эффективно подняв компрессию цилиндра. После завершения регулировки моментов открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов способ 500 выходит из алгоритма.
Вышеизложенным методом можно выполнять регулировки двигателя по содержанию спирта в топливе. Кроме того, концентрацию спирта в топливе можно определять с помощью системы и способа, устранив необходимость применения специального датчика состава топлива. Таким образом, предлагается экономически эффективный и упрощенный метод определения содержания спирта в сжигаемом топливе.
Исходя из вышеизложенного, Фиг.5 иллюстрирует способ управления двигателем, включающий: регулировку исполнительного органа двигателя по концентрации спирта в топливе, сжигаемом двигателем, причем концентрация спирта определяется, по меньшей мере, положением дроссельной заслонки, показаниями датчика содержания кислорода в отработавших газах, частотой вращения двигателя и шириной импульса впрыска топлива. Следовательно, способ, представленный на Фиг.5, может регулировать режим работы двигателя по входным воздействиям на двигатель, которые могут иметь отношение к составу топлива.
В некоторых примерах метод включает случаи, в которых исполнительный орган двигателя представлен топливной форсункой или исполнительным механизмом регулировки фаз газораспределения или системой зажигания и в которых концентрация спирта также зависит от ширины импульса впрыска топлива. Кроме того, способ также включает увеличение опережения распределительного вала в ответ на увеличение крутящего момента двигателя при повышении концентрации спирта. В одном из примеров способ также включает определение некоторого числа коэффициентов по положению дроссельной заслонки, показаниям датчика содержания кислорода в отработавших газах, частоте вращения двигателя и ширине импульса впрыска топлива. Способ также включает случаи, в которых по некоторому числу коэффициентов определяется концентрация спирта. Кроме этого, способ также включает построение вектора по некоторому числу коэффициентов, причем длина вектора определяет концентрацию спирта. Также способ включает определение по вектору ошибки подачи количества воздуха или топлива и расчет коррекции данных ошибок. Способ также включает случаи, в которых топливо, сжигаемое в двигателе, доставляется форсункой с прямым впрыском и с впрыском во впускной канал.
В другом варианте способ, представленный на Фиг.5, обеспечивает управление двигателем, включая: управление двигателем во время действия условий, в которых частота вращения и нагрузка двигателя изменяются менее, чем на заранее определенные величины; регулировку топливной адаптации менее, чем на пороговую величину, и регулировку исполнительного органа двигателя по концентрации спирта в топливе, сжигаемом двигателем, причем концентрация спирта определяется положением дроссельной заслонки, показаниями датчика содержания кислорода в отработавших газах двигателя, частотой вращения двигателя и шириной импульса впрыска топлива. Таким образом, концентрация спирта в топливе может быть определена в условиях, в которых может быть повышена точность оценки.
В некоторых примерах способ включает случаи, когда топливо состоит из бензина и спирта, и случаи, когда бензин и спирт впрыскиваются в двигатель по отдельности. Способ также включает случаи, в которых исполнительный орган двигателя является топливной форсункой, и по концентрации спирта выполняется регулировка момента зажигания и моментов открытия и закрытия впускного клапана. Способ включает случаи определения концентрации регрессионным анализом. В другом примере способ включает случаи, в которых определяется некоторое число коэффициентов регрессии, и по этим коэффициентам строится вектор. Способ также включает случаи, когда концентрация спирта определяется длиной вектора.
Специалистами в данной области техники будет оценено то, что способ, описанный на Фиг.5, может представлять один или любое количество алгоритмов расчета, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Это подразумевает, что указанные различные шаги или функции могут выполняться в указанной последовательности параллельно, а в некоторых случаях опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не важен для выполнения задач, достижения характерных особенностей и преимуществ, описываемых здесь, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Хотя это не указано явным образом, но специалистам в данной области техники будет очевидно, что один или более шагов или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии.
На этом описательная часть завершается. Ее прочтение специалистами в данной области техники стимулирует обдумывание многих изменений и модификаций, не выходящих рамки замысла и охвата настоящего описания. Например, настоящее описание может быть с пользой применено на одноцилиндровых двигателях, I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и V16 двигателях, работающих на природном газе, бензине, дизельном или альтернативном топливе.
1. Система двигателя, содержащая: двигатель; первый исполнительный орган, присоединенный к двигателю; второй исполнительный орган, присоединенный к двигателю; датчик содержания кислорода в отработавших газах, установленный в выпускном канале двигателя; и контроллер, запрограммированный для регулирования первого или второго исполнительного органа по концентрации спирта в топливе, сжигаемом двигателем, причем определение указанной концентрации спирта основано на действиях первого исполнительного органа, показаниях датчика содержания кислорода в отработавших газах и частоте вращения двигателя.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первым исполнительным органом является впускная воздушная дроссельная заслонка, а вторым исполнительным органом является топливная форсунка.
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первым исполнительным органом является впускная воздушная дроссельная заслонка, а вторым исполнительным органом является система зажигания.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что второй исполнительный орган отрегулирован по положению первого исполнительного органа, причем первым исполнительным органом является впускная воздушная заслонка двигателя, а вторым исполнительным органом является топливная форсунка.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что контроллер запрограммирован для вычисления коэффициентов регрессии из множества параметров с целью определения концентрации спирта в топливе, сжигаемом в двигателе.
6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что контроллер запрограммирован для уменьшения ошибки массового расхода воздуха или массового расхода топлива, подаваемых в двигатель, на основе указанных коэффициентов.
7. Способ управления работой двигателя, в котором регулируют исполнительный орган двигателя по концентрации спирта в топливе, сжигаемом двигателем, причем концентрацию спирта определяют, по меньшей мере, по положению дроссельной заслонки, показаниям датчика содержания кислорода в отработавших газах, частоте вращения двигателя и ширине импульса впрыска топлива.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что исполнительным органом двигателя является топливная форсунка, или исполнительный механизм регулировки фаз газораспределения, или система зажигания, причем концентрацию спирта также определяют по ширине импульса впрыска топлива.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что увеличивают опережение распределительного вала в ответ на увеличение крутящего момента двигателя при повышении концентрации спирта в топливе.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что определяют множество коэффициентов по положению дроссельной заслонки, показаниям датчика содержания кислорода в отработавших газах, частоте вращения двигателя и ширине импульса впрыска топлива.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что концентрацию спирта определяют на основе указанного множества коэффициентов.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что на основе указанного множества коэффициентов строят вектор, длина которого определяет концентрацию спирта.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что по указанному вектору рассчитывают ошибку подачи воздуха или топлива и компенсируют ошибку подачи воздуха или топлива.
14. Способ по п. 7, отличающийся тем, что топливо для сжигания в двигателе подают посредством форсунки прямого впрыска и форсунки впрыска во впускные каналы.
15. Способ управления работой двигателя, в котором управляют работой двигателя в условиях, когда частота вращения двигателя и нагрузка изменяются меньше, чем на заданные величины; регулируют топливную адаптацию менее, чем на пороговое значение; и регулируют исполнительный орган двигателя по концентрации спирта в топливе, сжигаемом двигателем, причем концентрацию спирта определяют по положению дроссельной заслонки, показаниям датчика содержания кислорода в отработавших газах, частоте вращения двигателя и ширине импульса впрыска топлива.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что топливо состоит из бензина и спирта, причем бензин и спирт впрыскивают в двигатель по отдельности.
17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что исполнительным органом двигателя является топливная форсунка, причем выполняют регулировку момента зажигания и момента открытия и закрытия впускного клапана по концентрации спирта.
18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что концентрацию спирта определяют методом регрессионного анализа.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что определяют множество коэффициентов регрессии и на основе указанного множества коэффициентов строят вектор.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что концентрацию спирта определяют на основе длины вектора.
