Способ (варианты) и система для расчета воздушно-топливного отношения посредством кислородного датчика переменного напряжения - RU2691872C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в основном, к способам и системам для управления датчиком отработавших газов переменного напряжения для двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Датчик отработавших газов (например, выпускной кислородный датчик) может быть расположен в выпускной системе автомобиля и может использоваться для индикации наличия различных веществ в отработавших газах. Например, датчик отработавших газов может быть использован для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, выпускаемых из двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Показания датчика отработавших газов могут быть затем использованы для управления работой двигателя внутреннего сгорания, приводящего автомобиль в движение. В другом примере выходные сигналы датчика отработавших газов могут быть использованы для расчета содержания воды в отработавших газах. Значение содержания воды, рассчитанное на основе выходного сигнала кислородного датчика отработавших газов, может быть использовано для определения влажности окружающей среды во время работы двигателя. Кроме того, значение содержания воды может быть использовано для определения количества спирта в топливе, сжигаемом в двигателе. При некоторых условиях датчик отработавших газов может быть использован в качестве кислородного датчика переменного напряжения (ПН) для того, чтобы более точно определять содержание воды в отработавших газах. При работе в режиме ПН опорное напряжение датчика отработавших газов увеличивают от пониженного, базового, напряжения (например, приблизительно 450 мВ) до повышенного, целевого, напряжения (например, в диапазоне 900-1100 мВ). В некоторых примерах повышенное, целевое, напряжение может представлять собой напряжение, обеспечивающее частичную или полную диссоциацию молекул воды в кислородном датчике, в то время как базовое напряжение представляет собой напряжение, не обеспечивающее диссоциацию молекул воды в кислородном датчике.

Однако, авторы настоящего изобретения обнаружили возможные проблемы при использовании датчика отработавших газов в режиме ПН. Например, значения воздушно-топливного отношения, рассчитанные с использованием датчика отработавших газов могут быть неверными, когда опорное напряжение увеличивают выше базового напряжения, так как стехиометрическое соотношение газов в кислородном датчике не сохраняется. Например, при повышенных опорных напряжениях датчик диссоциирует водяной пар и углекислый газ, что обеспечивает вклад в значение концентрации кислорода, выраженное выходным значением тока накачки датчика отработавших газов. Поскольку количество водяного пара и углекислого газа изменяется при изменении влажности окружающей среды и концентрации этанола в топливе, а эти параметры неизвестны, обычное преобразование значения тока накачки в воздушно-топливное отношение не является точным при повышенных опорных напряжениях. В результате, автомобиль вынужден работать в режиме управления по топливу без обратной связи, что может оказать негативное влияние на выбросы, экономию топлива и дорожные качества автомобиля.

Раскрытие сущности изобретения

В соответствии с одним вариантом осуществления, вышеуказанные проблемы могут быть устранены, по меньшей мере частично, способом для двигателя, содержащим: в ответ на первое условие, предусматривающее опорное напряжение первого выпускного кислородного датчика, работающего в режиме переменного напряжения, выше порогового значения напряжения, определение изменения выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика, соответствующего увеличению опорного напряжения, а также корректировку выходного сигнала первого кислородного датчика на основе изменения выходного сигнала и регулирование работы двигателя на основе скорректированного выходного сигнала.

В другом примере способ может содержать, во время работы двигателя внутреннего сгорания в режиме управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью, корректировку выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика, работающего в режиме переменного напряжения, и определение воздушно-топливного отношения на основе скорректированного выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика.

Таким образом, технический результат сохранения точности расчета воздушно-топливного отношения на основе датчика отработавших газов, и поддержания режима управления двигателем по топливу с обратной связью может быть обеспечен даже в том случае, когда выпускной кислородный датчик используют в режиме ПН, что позволяет уменьшить выбросы, увеличить экономию топлива и улучшить управляемость автомобиля.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема двигателя, содержащего один или более кислородных датчиков отработавших газов.

На фиг. 2 показан график, иллюстрирующий влияние изменений опорного напряжения выпускного кислородного датчика на расчет воздушно-топливного отношения.

На фиг. 3А и 3В показаны графики, изображающие примеры выходных сигналов выпускных кислородных датчиков типа НДКОГ и УДКОГ, соответственно.

На фиг. 4 показана блок-схема алгоритма способа расчета выпускного воздушно-топливного отношения при работе выпускного кислородного датчика с переменным напряжением.

На фиг. 5 показана временная диаграмма, иллюстрирующая изменения расчетных значений воздушно-топливного отношения при различных условиях работы двигателя с использованием одного или более выпускных кислородных датчиков.

Осуществление изобретения

Следующее раскрытие относится к системам и способам расчета воздушно-топливного отношения в отработавших газах. Как показано на фиг. 1, двигатель может содержать один или более выпускных кислородных датчиков, расположенных в выпускном патрубке двигателя. Один из кислородных датчиков может содержать кислородный датчик переменного напряжения и в результате опорное напряжение кислородного датчика может представлять собой напряжение, выбранное в диапазоне между пониженным напряжением, не обеспечивающим диссоциацию водяных паров и углекислого газа, и повышенным напряжением, обеспечивающим диссоциацию водяных паров и/или углекислого газа. Выходные сигналы кислородного датчика могут представлять собой токи накачки, который могут быть использованы для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов. В частности, отклонения значения тока накачки от опорной точки, выбранной для состояния, когда кислородный датчик используется в условиях отсутствия подачи топлива, например, во время события отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ), могут быть использованы для определения воздушно-топливного отношения. Однако, как показано на фиг. 2, при работе в состоянии повышенного напряжения, выходные сигналы кислородного датчика могут быть искажены, и, как следствие, точность расчета воздушно-топливного отношения с использованием этого датчика может понизиться. Выпускные кислородные датчики могут содержать один или более датчиков УДКОГ и НДКОГ, имеющих соответствующие выходные характеристики, как показано на фиг. 3. На фиг. 4 показан способ повышения точности расчета воздушно-топливного отношения при использовании кислородного датчика со вторым, повышенным, опорным напряжением. В результате, ошибки расчета воздушно-топливного отношения, когда кислородный датчик используют в режиме переменного напряжения, могут быть уменьшены, как показано на фиг. 7.

На фиг. 1 показана схема, изображающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, представляющего собой часть силовой установки автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и входных сигналов от водителя 132 автомобиля, поступающих через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации пропорционального сигнала ПП положения педали. Камера (например, цилиндр) 30 сгорания двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную трансмиссию. Кроме того, стартер двигателя может быть соединен с коленчатым валом 40 посредством маховика для обеспечения возможности запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может получать впускной воздух от впускного коллектора 44 через впускной патрубок 42 и может выпускать отработавшие газы через выпускной патрубок 48. Впускной коллектор 44 и выпускной патрубок 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54, соответственно. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

В этом примере кулачковый привод может управлять впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 посредством систем 51 и 53 кулачкового привода, соответственно. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может содержать один или более кулачков и может использовать один или более режимов: переключения профилей кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или систем изменения высоты подъема клапанов (ВПК), которые выполнены с возможностью управления посредством контроллера 12, для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено посредством датчиков 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 может управлять электропривод клапанов. Например, в качестве альтернативы цилиндр 30 может содержать впускной клапан с возможностью управления посредством электропривода клапанов и выпускной клапан с возможностью управления посредством кулачкового привода с использованием систем ППК и/или ИФКР.

В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одним или более топливными инжекторами для подачи топлива в них. В качестве неограничивающего примера цилиндр 30 показан с одним топливным инжектором 66. Показано, что топливный инжектор 66 соединен непосредственно с цилиндром 30 для впрыскивания топлива непосредственно в цилиндр пропорционально ширине импульса сигнала ИВТ, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливный инжектор 66 обеспечивает процесс, известный как непосредственный впрыск (также называемый здесь НВ) топлива в цилиндр 30.

Следует принять во внимание, что в альтернативном варианте осуществления инжектор 66 может представлять собой инжектор распределенного впрыска с возможностью подавать топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Кроме того, цилиндр 30 может быть выполнен с возможностью получать топливо от нескольких инжекторов, например нескольких инжекторов распределенного впрыска, нескольких инжекторов непосредственного впрыска или их комбинации.

Топливный бак в топливной системе 172 может содержать топливо с различными топливными характеристиками, например различным составом топлива. Эти различия могут заключаться в различном содержании спирта, в различных октановых числах, в различных значениях теплоты испарения, в различных топливных смесях и/или в их комбинациях и т.д. Двигатель может использовать спиртосодержащую топливную смесь, например Е85 (состоящую приблизительно из 85% этанола и 15% бензина) или М85 (состоящую приблизительно из 85% метанола и 15% бензина). В качестве альтернативы двигатель может быть выполнен с возможностью работать с другими пропорциями бензина и этанола, хранимых в баке, в том числе со 100% бензином и 100% этанолом и с их переменными пропорциями в зависимости от содержания спирта в топливе, заливаемом водителем в бак. Кроме того, характеристики заливаемого в бак топлива могут часто меняться. Например, водитель может наполнить топливный бак топливом Е85 в один день, топливом ЕЮ на следующий день, и через день - топливом Е50. Кроме того, в зависимости от количества и состава топлива, остающегося в баке во время следующей заправки, состав топлива в баке может динамически изменяться.

Повседневные изменения при повторном наполнении бака могут, таким образом, привести к часто изменяемому составу топлива в топливной системе 172, что, в свою очередь, влияет на состав топлива и/или качество топлива, подаваемого инжектором 66. Различные топливные составы, подаваемые инжектором 66, могут здесь упоминаться как тип топлива. Например, различные топливные составы могут быть качественно описаны значением исследовательского октанового числа (ИОЧ), процентного содержания спирта, процентного содержания этанола и т.д.

Следует принять во внимание, что в то время как в одном варианте осуществления эксплуатация двигателя может осуществляться посредством впрыска топливной смеси изменяемого состава через инжектор непосредственного впрыска, в альтернативных вариантах осуществления эксплуатация двигателя может осуществляться с использованием двух инжекторов и изменения относительного количества впрыскиваемого топлива через каждый инжектор. Следует также принять во внимание, что при эксплуатации двигателя с наддувом от устройства наддува, такого как турбонагнетатель или механический нагнетатель (не показаны на схеме), предел наддува может быть увеличен при увеличении содержания спирта в топливной смеси изменяемого состава.

На схеме, показанной фиг. 1, впускной патрубок 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом конкретном примере контроллер 12 может изменять положение дроссельной заслонки 64 посредством сигнала, подаваемого электродвигателю или приводу в составе дросселя 62, причем данную конфигурацию обычно называют электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, управление дросселем 62 позволяет изменять количество впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, а также в другие цилиндры двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может быть передано контроллеру 12 посредством сигнала положения дросселя ПД. Впускной патрубок 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК, подаваемых в контроллер 12.

Система 88 зажигания может обеспечить искру зажигания в камере 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания по сигналу опережения зажигания 03 от контроллера 12 в соответствии с выбранными рабочими режимами. Несмотря на то, что показаны компоненты системы искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут быть выполнены для работы с воспламенением от сжатия, с использованием или без использования искры зажигания.

Кислородный датчик 126 УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах) показан соединенным с выпускным патрубком 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Кислородный датчик 126 может также представлять собой кислородный датчик переменного напряжения (ПН). Опорное напряжение кислородного датчика ПН может представлять собой регулируемое напряжение в диапазоне между пониженным, базовым, напряжением (например, состоянием пониженного напряжения), когда вода не диссоциирует, и повышенным, целевым, напряжением (например, состоянием повышенного напряжения), когда вода диссоциирует.

Выходные сигналы кислородного датчика при двух опорных напряжениях могут быть затем использованы для определения содержания воды в выпускном воздухе двигателя. Кроме того, как будет раскрыто более подробно ниже, кислородный датчик 126 может быть использован для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов как при работе в состоянии пониженного напряжения, так и при работе в состоянии повышенного напряжения. Второй выпускной кислородный датчик 128 может быть подсоединен к выпускному патрубку 48 и расположен ниже по потоку относительно первого выпускного кислородного датчика 126. Как показано на фиг. 1, второй выпускной кислородный датчик 128 может быть расположен ниже по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, однако в других примерах второй выпускной кислородный датчик 128 может быть расположен выше по потоку относительно устройства снижения токсичности отработавших газов. Второй выпускной кислородный датчик 128 может содержать кислородный датчик ПН, но он может также быть любым датчиком, подходящим для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, представлять собой линейный кислородный датчик или датчик УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), бистабильный кислородный датчик или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), НДКОГ (нагреваемого ДКОГ), датчик NO_x, НС или СО. И первый, и второй выпускные кислородные датчики могут передавать свои выходные сигналы в контроллер 12. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано размещенным вдоль выпускного патрубка 48 ниже по потоку относительно кислородного датчика 126 ПН. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный катализатор (ТКК), ловушку NOx, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или комбинации указанных устройств. В некоторых вариантах осуществления во время эксплуатации двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть выполнено с возможностью периодической перезагрузки при работе по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах некоторого воздушно-топливного отношения.

Как показано в примере на фиг. 1, система дополнительно содержит датчик 127 впускного воздуха, подсоединенный к впускному патрубку 44. Датчик 127 впускного воздуха может представлять собой кислородный датчик ПН, но может также быть любым другим датчиком, подходящим для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, например линейным кислородным датчиком или УДКОГ (универсальным или широкодиапазонным датчиком кислорода в отработавших газах), бистабильным кислородным датчиком или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемым ДКОГ), датчиком NO_x, НС или СО.

Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может быть выполнена с возможностью направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного патрубка 48 во впускной патрубок 44 через патрубок 140 РОГ. Контроллер 12 может изменять количество рециркулирующих отработавших газов, подаваемых к впускному патрубку 44, посредством клапана 142 РОГ. Кроме того, датчик 144 РОГ может располагаться внутри патрубка 140 РОГ и может обеспечивать определение одного или более параметров из следующих: давление, температура и концентрация отработавших газов. При некоторых условиях система РОГ может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания, реализуя таким образом метод управления опережением зажигания для некоторых режимов сгорания. Кроме того, при некоторых условиях часть отработавших газов может быть удержана или захвачена в камере сгорания посредством управления временем срабатывания выпускного клапана, например посредством управления механизмом изменения фаз газораспределения.

На фиг. 1 контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в этом конкретном примере в виде постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, в том числе значение измерения входного массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ТХД) от температурного датчика 112, присоединенного к охлаждающей рубашке 114; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) на основе сигнала ПЗ.

Память постоянного запоминающего устройства 106 может хранить машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, выполняемые процессором 102 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других вариантов, подразумеваемых, но не раскрытых явным образом.

Как раскрыто выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может так же содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.

На фиг. 2 показан график 200, изображающий возможность искажения значения выпускного воздушно-топливного отношения, рассчитанного с использованием выпускного кислородного датчика (например, кислородного датчика 126), в результате изменений опорного напряжения выпускного кислородного датчика. Кривая 210 показывает изменения опорного напряжения, приложенного к кислородному датчику, кривая 220 показывает изменения выходного тока накачки кислородного датчика, а кривая 230 показывает значение воздушно-топливного отношения, рассчитанное на основе выходного сигнала кислородного датчика, например на основе тока накачки, как указано выше. В соответствии со схемой на фиг. 1 для расчета воздушно-топливного отношения в отработавших газах могут быть использованы выходные сигналы кислородного датчика отработавших газов переменного напряжения (ПН) (например, кислородного датчика 126). В частности, выходные сигналы кислородного датчика могут представлять собой ток накачки (Iнак), генерируемый посредством приложенного опорного напряжения (кривая 220). Ток накачки может измениться в результате изменения количества горючего, впрыскиваемого в цилиндры двигателя (например, в цилиндр 30), и поэтому он может быть использован для определения воздушно-топливного отношения. Воздушно-топливное отношение может быть рассчитано на основе отклонения тока накачки от исходного значения, когда топливо не подается в цилиндры двигателя. Исходное значение может быть рассчитано в условиях отсутствия подачи топлива, например в событии отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ). Кроме того, кислородный датчик может быть использован для расчета количества воды в отработавших газах, что может быть использовано для расчета различных параметров работы двигателя, например влажности окружающей среды, содержания этанола в топливе и, если двигатель представляет собой двухтопливный двигатель, количества вторичной впрыскиваемой жидкости. Для получения расчетных значений содержания воды опорное напряжение кислородного датчика может быть регулируемо в диапазоне от пониженного, базового, напряжения, на кривой 210-V₁, когда вода не диссоциирует (например, приблизительно 450 мВ) до повышенного, целевого, напряжения V₂, имеющего значение выше порогового значения напряжения, при котором диссоциация воды происходит (например, приблизительно 1100 мВ). Содержание воды может быть рассчитано посредством сравнения различия выходных токов накачки (кривая 220) при двух разных опорных напряжениях. Таким образом, как видно из кривой 210, опорное напряжение может варьироваться от V₁ до V₂ для измерения содержания воды в отработавших газах.

Однако при использовании кислородного датчика в состоянии повышенного, целевого, напряжения расчетное значение воздушно-топливного отношения может быть неверным. В частности, в состоянии повышенного опорного напряжения V₂ кислородный датчик диссоциирует водяной пар и углекислый газ, которые могут внести вклад в значение концентрации кислорода, представленное сигналом Iнак. Таким образом, в результате увеличения опорного напряжения выше порогового напряжения, сигнал Iнак может увеличиваться из-за возрастания концентрации кислорода по причине диссоциации водяного пара и углекислого газа. В результате, расчетное значение воздушно-топливного отношения может быть завышено. Как можно увидеть из кривой 230, при увеличении опорного напряжения от V₁ до V₂ расчетное значение воздушно-топливного отношения увеличивается от пониженного первого уровня λ₁ до повышенного второго уровня λ₂, несмотря на то, что действительное воздушно-топливное отношение может оставаться приблизительно на одном и том же первом уровне λ₁. Следовательно, расчетные значения воздушно-топливного отношения могут стать менее точными, когда кислородный датчик используют при опорном напряжении, достаточно высоком, чтобы обеспечить диссоциацию воды и/или углекислого газа. Таким образом, традиционные способы расчета воздушно-топливного отношения посредством датчика отработавших газов переменного напряжения могут быть ограничены расчетом воздушно-топливного отношения только тогда, когда кислородный датчик используют при пониженном, базовом, напряжении или напряжении, недостаточном для диссоциации водяного пара и углекислого газа. Как дополнительно раскрыто ниже, надежный и точный расчет воздушно-топливного отношения может быть сохранен даже в случае использования кислородного датчика в режиме переменного напряжения в состоянии повышенного напряжения посредством корректировки выходного сигнала (например, Iнак) первого выпускного кислородного датчика, когда кислородный датчик используют в режиме переменного напряжения. Другими словами, для повышения точности расчета воздушно-топливного отношения, когда кислородный датчик используют при достаточно высоком опорном напряжении, позволяющем диссоциировать водяной пар и углекислый газ, может быть использован способ корректировки выходного сигнала кислородного датчика для компенсации дополнительного вклада диссоциированных водяного пара и углекислого газа.

На выходное значение тока накачки в выпускном кислородном датчике могут влиять изменения количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя, и изменения опорного напряжения, приложенного к кислородному датчику, которые вызывают диссоциацию воды и/или углекислого газа, в результате чего выделяется дополнительный кислород. В частности, увеличение опорного напряжения может привести к увеличению тока накачки. Однако увеличение количества впрыскиваемого топлива может привести к уменьшению тока накачки вследствие повышения содержания топлива по отношению к кислороду в выпускной системе двигателя. При работе датчика с напряжением, достаточно высоким для диссоциации водяного пара и углекислого газа, выходной ток накачки в кислородном датчике может увеличиваться в качестве реакции на возрастание концентрации кислорода в отработавших газах. Однако на действительное воздушно-топливное отношение в отработавших газах, формируемое за счет сгорания топлива в двигателе, может повлиять только количество топлива, впрыснутого в цилиндры двигателя. Поэтому расчетные значения воздушно-топливного отношения на основе выходного тока накачки в кислородном датчике могут быть искажены при изменении опорного напряжения кислородного датчика. Таким образом, для учета изменений тока накачки, не соответствующих действительным изменениям воздушно-топливного отношения, контроллер, как раскрыто ниже, может использовать способы корректировки тока накачки для повышения точности расчетных значений воздушно-топливного отношения. Например, для учета изменений тока накачки, возникающих в результате изменений опорного напряжения, контроллер может вычесть значение изменения тока накачки, соответствующее изменению опорного напряжения кислородного датчика. Кроме того, контроллер может рассчитать воздушно-топливное отношение по измерениям второго выпускного кислородного датчика и может скорректировать значение тока накачки первого выпускного кислородного датчика и/или рассчитать воздушно-топливное отношение с учетом значения воздушно-топливного отношения, полученного на основе измерений второго выпускного кислородного датчика. Таким образом, если значение тока накачки изменяется вследствие увеличения опорного напряжения первого выпускного кислородного датчика до достаточно высокого напряжения, обеспечивающего диссоциацию водяного пара и/или углекислого газа, то контроллер может сохранять точность расчета выпускного воздушно-топливного отношения.

На фиг. 3А и 3В приведены данные для двух известных типов кислородных датчиков отработавших газов: переключающего датчика (НДКОГ) и широкодиапазонного датчика (УДКОГ). Датчик НДКОГ обеспечивает высокий коэффициент усиления и работает близко к стехиометрическому составу топливной смеси, но обеспечивает информацию о воздушно-топливном отношении в пределах ограниченного диапазона. Датчик УДКОГ работает в широком диапазоне значений воздушно-топливного отношения; обычно от 10:1 до чистого воздуха, но, в результате, имеет низкий коэффициент усиления. Кроме того, датчик УДКОГ не обеспечивает такую же точность при измерении стехиометрического состава, по сравнению с датчиком НДКОГ. Двухэлементные датчики УДКОГ измеряют воздушно-топливное отношение посредством измерения кислородного тока накачки, требуемого для поддержания стехиометрического отношения воздушно-топливной смеси в полости внутри датчика, что измеряют посредством встроенного НДКОГ в качестве эталонной схемы. График 300 на фиг. 3А изображает пример реакции датчика НДКОГ в виде выходного напряжения 310, а кривая 302 на фиг. 3В изображает пример реакции датчика УДКОГ в виде выходного напряжения 320 по отношению к нормализованному воздушно-топливному отношению.

При сравнении датчиков НДКОГ и УДКОГ можно выявить их преимущества и недостатки. Например, когда датчик используют после катализатора, точные показания стехиометрического состава датчика НДКОГ пригодны для использования, но ограничены допустимой полосой пропускания системы управления. Кроме того, ограниченный диапазон точной информации также ограничивает возможность использования при работе в условиях отклонения от стехиометрического состава (например, при работе управляющей цепи обратной связи с обедненным воздушно-топливным отношением или обогащенным воздушно-топливным отношением). Как раскрыто выше, первый выпускной кислородный датчик 126 может содержать датчик типа УДКОГ, в то время как второй выпускной кислородный датчик 128 может содержать датчики типов УДКОГ или НДКОГ, а также кислородный датчик другого типа.

На фиг. 4 показан пример способа 400 для корректировки расчетных значений воздушно-топливного отношения, когда выпускной кислородный датчик работает в состоянии высокого напряжения в режиме ПН. Способ 400 может исполняться контроллером, установленным в автомобиле, приводимым в движение двигателем внутреннего сгорания, например в гибридном электромобиле.

Способ 400 начинается на шаге 404 с расчета и/или измерения параметров работы двигателя. Параметры работы автомобиля могут быть получены посредством обратной связи от нескольких датчиков и могут содержать: температуру двигателя, частоту вращения двигателя и нагрузку двигателя, впускной массовый расход воздуха, давление в коллекторе и т.д.

Затем на шаге 408 контроллер может рассчитать и/или измерить параметры выпускной системы, например опорное напряжение или ток накачки первого выпускного кислородного датчика. На основе сигнала обратной связи от первого выпускного кислородного датчика (например, кислородного датчика 126), контроллер может измерить первый ток накачки (Iнак), генерируемый пониженным опорным напряжением, приложенным к кислородному датчику. Пониженное опорное напряжение может представлять собой опорное напряжение, недостаточное для диссоциации водяного пара и углекислого газа (например, 450 мВ). Как было указано выше в отношении фиг. 2, первый ток накачки кислородного датчика при пониженном опорном напряжении может относительно мало зависеть от изменений влажности окружающей среды или концентрации этанола в топливе, поскольку водяной пар и углекислый газ не диссоциируют. Таким образом, значение первого тока накачки может быть непосредственно связано со значением воздушно-топливного отношения. Например, двигатель может работать в режиме управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью, в котором контроллер может рассчитывать воздушно-топливное отношение на основе тока накачки, измеренного на шаге 404. Как было указано выше в отношении фиг. 2, контроллер может рассчитывать воздушно-топливное отношение на основе отклонения значения тока накачки от опорной точки, когда топливо не впрыскивают в двигатель, например во время события отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ). На шаге 410 контроллер может определить, работает ли обратная связь управления на основе воздушно-топливного отношения. В качестве примера работы режима управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью, контроллер может регулировать количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя (например, в цилиндр 30), если рассчитанное воздушно-топливное отношение отличается от требуемого воздушно-топливного отношения, где требуемое воздушно-топливное отношение может быть основано на рабочих параметрах двигателя, содержащих: нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, температуру двигателя и т.д. Расчетное значение воздушно-топливного отношения может быть определено на основе одного или более выходных сигналов первого выпускного кислородного датчика. Например, воздушно-топливное отношение может быть рассчитано на основе тока накачки (Iнак) первого выпускного кислородного датчика. В другом примере какой-либо сигнал, производный от тока накачки, может быть использован для расчета воздушно-топливного отношения, в том числе для расчета концентрации кислорода в отработавших газах. Если обратная связь управления на основе воздушно-топливного отношения работает, способ 400 может перейти к шагу 420.

На шаге 420 контроллер может определить, работает ли первый выпускной кислородный датчик (ВКД1) в режиме переменного напряжения (ПН). В частности, ВКД1 может содержать датчик УДКОГ и может работать в режиме ПН для расчета одного или более параметров отработавших газов, например содержания воды, влажности или содержания спирта. Изменения выходного тока накачки кислородного датчика в результате варьирования опорного напряжения между первым, пониженным, опорным напряжением и вторым, повышенным, опорным напряжением могут быть использованы для расчета содержания воды и других параметров отработавших газов. Например, если двигатель представляет собой двухтопливный двигатель, контроллер может определить потребность в расчете содержания воды в отработавших газах для регулирования количества второго впрыскиваемого в двигатель топлива.

Если ВКД1 работает в режиме ПН, то способ 400 переходит к шагу 430, на котором контроллер определяет, является ли опорное напряжение V_ВКД1 больше порогового значения опорного напряжения V_{ВКД,ПОР}. Как раскрыто выше относительно фиг. 2, V_{ВКД,ПОР} может соответствовать напряжению, при превышении которого может происходить диссоциация воды и/или углекислого газа в потоке отработавших газов с образованием кислорода. Таким образом, если V_ВКД1>V_{ВКД,ПОР}, то выходной сигнал ВКД1 может содержать составляющую, обусловленную присутствием диссоциированного кислорода, и он может быть скорректирован перед произведением расчета воздушно-топливного отношения на его основе, как будет раскрыто ниже. В других примерах контроллер может определить, не превышает ли пороговый уровень другой выходной сигнал ВКД1, например ток накачки. Например, на шаге 430 контроллер может определить, превышает ли Iнак пороговое значение Iнак,_ПОР тока накачки. Значение Iнак,_ПОР может соответствовать току накачки, при превышении которого происходит диссоциация воды и/или углекислого газа в потоке отработавших газов.

Если значение V_ВКД1 не превышает значение V_{ВКД,ПОР}, то способ 400 переходит к шагу 434, и контроллер может рассчитать воздушно-топливное отношение на основе выходных сигналов кислородного датчика, работающего при первом, пониженном, опорном напряжении, используя нескорректированный выходной сигнал ВКД1 (например, ток накачки). Другими словами, когда опорное напряжение первого выпускного кислородного датчика может быть сохранено на уровне первого, пониженного, опорного напряжения, при котором водяной пар и углекислый газ не диссоциируют, выходной сигнал ВКД1 может быть использован непосредственно, без корректировки расчетного значения воздушно-топливного отношения. На шаге 438 способ 400 поддерживает текущие условия работы выпускной системы двигателя. Например, после расчета воздушно-топливного отношения на шаге 434, способ 400 поддерживает включенное состояние цепи обратной связи управления на основе воздушно-топливного отношения и поддерживает работу ВКД1 в режиме ПН. Если цепь обратной связи управления на основе воздушно-топливного отношения выключена на шаге 410, то контроллер поддерживает выключенное состояние цепи обратной связи управления на основе воздушно-топливного отношения на шаге 438. В качестве примеров, цепь обратной связи управления на основе воздушно-топливного отношения может быть выключена, когда двигатель выключен, например в период, когда для движения гибридного автомобиля используют только электрический мотор, при парковке автомобиля или в подобном случае. Если на шаге 420 контроллер определяет, что ВКД1 не работает в режиме ПН, контроллер может поддерживать работу ВКД1 в режиме ПН и поддерживать включенное состояние цепи обратной связи управления на основе воздушно-топливного отношения на шаге 438.

Если в способе 400 на шаге 430 контроллер определяет, что V_ВКД1>V_{ВКД,ПОР}, то контроллер переходит к шагу 440, на котором контроллер может определить изменение одного или более выходных сигналов ВКД1, соответствующих увеличению значения V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР}. Например, ток Iнак накачки датчика ВКД1 может увеличиваться в качестве реакции на соответствующее увеличение V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР}. Таким образом, на шаге 440 изменение одного или более выходных сигналов ВКД1, например Iнак, может быть определено контроллером и сохранено в памяти. На шаге 450 контроллер может скорректировать выходной сигнал ВКД1 на основе изменения выходного сигнала ВКД1, соответствующего увеличению V_ВКД1выше V_{ВКД,ПОР}. Например, контроллер может вычесть изменение значения Iнак, соответствующее увеличению V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР}, из значения выходного сигнала Iнак, тем самым скорректировав значение Iнак. В результате, скорректированный сигнал Iнак может содержать выходной ток накачки, соответствующий количеству кислорода в потоке отработавших газов, исключая вклад кислорода, созданного за счет диссоциации углекислого газа и воды. Таким образом, на шаге 460 контроллер может рассчитать скорректированное воздушно-топливное отношение λ_{ВКД1,корр} в потоке отработавших газов на основе скорректированного выходного сигнала ВКД1. Таким образом, значение λ_{ВКД1,корр} рассчитано на основе выходного сигнала ВКД1, соответствующего количеству кислорода в потоке отработавших газов, исключая вклад кислорода, полученного за счет диссоциации углекислого газа и воды.

На шаге 470 контроллер может дополнительно рассчитать воздушно-топливное отношение в потоке отработавших газов на основе выходного сигнала λ_ВКД2 второго выпускного кислородного датчика (ВКД2). Как раскрыто выше, ВКД2 может представлять собой кислородный датчик, расположенный в потоке отработавших газов ниже по потоку относительно ВКД1. ВКД2 может содержать НДКОГ, УДКОГ или кислородный датчик другого типа. Например, ВКД2 может содержать датчик НДКОГ, расположенный в выпускном патрубке ниже по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности отработавших газов.

На шаге 480 контроллер может вычислить, является ли разность между значением воздушно-топливного отношения, рассчитанным на основе выходного сигнала ВКД2, и значением воздушно-топливного отношения, рассчитанным на основе выходного сигнала ВКД1, то есть |λ_{ВКД1,корр}-λ_ВКД2|, больше порогового значения разности, знач_ПОР. Если |λ_{ВКД1,корр}-λ_ВКД2|>знач_ПОР, это может свидетельствовать о том, что скорректированное значение λ_{ВКД1,корр} воздушно-топливного отношения, рассчитанное на основе выходного сигнала ВКД1, может нуждаться в дальнейшей корректировке. Если |λ_{ВКД1,корр}-λ_ВКД2|>знач_ПОР, способ 400 переходит к шагу 484, на котором контроллер может скорректировать значение λ_{ВКД1,корр} на основе значения λ_ВКД2 таким образом, чтобы |λ_{ВКД1,корр}-λ_ВКД2|<знач_ПОР. Например, значение знач_ПОР может быть установлено равным 0, а значение λ_{ВКД1,корр} может быть скорректировано посредством установки значения λ_{ВКД1,корр}=λ_ВКД2. В другом примере значение знач_ПОР может быть установлено эквивалентным погрешности измерения значения λ_ВКД2 таким образом, что если значение |λ_{ВКД1,корр}-λ_ВКД2| меньше указанной погрешности измерения, то значение λ_{ВКД1,корр} не может далее корректироваться на основе значения λ_ВКД2. Значение |λ_{ВКД1,корр}-λ_ВКД2| может стать больше значения знач_ПОР в результате совокупных корректировок значения λ_ВКД1. Например, когда значение V_ВКД1 становится больше значения V_{ВКД,ПОР} на шаге 430, может появиться небольшая ошибка, связанная с расчетом изменения выходного сигнала ВКД1, соответствующего увеличению V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР} в результате ограничения чувствительности измерений значений V_ВКД1 и Iнак, временных задержек между увеличением V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР} и измерением соответствующего изменения значения Iнак (или другого выходного сигнала ВКД1) и т.д. Таким образом, с каждым последующим событием, в котором значение V_ВКД1 увеличивается и превышает V_{ВКД,ПОР}, а значение λ_ВКД1 корректируется на шагах 440-460, может накапливаться разность между значениями λ_{ВКД1,корр} и λ_ВКД2. Точность расчета воздушно-топливного отношения в потоке отработавших газов может быть сохранена посредством проверки значения указанной разности на шаге 480 и корректировки значения λ_ВКД1 для указанной разности на основе значения λ_ВКД2. На шаге 490 контроллер поддерживает управление на основе воздушно-топливного отношения в режиме обратной связи на основе значения λ_{ВКД1,корр}. Таким образом, посредством корректировки изменений выходного сигнала ВКД1, обусловленных работой ВКД1 в режиме ПН, и дополнительной корректировки разности между значениями λ_{ВКД1,корр} и λ_ВКД2, контроллер, посредством способа 400, может поддерживать режим управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью, в том числе и во время работы ВКД1 в режиме ПН.

Таким образом, способ для двигателя может содержать, в качестве реакции на первое условие, содержащее увеличение опорного напряжения выше порогового значения напряжения для первого выпускного кислородного датчика, работающего в режиме переменного напряжения, определение изменения выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика, соответствующего увеличению опорного напряжения, корректировку выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика на основе изменения его выходного сигнала и регулирование работы двигателя на основе скорректированного выходного сигнала. Дополнительно или в качестве альтернативы, регулирование работы двигателя на основе скорректированного выходного сигнала содержит определение воздушно-топливного отношения на основе скорректированного выходного сигнала и регулирование работы двигателя на основе воздушно-топливного отношения. Дополнительно или в качестве альтернативы, способ может дополнительно содержать, в качестве реакции на увеличение опорного напряжения, корректировку выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика на основе выходного сигнала второго выпускного кислородного датчика. Дополнительно или в качестве альтернативы, первое условие может дополнительно содержать увеличение тока накачки первого выпускного кислородного датчика выше порогового значения тока. Дополнительно или в качестве альтернативы, способ может дополнительно содержать, во время работы первого выпускного кислородного датчика в режиме переменного напряжения, управление двигателем в режиме с обратной связью на основе воздушно-топливного отношения и, в качестве реакции на увеличение опорного напряжения, поддержание управления двигателем в режиме с обратной связью на основе воздушно-топливного отношения. Дополнительно или в качестве альтернативы, пороговое значение напряжения может содержать напряжение, при превышении которого вода в отработавших газах или углекислый газ в отработавших газах диссоциируют в первом кислородном датчике. Дополнительно или в качестве альтернативы, второй выпускной кислородный датчик может быть расположен ниже по потоку относительно первого выпускного кислородного датчика. Дополнительно или в качестве альтернативы, первый выпускной кислородный датчик может быть расположен выше по потоку относительно устройства снижения токсичности отработавших газов. Дополнительно или в качестве альтернативы, корректировка выходного сигнала первого кислородного датчика на основе изменения выходного сигнала содержит вычитание значения изменения выходного сигнала из значения выходного сигнала.

В другом примере способ может содержать: во время работы двигателя внутреннего сгорания в режиме управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью, корректировку выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика, работающего в режиме переменного напряжения, и определение воздушно-топливного отношения на основе скорректированного выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика. Дополнительно или в качестве альтернативы, способ может дополнительно содержать корректировку выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика в период, когда первый выпускного кислородного датчика работает в состоянии повышенного напряжения. Дополнительно или в качестве альтернативы, корректировка выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика может содержать определение изменения выходного сигнала, соответствующего увеличению опорного напряжения первого выпускного кислородного датчика от состояния пониженного напряжения до состояния повышенного напряжения, и вычитание значения изменения выходного сигнала из значения выходного сигнала. Дополнительно или в качестве альтернативы, корректировка выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика может дополнительно содержать корректировку выходного сигнала на основе выходного сигнала второго выпускного кислородного датчика. Дополнительно или в качестве альтернативы, первый выпускной кислородный датчик может быть расположен выше по потоку относительно второго выпускного кислородного датчика. Дополнительно или в качестве альтернативы, состояние повышенного напряжения может соответствовать напряжению, при котором происходит диссоциация воды в отработавших газах или углекислого газа в отработавших газах с образованием кислорода.

На фиг. 5 показана временная диаграмма 500, изображающая изменения расчетных значений воздушно-топливного отношения при изменении параметров работы автомобиля, использующего один или более выпускных кислородных датчиков. Временная диаграмма 500 содержит линии тренда для состояния 504 режима управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью, состояния 508 режима ПН для ВКД1, значения V_BKД1 510, нескорректированного тока Iнак 520 накачки для ВКД1, скорректированного значения Iнак_корр 526 для ВКД, нескорректированного воздушно-топливного отношения λ_ВКД1 530 на основе выходного сигнала ВКД1, скорректированного воздушно-топливного отношения λ_{ВКД1,корр} 534, воздушно-топливного отношения λ_ВКД2 538 на основе выходного сигнала ВКД2, разности расчетного значения воздушно-топливного отношения (|λ_{ВКД1,корр}-λ_ВКД2|) 540 и количества 550 впрыскиваемого в цилиндры двигателя топлива. Также показаны значение V_{ВКД,ПОР} 512, пороговое значение Iнак_ПОР 522 тока накачки, изменения 528 значения Iнак (соответствующие увеличению V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР}) и значение знач_ПOP 542. В качестве примера ВКД1 может представлять собой УДКОГ с возможностью работать в режиме ПН и может быть расположен выше по потоку относительно устройства снижения токсичности отработавших газов. В примере, соответствующем временной диаграмме 500, ВКД2 может содержать НДКОГ с возможностью работать при стехиометрическом отношении (λ=1). На временной диаграмме 500 значение λ_ВКД2 538 показано смещенным несколько ниже значения λ=1 для большей наглядности. В других примерах систем автомобиля ВКД2 может содержать УДКОГ или НДКОГ, или кислородный датчик другого типа, расположенный ниже по потоку относительно ВКД1. Нескорректированный ток Iнак 520 накачки ВКД1 и нескорректированное воздушно-топливное отношение λ_ВКД1 на основе выходного сигнала ВКД1 показаны на временной диаграмме 500 для большей наглядности. Посредством сравнения значений Iнак и Iнак_корр, а также значений λ_ВКД1 и λ_{ВКД1,корр} преимущества корректировки тока накачки ВКД1 в качестве реакции на увеличение V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР} во время работы ВКД1 в режиме переменного напряжения могут быть показаны в более очевидной форме. В частности, точность значений воздушно-топливного отношения, рассчитанных на основе выходного сигнала датчика отработавших газов может быть сохранена, а режим управления двигателем по топливу с обратной связью может быть поддержан в работающем состоянии даже в период, когда выпускной кислородный датчик работает в режиме ПН, что позволяет уменьшить выбросы вредных веществ из двигателя, увеличить экономию топлива и улучшить дорожные качества автомобиля.

До момента t1 времени режим управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью отключен, что свидетельствует о том, что автомобиль может работать в режиме электропривода или автомобиль может выполнять парковку и т.п. В момент t1 времени включают режим управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью, и контроллер начинает отслеживать значение V_ВКД1 и один или более выходных сигналов от ВКД1, в том числе значение Iнак. Количество впрыскиваемого топлива относительно постоянно на пониженном уровне до момента t1 времени и до момента t2a времени. После момента t1 времени контроллер также начинает расчет λ_ВКД1 на основе выходного сигнала ВКД1 (например, Iнак). В момент t2 времени включают режим ПН для ВКД1. ВКД1 может использоваться в режиме переменного напряжения по различным причинам, указанным выше, в том числе для определения влажности, содержания воды или содержания спирта в потоке отработавших газов. В момент t2 времени режим управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью оставляют включенным, и поэтому контроллер продолжает процесс расчета выпускного воздушно-топливного отношения.

Показано, что значение V_ВКД1 увеличивается от состояния первого, пониженного, опорного напряжения до состояния второго, повышенного, опорного напряжения выше значения V_BKД,ПОР в момент t2 времени, обеспечивая соответствующее увеличение одного или более выходных сигналов ВКД1, в том числе тока Iнак 520 накачки. Значение V_{ВКД,ПОР} может представлять собой напряжение, при превышениие которого происходит диссоциация воды в отработавших газах и/или углекислого газа в отработавших газах с образованием кислорода. Например, нескорректированное воздушно-топливное отношение 530, рассчитанное на основе нескорректированного сигнала Iнак 520, изменяется вследствие наличия кислорода, полученного в результате диссоциации воды в отработавших газах и/или углекислого газа в отработавших газах. Например, контроллер может компенсировать вклад дополнительно полученного кислорода в отработавших газах посредством корректировки значения воздушно-топливного отношения, рассчитанного на основе выходного сигнала ВКД1. В момент t2 времени, в качестве реакции на значение V_ВКД1>V_{ВКД,ПОР}, контроллер может определить увеличение Iнак 528, соответствующее увеличению V_ВКД1>V_{ВКД,ПОР} в момент t2 времени. Затем контроллер может вычесть значение увеличения Iнак 528, соответствующее увеличению V_ВКД1>V_{ВКД,ПОР} в момент t2 времени, как показано посредством скорректированного выходного сигнала тока Iнак 526 накачки. Как показано на временной диаграмме 500 в момент t2 времени скорректированный сигнал 526 тока накачки остается на уровне значения Iнак непосредственно перед моментом t2 времени, когда вода в отработавших газах и/или углекислый газ в отработавших газах не диссоциированы. Вследствие этого контроллер может точно рассчитать скорректированное воздушно-топливное отношение λ_{ВКД1,корр} 534 на основе скорректированного выходного сигнала Iнак от ВКД1. Благодаря тому, что значение λ_{BКД1,корр} 534 вовремя корректируют с учетом количества кислорода, полученного за счет диссоциации воды в отработавших газах и/или углекислого газа в отработавших газах, значение λ_{BКД1,корр} может быть использовано в качестве входных данных для цепи обратной связи управления на основе воздушно-топливного отношения во время работы ВКД1 в режиме ПН. Между моментами t2 и t3 времени разность 540 между значениями λ_{BКД1,корр} и λ_BКД2 меньше (например, ~0) значения знач_ПОР. Таким образом, значение λ_{BКД1,корр} больше не корректируется контроллером на основе λ_BКД2.

В момент t2a времени количество 550 впрыскиваемого в цилиндры двигателя топлива увеличивают до повышенного уровня. Вследствие того, что первый выпускной кислородный датчик продолжают использовать в режиме переменного напряжения, опорное напряжение ВКД1 остается на том же самом повышенном уровне. Однако, вследствие увеличения количества 550 впрыскиваемого топлива в момент t2a времени нескорректированное значение 520 выходного тока накачки в кислородном датчике может уменьшиться в момент t2a времени в результате увеличения количества топлива по сравнению с воздухом в отработавших газах (что, например, может указывать на пониженную концентрацию кислорода). Как было раскрыто ранее, ток накачки может непосредственно зависеть от концентрации кислорода в отработавших газах, а увеличение количества впрыскиваемого топлива может привести к уменьшению концентрации кислорода в отработавших газах, что может привести к уменьшению тока накачки. Уменьшение тока накачки может привести к эквивалентному уменьшению как нескорректированного значения 520 тока накачки, так и к уменьшению скорректированного значения 526 тока накачки. Из-за того, что опорное напряжение V_ВКД1 не увеличивается от значения ниже V_{ВКД,ПОР} до значения выше V_{ВКД,ПОР} в момент t2a времени, никаких дополнительных коррекций сигнала тока накачки не выполняют. В качестве реакции на уменьшение значения 526 тока накачки, значения воздушно-топливного отношения, рассчитанного на основе выходного сигнала ВКД1 (λ_ВКД1, λ_{ВКД1,корр}) и ВКД2 (λ_ВКД2), также уменьшаются в момент t2a времени, что отражает пониженную концентрацию кислорода в потоке отработавших газов в результате увеличения количества впрыскиваемого топлива. В момент t3 времени значение V_ВКД1 уменьшается от состояния второго, повышенного, опорного напряжения, выше значения V_{ВКД,ПОР}, до состояния первого, пониженного, опорного напряжения, ниже значения V_{ВКД,ПОР}, а количество 550 впрыскиваемого топлива уменьшается обратно к его первоначальному уровню до момента t2a времени. В результате, значение Iнак тока накачки (скорректированное и нескорректированное) и значения воздушно-топливного отношения, рассчитанные на основе выходного сигнала ВКД1 и ВКД2, возвращаются к их первоначальным уровням до момента t2 времени. Различия между нескорректированным значением 520 тока накачки и скорректированным значением 520 тока накачки, а также нескорректированным значением воздушно-топливного отношения 530 и скорректированным значением воздушно-топливного отношения 534 на временной диаграмме 500 показывают, как посредством коррекции значения тока накачки в качестве реакции на значение V_ВКД1>V_{ВКД,ПОР} может быть сохранена точность расчета воздушно-топливного отношения и как может быть сохранена надежность цепи обратной связи управления двигателем на основе воздушно-топливного отношения во время работы первого выпускного кислородного датчика в режиме переменного напряжения.

Сразу после момента t4 времени значение V_ВКД1 снова увеличивается от состояния первого, пониженного, опорного напряжения, ниже значения V_{ВКД,ПОР}, до состояния второго, повышенного, опорного напряжения, выше значения V_{ВКД,ПОР}, что обеспечивает соответствующее увеличение одного или более выходных сигналов ВКД1, в том числе тока Iнак 520 накачки. Значение V_{ВКД,ПОР} может представлять собой напряжение, при превышении которого происходит диссоциация воды в отработавших газах и/или углекислого газа в отработавших газах с образованием кислорода. В связи с этим нескорректированное воздушно-топливное отношение 530, рассчитанное на основе нескорректированного сигнала Iнак 520 изменяется вследствие наличия кислорода, полученного в результате диссоциации воды в отработавших газах и/или углекислого газа в отработавших газах. В этой связи контроллер может компенсировать значение дополнительно полученного кислорода в отработавших газах посредством корректировки значения воздушно-топливного отношения, рассчитанного на основе выходного сигнала ВКД1. В момент t4 времени один или более выходных сигналов, например Iнак, могут увеличиваться в качестве реакции на увеличение V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР}. Также, в качестве реакции на увеличение V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР} контроллер может определить увеличение Iнак 528, соответствующее увеличению V_ВКД1>V_{ВКД,ПОР} в момент t4 времени. Затем контроллер может скорректировать значение Iнак посредством вычитания значения увеличения Iнак 528, соответствующего увеличению V_ВКД1>N_{ВКД,ПОР} в момент t4 времени, как показано посредством скорректированного выходного сигнала Iнак 526 тока накачки. В момент времени t4 контроллер может рассчитать скорректированное воздушно-топливное отношение на основе скорректированного выходного сигнала ВКД1, то есть значения λ_{ВКД1,корр}. Как показано на временной диаграмме 500, скорректированное расчетное значение воздушно-топливного отношения 530 резко возрастает при увеличении V_BKД1 выше V_{ВКД,ПОР} в момент t4 времени. В то же время скорректированное воздушно-топливное отношение 534, определенное на основе скорректированного сигнала Iнак 526 расположено намного ближе к расчетному значению воздушно-топливного отношения перед моментом t4 времени, то есть перед увеличением значения V_ВКД1 выше V_{ВКД,ПОР}.

В момент t4 времени (и непосредственно сразу после момента t4 времени, как показано на временной диаграмме 500 для наглядности) скорректированное воздушно-топливное отношение 534 остается смещенным относительно воздушно-топливного отношения λ_ВКД2 538, рассчитанного на основе выходного сигнала ВКД2. В качестве реакции на то, что значение разности |λ_{ВКД1,корр}-λ_ВКД2| в момент t4 времени больше значения знач_ПОР 542, контроллер может дополнительно скорректировать значение λ_{ВКД1,корр} на основе λ_ВКД2 таким образом, что указанная разность уменьшится ниже значения знач_ПОР. Например, контроллер может установить значение λ_{ВКД1,корр} = λ_ВКД2, как показано на временной диаграмме 500, сразу после момента t4 времени, когда указанная разность уменьшается до 0. Таким образом, расчетное значение воздушно-топливного отношения λ_{ВКД1,корр} может быть использовано в качестве входных данных в цепи обратной связи управления на основе воздушно-топливного отношения, и может быть поддержана надежная работа цепи обратной связи управления на основе воздушно-топливного отношения во время работы первого выпускного кислородного датчика в режиме переменного напряжения. В момент t5 времени значение V_ВКД1 уменьшается от состояния второго, повышенного, опорного напряжения, большего, чем V_{ВКД,ПОР}, до состояния первого, пониженного, опорного напряжения, меньшего, чем V_{ВКД,ПОР}, и при этом выходной сигнал ВКД1, то есть Iнак, уменьшается. Различия между нескорректированным значением 520 тока накачки и скорректированным значением 520 тока накачки, а также нескорректированным значением 530 воздушно-топливного отношения и скорректированным значением 534 воздушно-топливного отношения на временной диаграмме 500 показывают, как посредством коррекции значения тока накачки в качестве реакции на значение V_BКД1>V_{ВКД,ПОР} может быть сохранена точность расчета воздушно-топливного отношения и как может быть сохранена надежность цепи обратной связи управления двигателем на основе воздушно-топливного отношения во время работы первого выпускного кислородного датчика в режиме переменного напряжения.

Таким образом, система двигателя может содержать: двигатель; первый выпускной кислородный датчик, расположенный в выпускном патрубке двигателя; и контроллер, содержащий исполняемые инструкции, обеспечивающие, во время работы двигателя в режиме управления на основе воздушно-топливного отношения с обратной связью, корректировку выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика, работающего в режиме переменного напряжения, и определение воздушно-топливного отношения на основе скорректированного выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика. Дополнительно или в качестве альтернативы, исполняемые инструкции могут дополнительно содержать корректировку выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика во время работы первого выпускного кислородного датчика в состоянии повышенного напряжения. Дополнительно или в качестве альтернативы, корректировка выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика может содержать определение изменения выходного сигнала, соответствующего увеличению опорного напряжения первого выпускного кислородного датчика от состояния пониженного напряжения до состояния повышенного напряжения, и вычитание значения изменения выходного сигнала из значения выходного сигнала. Дополнительно или в качестве альтернативы, система двигателя может дополнительно содержать второй выпускной кислородный датчик, расположенный в выпускном патрубке двигателя, причем корректировка выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика дополнительно содержит корректировку выходного сигнала на основе выходного сигнала второго выпускного кислородного датчика. Дополнительно или в качестве альтернативы, первый выпускной кислородный датчик может содержать датчик УДКОГ, а второй выпускной кислородный датчик содержит датчик НДКОГ.

Таким образом, системы и способ, раскрытые здесь, позволяют повысить точность расчета воздушно-топливного отношения во время работы кислородного датчика отработавших газов в режиме переменного напряжения, в котором датчик регулируют в диапазоне между состоянием первого, пониженного, напряжения, которое меньше порогового значения напряжения, и состоянием второго, повышенного, напряжения, которое больше порогового значения напряжения. В частности, точность определения воздушно-топливного отношения может быть увеличена, когда кислородный датчик используют при опорном напряжении, достаточно высоком для диссоциации водяного пара и/или углекислого газа. Кислородный датчик может быть регулируем в диапазоне между первым, пониженным, опорным напряжением, не обеспечивающим диссоциацию водяного пара и углекислого газа, и вторым, повышенным, напряжением, обеспечивающим диссоциацию водяного пара и, в качестве варианта, обеспечивающим диссоциацию углекислого газа. Во время работы при втором, повышенном, напряжении, выходные сигналы кислородного датчика в виде тока накачки (Iнак) могут быть искажены в результате дополнительного вклада в значение концентрации кислорода из диссоциированого водяного пара и/или углекислого газа. Воздушно-топливное отношение может быть рассчитано посредством сравнения тока накачки кислородного датчика с выходным сигналом кислородного датчика во время события отсутствия подачи топлива, например во время события отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ). Таким образом, на точность расчета воздушно-топливного отношения может повлиять точность кислородного датчика. Например, расчетные значения воздушно-топливного отношения могут быть занижены, когда кислородный датчик работает при втором, повышенном, опорном напряжении. Контроллер может скорректировать ток накачки выпускного кислородного датчика, работающего в режиме переменного напряжения посредством вычитания значения изменения тока накачки, соответствующего увеличению опорного напряжения выше порогового значения напряжения. Кроме того, контроллер может скорректировать значение воздушно-топливного отношения, рассчитанное на основе выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика, посредством использования значения воздушно-топливного отношения, рассчитанного на основе выходного сигнала второго выпускного кислородного датчика. Таким образом, может быть сохранена точность значений воздушно-топливного отношения, рассчитанных на основе выходного сигнала датчика отработавших газов, и может быть поддержана работа цепи обратной связи управления двигателем по топливу даже при работе выпускного кислородного датчика в режиме ПН, что позволяет уменьшить выбросы вредных веществ из двигателя, увеличить экономию топлива и улучшить дорожные качества автомобиля.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы 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 исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами 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.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Реферат

Изобретение относится к способам и системам для управления датчиком отработавших газов переменного напряжения для двигателя внутреннего сгорания. Способ содержит шаги, на которых обеспечивают работу первого выпускного кислородного датчика в режиме переменного напряжения (ПН), включающем варьирование опорного напряжения первого выпускного кислородного датчика, и в качестве реакции на первое условие, содержащем увеличение опорного напряжения первого выпускного кислородного датчика с превышением порогового значения напряжения, определяют изменение выходного сигнала первого выпускного кислородного датчика, соответствующее увеличению опорного напряжения, корректируют выходной сигнал первого выпускного кислородного датчика на основе изменения его выходного сигнала и регулируют работу двигателя на основе скорректированного выходного сигнала. Таким образом, точность расчета воздушно-топливного отношения на основе выходного сигнала датчика отработавших газов может быть сохранена, а режим управления двигателем по топливу с обратной связью может быть поддержан работающим даже в период, когда выпускной кислородный датчик работает в режиме ПН, что позволяет уменьшить выбросы вредных веществ из двигателя, увеличить экономию топлива и улучшить дорожные качества автомобиля. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула