Способы для двигателя (варианты) - RU2663678C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящая заявка в целом относится к коррекции передаточной функции по этиловому спирту для датчика кислорода двигателя внутреннего сгорания, чтобы компенсировать изменчивость показаний.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Датчики кислорода всасываемого воздуха и/или отработавших газов могут эксплуатироваться, чтобы давать показания различных составляющих отработавших газов. Например, в US 2012/0037134 описывается выявление разбавления на впуске двигателя с использованием датчика кислорода всасываемого воздуха. В альтернативных подходах, разбавление в двигателе может оцениваться датчиком кислорода отработавших газов. Оцененное разбавление в двигателе может использоваться для настройки различных рабочих параметров двигателя, таких как топливоснабжение и топливовоздушное соотношение. В качестве еще одного примера, в US 5145566 описывается выявление содержания воды в отработавших газах с использованием датчика кислорода отработавших газов. В альтернативных подходах, содержание воды в отработавших газах, рециркулированных на впуск двигателя (EGR), может оцениваться с использованием датчика кислорода всасываемых газов. Содержание воды, оцененное с использованием датчика кислорода всасываемых или отработавших газов, может использоваться для определения влажности окружающей среды во время работы двигателя. Кроме того еще, содержание воды может использоваться для определения содержания спирта в топливе, сжигаемом в двигателе.

Однако авторы изобретения выявили, что датчики кислорода (оба датчика кислорода - всасываемого воздуха и отработавших газов) могут иметь значительную изменчивость показаний. Например, без какой бы то ни было компенсации, изменчивость измерения кислорода датчиком может находиться в диапазоне 15%. Эта изменчивость выходного сигнала датчика может приводить к существенной ошибке измерения содержания спирта в топливе и разбавления в двигателе. Например, на основании изменчивости датчика, передаточная функция по спирту (используемая для оценки содержания спирта в топливе на основании выходного сигнала датчика кислорода) может разниться. Если используется известная передаточная функция для номинального датчика, содержание спирта в топливе может переоцениваться или недооцениваться. По существу, чтобы правильно измерять содержание спирта в топливе, выходной сигнал датчика кислорода необходимо компенсировать на эту изменчивость показаний, которая находится под влиянием не только длительности работы датчика, но также условий окружающей среды (в частности, уровней влажности окружающей среды), а также наличия дополнительных разбавителей (таких как пары продувки или вентиляции картера).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеприведенные проблемы могут быть решены, и точность оценки содержания спирта в топливе датчиком кислорода (всасываемого воздуха или отработавших газов) может улучшаться посредством способа, который лучше компенсирует изменчивость показаний датчика.

В одном аспекте настоящего изобретения раскрывается способ для двигателя, содержащий этапы, на которых: при выбранных условиях, эксплуатируют датчик кислорода на более низком опорном напряжении, чтобы формировать первый выходной сигнал, и на более высоком опорном напряжении, чтобы формировать второй выходной сигнал; и настраивают параметр на основании содержания спирта, причем содержание спирта в топливе, сжигаемом в двигателе, оценивают на основании каждого из первого выходного сигнала и изученного поправочного коэффициента для датчика, основанного на втором выходном сигнале, причем второй выходной сигнал указывает показание сухого воздуха даже при отличающихся условиях влажности.

В одном из вариантов осуществления более низкое опорное напряжение не вызывает диссоциацию молекул воды, и при этом более высокое опорное напряжение вызывает диссоциацию молекул воды, и при этом упомянутый параметр является требуемым топливовоздушным соотношением для сгорания в двигателе.

В одном из вариантов осуществления первый выходной сигнал включает в себя первый ток накачки, сформированный в ответ на эксплуатацию на более низком опорном напряжении, и при этом второй выходной сигнал включает в себя второй ток накачки, сформированный в ответ на эксплуатацию на более высоком опорном напряжении.

В одном из вариантов осуществления первый выходной сигнал указывает показание кислорода влажного воздуха.

В одном из вариантов осуществления поправочный коэффициент является коэффициентом, который компенсирует изменчивость показаний датчика, и при этом изучение поправочного коэффициента на основании второго выходного сигнала включает в себя этап, на котором изучают поправочный коэффициент на основании соотношения эталонного выходного сигнала датчика относительно второго выходного сигнала.

В одном из вариантов осуществления эталонная передаточная функция по спирту датчика основана на эталонном выходном сигнале датчика.

В одном из вариантов осуществления оценка содержания спирта в топливе на основании каждого из первого выходного сигнала и изученного поправочного коэффициента включает в себя этапы, на которых: корректируют эталонную передаточную функцию по спирту датчика на основании изученного поправочного коэффициента; и применяют скорректированную передаточную функцию по спирту к первому выходному сигналу датчика.

В одном из вариантов осуществления датчик кислорода является универсальным датчиком кислорода отработавших газов, присоединенным к выпускному коллектору двигателя выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов.

В одном из вариантов осуществления выбранные условия включают в себя условия без топливоснабжения двигателя, причем условия без топливоснабжения двигателя включают в себя событие перекрытия топлива при замедлении, и причем более высокое опорное напряжение равно 950 мВ.

В одном из вариантов осуществления датчик кислорода является датчиком кислорода всасываемого воздуха, присоединенным к впускному коллектору двигателя выше по потоку от компрессора в системе впуска.

В одном из вариантов осуществления выбранные условия включают в себя активацию рециркуляции отработавших газов (EGR) и отсутствие приема газов продувки или вентиляции картера во впускном коллекторе.

В другом аспекте настоящего изобретения раскрывается способ для двигателя, содержащий этапы, на которых: в условиях без топливоснабжения двигателя, прикладывают каждое из первого, более низкого, и второго, более высокого, напряжения к датчику кислорода отработавших газов; изучают поправочный коэффициент для датчика на основании соотношения первого и второго выходных сигналов, сформированных при прикладывании первого и второго напряжений, соответственно; и оценивают содержание этилового спирта в топливе, сжигаемом в двигателе, посредством применения изученного поправочного коэффициента к передаточной функции на основании первого выходного сигнала, причем второе напряжение выбирают таким образом, чтобы второй выходной сигнал был одинаковым даже при отличающихся условиях влажности.

В одном из вариантов осуществления условия без топливоснабжения двигателя включают в себя событие перекрытия топлива при замедлении, причем способ дополнительно содержит этап, на котором настраивают рабочий параметр двигателя на основании оцененного содержания этилового спирта в топливе, причем упомянутый параметр включает в себя топливовоздушное соотношение для сгорания.

В одном из вариантов осуществления первое, более низкое напряжение является напряжением, которое не вызывает диссоциацию молекул воды, и при этом второе, более высокое напряжение является напряжением, которое вызывает частичную диссоциацию молекул воды.

В одном из вариантов осуществления первый выходной сигнал включает в себя первый ток накачки, сформированный в ответ на прикладывание первого, более низкого напряжения, первый выходной сигнал указывает количество кислорода влажного воздуха, и при этом второй выходной сигнал включает в себя второй ток накачки, сформированный в ответ на прикладывание второго, более высокого напряжения, второй выходной сигнал указывает количество кислорода сухого воздуха.

В одном из вариантов осуществления датчик кислорода отработавших газов расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов и выше по потоку от входа канала EGR, выполненного с возможностью рециркулировать отработавшие остаточные газы из выпускного коллектора во впускной коллектор двигателя.

В другом аспекте настоящего изобретения раскрывается способ для двигателя, содержащий этапы, на которых: в то время как газы продувки и вентиляции картера не засасываются в двигатель, прикладывают каждое из первого, более низкого, и второго, более высокого, напряжения к датчику кислорода всасываемого воздуха; изучают поправочный коэффициент для датчика на основании соотношения первого и второго выходных сигналов, сформированных при прикладывании первого и второго напряжений, соответственно; и оценивают содержание этилового спирта в топливе, сжигаемом в двигателе, посредством применения изученного поправочного коэффициента к передаточной функции на основании первого выходного сигнала, причем второй выходной сигнал указывает показание сухого воздуха даже при отличающихся условиях влажности.

В одном из вариантов осуществления первое, более низкое напряжение является напряжением, которое не вызывает диссоциацию молекул воды, и при этом второе, более высокое напряжение является напряжением, которое вызывает диссоциацию молекул воды.

В одном из вариантов осуществления первый выходной сигнал включает в себя первый ток накачки, сформированный в ответ на прикладывание первого, более низкого напряжения, первый выходной сигнал указывает количество кислорода влажного воздуха, и при этом второй выходной сигнал включает в себя второй ток накачки, сформированный в ответ на прикладывание второго, более высокого напряжения, второй выходной сигнал указывает количество кислорода сухого воздуха.

В одном из вариантов осуществления датчик кислорода всасываемого воздуха расположен выше по потоку от впускного дросселя и ниже по потоку от выхода канала EGR, выполненного с возможностью рециркулировать отработавшие остаточные газы из выпускного коллектора во впускной коллектор двигателя.

В одном из примеров, при выбранных условиях, датчик кислорода эксплуатируется для определения показания датчика кислорода с поправкой на условия сухого воздуха. Например, в условиях, когда газы продувки и вентиляции картера не засасываются во впускной коллектор двигателя, опорное напряжение датчика кислорода всасываемого воздуха может модулироваться. В качестве альтернативы, в вариантах осуществления, где датчик кислорода является датчиком кислорода отработавших газов, выбранные условия могут включать в себя условия без топливоснабжения двигателя, таких как событие перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Более точно, опорное напряжение датчика кислорода может повышаться с первого, более низкого напряжения, при котором выходной сигнал (например, ток накачки) является представляющим показание кислорода во влажных условиях, до второго, более высокого напряжения, при котором выходной сигнал (например, ток накачки) является представляющим показание кислорода в сухом воздухе. Показание кислорода сухого воздуха (второй выходной сигнал) затем используется для определения поправки передаточной функции по спирту. Передаточная функция с поправкой и показание кислорода влажного воздуха (первый выходной сигнал) затем могут использоваться для оценки содержания спирта в топливе. Оцененное содержание спирта в топливе затем может использоваться для оценки рабочего параметра двигателя, такого как требуемое топливовоздушное соотношение для сгорания. В качестве примера, контроллер может настраивать поправку топливовоздушного соотношения на основании оцененного содержания спирта в топливе.

Таким образом, улучшается надежность датчика кислорода. Кроме того, изменчивость показаний датчика кислорода всасываемого воздуха или отработавших газов может лучше изучаться, в том числе, изменчивость показаний, обусловленная старением датчика. Посредством изучения изменчивости, необходимость в компенсирующем резисторе, выполненном с возможностью компенсировать изменчивость показаний, устраняется, что дает выигрыш от снижения себестоимости и сокращения материалозатрат. Посредством использования оценки кислорода сухого воздуха, выдаваемой датчиком кислорода, для внесения поправки в передаточную функцию по спирту, неравномерности оценки этилового спирта в топливе могут уменьшаться. В общем и целом, достоверность выходного сигнала датчика повышается. Кроме того, также повышается точность оценки спирта в топливе на основании выходного сигнала датчика кислорода. Поскольку выходной сигнал датчика и оценка спирта в топливе используются для настройки различных рабочих параметров двигателя, улучшаются общие рабочие характеристики двигателя.

Следует понимать, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании, которое следует далее. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-нибудь недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает принципиальную схему двигателя, включающего в себя датчик кислорода отработавших газов и датчик кислорода всасываемого воздуха.

Фиг. 2 показывает принципиальную схему примерного датчика кислорода.

Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для точной оценки количества спирта в топливе наряду с внесением поправки в передаточную функцию по спирту на влияние разброса показаний.

Фиг. 4 показывает график, изображающий выходной сигнал датчика кислорода в различных условиях влажности относительно приложенного напряжения.

Фиг. 5 показывает график, изображающий влияние изменчивости показаний на оценку этилового спирта в топливе.

Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для управления двигателем на основании выходного сигнала датчика кислорода всасываемых или отработавших газов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Последующее описание относится к способу для определения количества спирта в топливной смеси (например, этилового спирта и бензина) на основании выходных сигналов с датчика всасываемого воздуха или отработавших газов, такого как датчик кислорода. Например, датчик может эксплуатироваться на первом, более низком напряжении, чтобы получать первый выходной сигнал, который указывает показание кислорода влажного воздуха. Затем датчик может эксплуатироваться на втором, более высоком напряжении, чтобы получать второй выходной сигнал, который указывает показание кислорода сухого воздуха. Передаточная функция по спирту может подвергаться внесению поправке на основании показания кислорода сухого воздуха, а затем первый выходной сигнал может подвергаться поправке на основании передаточной функции по спирту с поправкой, чтобы определить спирт в топливе, впрыскиваемом в двигатель. Таким образом, изменчивость показаний разных датчиков кислорода может подавляться, из условия чтобы могло определяться более точное показание содержания спирта в топливе. В одном из примеров рабочие параметры двигателя, такие как установка момента зажигания и/или величина впрыска топлива, могут настраиваться на основании выявленного количества спирта в топливе. Таким образом, рабочие характеристики двигателя, экономия топлива и/или выбросы могут поддерживаться или улучшаться, несмотря на меняющиеся количества спирта в топливе.

Далее, со ссылкой на фиг. 1, проиллюстрирована принципиальная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 (то есть цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.

В этом примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.

В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 30, включающий в себя одну топливную форсунку 66. Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем, также указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 30 сгорания.

Следует принимать во внимание, что в альтернативном варианте осуществления форсунка 66 может быть форсункой оконного впрыска, выдающей топливо во впускное окно выше по потоку от цилиндра 30. Следует принимать во внимание, что цилиндр 30 может принимать топливо из множества форсунок, таких как множество форсунок оконного впрыска, множество форсунок непосредственного впрыска или их комбинацию.

Топливный бак в топливной системе 172 может хранить топливо с разными качествами топлива, такими как разные составы топлива. Эти различия могут включать в себя разное содержание спиртов, разное октановое число, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их комбинацию и т. д. Двигатель может использовать спиртосодержащую топливную смесь, такую как E85 (которая состоит приблизительно из 85% этилового спирта и 15% бензина) или M85 (которая состоит приблизительно из 85% метилового спирта и 15% бензина). В качестве альтернативы, двигатель может работать с другими соотношениями бензина и этилового спирта, хранимых в баке, в том числе бензина 100% или этанола 100%, и переменными соотношениями между ними, в зависимости от содержания спиртов топлива, добавляемого водителем в бак. Более того, характеристики топлива топливного бака могут часто меняться. В одном из примеров водитель может пополнять топливный бак с помощью E85 в один день, а E10 в следующий и E50 в следующий. По существу, на основании уровня и состава топлива, оставшегося в баке, во время дозаправки, состав в топливном баке может динамически изменяться.

Изменения изо дня в день при дозаправке бака, таким образом, могут давать в результате часто меняющийся состав топлива у топлива в топливной системе 172, тем самым оказывая влияние на состав топлива и/или качество топлива, подаваемое форсункой 66. Разные составы топлива, впрыскиваемые форсункой 66, в материалах настоящей заявки могут указываться ссылкой как тип топлива. В одном из примеров разные составы топлива могут качественно описываться своей номинальной характеристикой октанового числа по исследовательскому методу (RON), процентным содержанием спиртов, процентным содержанием этилового спирта и т. д.

Следует принимать во внимание, что несмотря на то что в одном из вариантов осуществления двигатель может приводиться в действие посредством впрыска переменной смеси топлива через форсунку непосредственного впрыска, в альтернативных вариантах осуществления двигатель может приводиться в действие посредством использования двух форсунок и изменения относительного количества впрыска из каждой форсунки. Кроме того, будет принято во внимание, что, при эксплуатации двигателя с наддувом из устройства наддува, такого как турбонагнетатель или нагнетатель (не показан), предельное значение наддува может повышаться по мере того, как увеличивается содержание спиртов переменной смеси топлива.

Продолжая по фиг. 1, впускной канал 42 может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 62, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, среди других цилиндров двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя. Впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.

Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут эксплуатироваться в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.

Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик NO_x, HC или CO. Устройство 70 снижения токсичности выбросов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NO_x, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности выбросов может периодически восстанавливаться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливо/воздушного соотношения.

Как показано в примере по фиг. 1, система дополнительно включает в себя датчик 127 всасываемого воздуха, присоединенный к впускному каналу 44. Датчик 127 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик NO_x, HC или CO.

Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (EGR) может направлять требуемую порцию отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 44 через канал 140 EGR. Количество EGR, выдаваемой во впускной канал 44, может меняться контроллером 12 посредством клапана 142 EGR. Кроме того, датчик 144 EGR может быть скомпонован внутри канала 140 EGR и может выдавать показание одного или более из давления, температуры, концентрации отработавших газов. В некоторых условиях, система EGR может использоваться для стабилизации температуры смеси воздуха и топлива в пределах камеры сгорания, таким образом, предусматривая способ регулирования установки момента воспламенения во время некоторых режимов сгорания. Кроме того, во время некоторых условий, часть отработавших газов может удерживаться или захватываться в камере сгорания посредством регулирования установки фаз распределения выпускных клапанов, к примеру, посредством управления механизмом регулируемой установки фаз клапанного распределения.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение засасываемого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP.

Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.

Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.

Затем, фиг. 2 показывает схематический вид примерного варианта осуществления датчика 200 кислорода, выполненного с возможностью измерять концентрацию кислорода (O₂) в потоке всасываемого воздуха во впускном канале или потоке отработавших газов в выпускном канале. Датчик 200, например, может действовать в качестве датчика 126 UEGO по фиг. 1. Датчик 200 содержит множество слоев одного или более керамических материалов, скомпонованных в уложенной стопой конфигурации. В варианте осуществления по фиг. 2, пять керамических слоев изображены в качестве слоев 201, 202, 203, 204 и 205. Эти слои включают в себя один или более слоев твердого электролита, способного к проведению тока ионов кислорода. Примеры пригодных твердых электролитов включают в себя, но не в качестве ограничения, основанные на оксиде циркония материалы. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления нагреватель 207 может быть расположен в тепловой связи со слоями для повышения ионной проводимости слоев. Несмотря на то, что изображенный датчик кислорода сформирован из пяти керамических слоев, следует принимать во внимание, что датчик кислорода может включать в себя другие пригодные количества керамических слоев.

Слой 202 включает в себя материал или материалы, создающие диффузионный тракт 210. Диффузионный тракт 210 выполнен с возможностью вводить отработавшие газы в первую внутреннюю полость 222 с помощью диффузии. Диффузионный тракт 210 может быть выполнен с возможностью предоставлять одной или более составляющих всасываемого воздуха или отработавших газов, в том числе, но не в качестве ограничения, исследуемому веществу (например, O₂), диффундировать во внутреннюю полость 222 с большей степенью ограничения, чем исследуемое вещество может закачиваться или выкачиваться парой 212 и 214 электродов накачки. Таким образом, стехиометрический уровень O₂ может получаться в первой внутренней полости 222.

Датчик 200 дополнительно включает в себя вторую внутреннюю полость 224 внутри слоя 204, отделенную от первой внутренней полости 222 слоем 203. Вторая внутренняя полость 224 выполнена с возможностью поддерживать постоянное парциальное давление кислорода, эквивалентное стехиометрическому состоянию, например, уровень кислорода, присутствующий во второй внутренней полости 224, равен тому, который всасываемый воздух или отработавшие газы имели бы, если бы топливовоздушное соотношение было стехиометрическим. Концентрация кислорода во второй внутренней полости 224 удерживается постоянной посредством напряжения V_cp накачки. В материалах настоящей заявки, вторая внутренняя полость 224 может указываться ссылкой как опорная ячейка.

Пара электродов 216 и 218 считывания расположена в сообщении с первой внутренней полостью 222 и опорной ячейкой 224. Пара 216 и 218 электродов считывания выявляет градиент концентрации, который может развиваться между первой внутренней полостью 222 и опорной ячейкой 224 вследствие концентрации кислорода во всасываемом воздухе или отработавших газах, которая находится выше или ниже, чем стехиометрический уровень. Высокая концентрация кислорода может вызываться бедной смесью всасываемого воздуха или отработавших газов, наряду с тем, что низкая концентрация кислорода может вызываться богатой смесью.

Пара электродов 212 и 214 накачки расположена в сообщении с внутренней полостью 222 и выполнена с возможностью электрохимически прокачивать выбранную газовую составляющую (например, O₂) из внутренней полости 222 через слой 201 и из датчика 200. В качестве альтернативы, пара электродов 212 и 214 накачки может быть выполнена с возможностью электрохимически прокачивать выбранный газ через слой 201 и во внутреннюю полость 222. В материалах настоящей заявки, пара 212 и 214 электродов накачки может указываться ссылкой как ячейка накачки O₂.

Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть сделаны из различных пригодных материалов. В некоторых вариантах осуществления электроды 212, 214, 216 и 218 по меньшей мере частично могут быть сделаны из материала, который катализирует диссоциацию молекулярного кислорода. Примеры таких материалов включают в себя, но не в качестве ограничения, электроды, содержащие в себе платину и/или серебро.

Процесс электрохимической накачки кислорода из или во внутреннюю полость 222 включает в себя прикладывание электрического напряжения V_p к паре 212 и 214 электродов накачки. Напряжение V_p накачки, приложенное к ячейке накачки O₂, прокачивает кислород в или из первой внутренней полости 222, для того чтобы поддерживать стехиометрический уровень кислорода в ячейке накачки полости. Получающийся в результате ток I_p накачки пропорционален концентрации кислорода в отработавших газах. Система управления (не показанная на фиг. 2) формирует сигнал I_p тока накачки в качестве функции интенсивности приложенного напряжения V_p накачки, требуемого для поддержания стехиометрического уровня в пределах первой внутренней полости 222. Таким образом, бедная смесь будет побуждать кислород выкачиваться из внутренней полости 222, а богатая смесь будет побуждать кислород накачиваться во внутреннюю полость 222.

Следует принимать во внимание, что датчик кислорода, описанный в материалах настоящей заявки, является всего лишь примерным вариантом осуществления датчика кислорода, и что другие варианты осуществления датчиков кислорода могут иметь дополнительные и/или альтернативные признаки и/или конструкции.

Как конкретизировано ниже, датчик кислорода по фиг. 2 может преимущественно использоваться для оценки точного количества спирта в топливе, сжигаемого в двигателе, вопреки изменчивости показаний датчика кислорода всасываемого воздуха или отработавших газов. В частности, посредством определения показания кислорода сухого воздуха при втором, более высоком напряжении может определяться поправка передаточной функции по спирту. Передаточная функция с поправкой затем может применяться к показанию кислорода влажного воздуха, определенному при первом, более низком напряжении, чтобы оценивать содержание спирта в топливе.

Продолжая по фиг. 3, показана блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процедуру 300 для точной оценки количества спирта в топливе наряду с внесением поправки в передаточную функцию по спирту на влияния изменчивости показаний датчика кислорода, такого как датчик 200 кислорода, описанный выше со ссылкой на фиг. 2. Более точно, процедура 300 определяет количество спирта в топливе, впрыскиваемом в двигатель, и таким образом, тип топлива, на основании напряжений, прикладываемых к ячейке накачки датчика при выбранных условиях топливоснабжения двигателя, а кроме того, на основании поправки передаточной функции по спирту.

На этапе 310 процедуры 300, определяются условия эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя, например, могут включать в себя, но не в качестве ограничения, топливовоздушное соотношение, величину EGR, поступающей в камеры сгорания и условия топливоснабжения.

Как только условия эксплуатации двигателя определены, процедура 300 продолжается на этапе 312, где определяется, удовлетворены ли выбранные условия. Например, когда датчик кислорода является датчиком кислорода всасываемого воздуха, расположенным во впускном канале, выбранные условия могут включать в себя активацию EGR и отсутствие приема газов продувки или вентиляции картера во впускном коллекторе. В качестве еще одного примера, когда датчик кислорода является датчиком кислорода отработавших газов, расположенным в выпускном канале, выбранные условия могут включать в себя условия без топливоснабжения двигателя. Условия без топливоснабжения двигателя включают в себя условия замедления транспортного средства и условия эксплуатации двигателя, в которых подача топлива прервана, но двигатель продолжает вращение, и по меньшей один впускной клапан и один выпускной клапан являются работающими; таким образом, воздух течет через один или более цилиндров, но топливо не впрыскивается в цилиндры. В условиях без топливоснабжения, сгорание не выполняется, и окружающий воздух может проходить через цилиндр из впуска в выпуск. Таким образом, датчик, такой как датчик кислорода всасываемого воздуха или отработавших газов, может принимать окружающий воздух, над которым могут выполняться измерения, такие как выявление влажности окружающей среды.

Как отмечено, условия без топливоснабжения, например, могут включать в себя перекрытие топлива при замедлении (DFSO). DFSO происходит в ответ на педаль водителя (например, в ответ на отпускание педали акселератора водителем, где транспортное средство замедляется в большей степени, чем пороговая величина). Условия DSFO могут возникать неоднократно во время ездового цикла и, таким образом, многочисленные показания влажности окружающей среды могут формироваться на всем протяжении ездового цикла, такие как во время каждого события DFSO. По существу, тип топлива может точно идентифицироваться на основании количества воды в отработавших газах вопреки колебаниям влажности между ездовыми циклами или даже во время одного и того же ездового цикла.

Продолжая по фиг. 3, если определено, что выбранные условия эксплуатации удовлетворены, процедура 300 продолжается на этапе 314, где первое напряжение накачки (V₁) прикладывается к ячейке накачки кислорода датчика отработавших газов, и принимается первый ток накачки (I_p1). Первое напряжение накачки может иметь значение, такое чтобы кислород выкачивался из ячейки, но достаточно низкое, чтобы соединения кислорода, такие как H₂O (например, вода) не подвергались диссоциации (например, V₁=450 мВ). Прикладывание первого напряжения формирует выходной сигнал датчика в форме первого тока накачки (I_p1), который является показателем количества кислорода в пробном газе. В этом примере так как двигатель находится в выбранных условиях (таких как условия без топливоснабжения), количество кислорода может соответствовать количеству кислорода в свежем воздухе, окружающем транспортное средство, или показанию кислорода влажного воздуха.

Как только количество кислорода определено, процедура 300 переходит на этап 316, где второе напряжение накачки (V₂) прикладывается к ячейке накачки кислорода датчика, и принимается второй ток накачки (I_p2). Второе напряжение может быть большим, чем первое напряжение, приложенное к датчику. В частности, второе напряжение может иметь значение, достаточно высокое, чтобы вызывать диссоциацию требуемого соединения кислорода. Например, второе напряжение может быть достаточно высоким, чтобы вызывать диссоциацию молекул H₂O на водород и кислород (например, V₂=1,1 В). Прикладывание второго напряжения формирует второй ток накачки (I₂), который является показателем количества кислорода и воды в пробном газе. Следует понимать, что термин «вода» в «количестве кислорода и воды» в качестве используемого в материалах настоящей заявки указывает ссылкой на количество кислорода из диссоциированных молекул H₂O в пробном газе.

В одном из конкретных примеров, второе напряжение может иметь напряжение 950 мВ, при котором вода в воздухе частично подвергается диссоциации (например, 40% воды в воздухе подвергается диссоциации при 950 мВ). В качестве примера, график 400 по фиг. 4 показывает выходной сигнал датчика кислорода в диапазоне условий влажности (например, от влажности 0,5% до влажности 10%). Как показано, выходной сигнал датчика при 950 мВ соответствует показанию сухого воздуха в диапазоне условий влажности. Таким образом, показание кислорода сухого воздуха может получаться, когда датчик кислорода эксплуатируется при 950 мВ.

На этапе 318 показание кислорода сухого воздуха и связанный поправочный коэффициент определяются на основании первого тока накачки. Например, как описано выше, посредством эксплуатации датчика при 950 мВ, может получаться показание кислорода сухого воздуха. Показание кислорода сухого воздуха затем может использоваться для определения поправочного коэффициента или поправки передаточной функции по спирту. Как описано выше, поправочный коэффициент является коэффициентом, который компенсирует изменчивость показаний датчика. В одном из примеров поправочный коэффициент может определяться на основании соотношения эталонного выходного сигнала датчика относительно выходного сигнала датчика на втором напряжении (например, второго выходного сигнала). В еще одном примере поправочный коэффициент может определяться на основании соотношения первого и второго выходных сигналов датчика, сформированных прикладыванием соответственно первого и второго напряжений. Как только определен поправочный коэффициент, передаточная функция по спирту обновляется на основании поправочного коэффициента на этапе 320.

Как только сформированы первый и второй токи накачки, количество воды в пробном газе может определяться на этапе 322 процедуры 300 на фиг. 3. Например, когда второй ток накачки достаточно высок, чтобы вызывать диссоциацию по существу всех молекул воды в пробном газе, первый насосный ток может вычитаться из второго насосного тока, чтобы определять значение, которое соответствует количеству воды.

В заключение, количество спирта в топливе и, таким образом, тип топлива, может идентифицироваться на этапе 324. Например, передаточная функция с поправкой может применяться к первому току накачки из условия, чтобы определялось точное показание количества спирта (например, процентного содержания этилового спирта) в топливе, впрыскиваемом в двигатель. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый запоминающий носитель системы управления, принимающей передаваемую информацию с датчика, может включать в себя команды для идентификации количества спирта.

Таким образом, на основании выходных сигналов (например, токов накачки) датчика, сформированных в ответ на напряжения, приложенные к ячейке накачки кислорода датчика всасываемого воздуха или отработавших газов в условиях с топливоснабжением и без топливоснабжения двигателя, и поправочного коэффициента передаточной функции, может идентифицироваться точное показание количества спирта (например, процентное содержание спирта) в топливе. Кроме того, как только определен тип топлива, различные рабочие параметры двигателя могут настраиваться, чтобы поддерживать коэффициент полезного действия двигателя и/или мощность выбросов, как будет подробно описано ниже.

Фиг. 5 показывает график, иллюстрирующий расхождение процентного содержания этилового спирта вследствие изменчивости от датчика к датчику. Например, кривая 502 показывает первую передаточную функцию для нормального датчика. Кривая 504 показывает вторую передаточную функцию для датчика, который указывает более низкое, чем нормальное процентное содержание этилового спирта. Кривая 506 показывает третью передаточную функцию для датчика, который указывает более высокое, чем нормальное процентное содержание этилового спирта. Как показано, вследствие расхождений, таких как изменчивость показаний, разные датчики могут указывать разные значения для процентного содержания этилового спирта в одной и той же среде. По существу, передаточная функция по спирту может подвергаться поправке, как описано выше, на основании первого и второго выходных сигналов датчика кислорода, из условия чтобы изменчивость от датчика к датчику подавлялась, и могло идентифицироваться более точное показание количества спирта в топливе.

Далее, со ссылкой на фиг. 6, показана блок-схема последовательности операций способа, изображающая общую процедуру 600 управления для настройки рабочих параметров двигателя на основании количества спирта (например, подвергнутого поправке количества спирта, определенного на основании передаточной функции с поправкой, как описано выше) в топливе, впрыскиваемом в двигатель. Более точно, один или более рабочих параметров двигателя может настраиваться в соответствии с изменением количества спирта в топливе. Например, виды топлива, содержащие в себе разные количества спирта, могут иметь разные свойства, такие как вязкость, октановое число, скрытое теплосодержание испарения и т.д. По существу, рабочие характеристики, экономия топлива и/или выбросы двигателя могут ухудшаться, если не настроены один или более надлежащих рабочих параметров.

На этапе 610 процедуры 600 определяются условия эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя, например, могут включать в себя топливовоздушное соотношение, временные характеристики впрыска топлива и установку момента зажигания. Например, отношение количества воздуха и количеству топлива, которое является стехиометрическим, может меняться для меняющихся типов (например, 14,7 для бензина, 9,76 для E85), и временным характеристикам впрыска топлива и установке момента зажигания может быть необходимым настраиваться на основании типа топлива.

Как только условия эксплуатации определены, обновленное количество спирта в топливной смеси и влажность окружающей среды определяются на этапе 612 процедуры 600. Как описано выше, тип топлива может определяться на основании выходных сигналов с датчика отработавших газов или всасываемого воздуха. После того как тип топлива известен, процедура 600 переходит на этап 614, где, в выбранных условиях эксплуатации, таких как условия холодного запуска или переходного топливоснабжения, один или более требуемых рабочих параметров настраиваются на основании количества спирта в топливе. Например, система может настраивает требуемое топливовоздушное соотношение для сгорания (например, стехиометрическое топливовоздушное соотношение) на основании оцененного количества спирта в топливе. Кроме того, коэффициенты передачи регулирования топливовоздушного соотношения с обратной связью могут настраиваться на основании количества спирта в топливе. Кроме того еще, требуемое топливовоздушное соотношение во время холодного запуска может настраиваться на основании количества спирта в топливе. Кроме того еще, угол опережения зажигания (такой как запаздывание искрового зажигания) и/или уровни наддува могут настраиваться на основании количества спирта в топливе.

В некоторых вариантах осуществления, например, могут настраиваться временные характеристики и/или величина впрыска топлива в одном или более цилиндров. Например, если определено, что количество спирта в топливе повышено (например, с 10% этилового спирта до 30% этилового спирта), в условиях холодного запуска, количество топлива, впрыскиваемого в двигатель, может быть увеличено.

В качестве еще одного примера, установка момента зажигания может настраиваться на основании выявленного количества спирта в топливе. Например, если выявленный процент спирта находится ниже, чем выявленный ранее (например, с 85% этилового спирта до 50% этилового спирта), установка момента зажигания может подвергаться запаздыванию, для того чтобы добиваться более высоких отдаваемой мощности двигателя или наддува без детонации.

Таким образом, различные рабочие параметры двигателя могут настраиваться при выбранных условиях эксплуатации на основании выявленного количества спирта в топливе, впрыскиваемом в цилиндры двигателя. Таким образом, коэффициент полезного действия двигателя и/или мощность выбросов, а также экономия топлива могут поддерживаться или улучшаться.

Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящей заявки, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.

Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.

Реферат

Изобретение может быть использовано в системе управления двигателем внутреннего сгорания. Предоставлены способы для точного изучения изменчивости показаний датчика кислорода во всасываемом воздухе на впуске или в отработавших газах на выпуске двигателя. Поправочный коэффициент изучается на основании показания датчика в условиях сухого воздуха, показание сухого воздуха изучается посредством прикладывания более высокого опорного напряжения к датчику, что вызывает диссоциацию молекул воды. Передаточная функция по этиловому спирту затем корректируется на основании изученного поправочного коэффициента, с тем чтобы улучшать точность оценки содержания этилового спирта в сжигаемом топливе. Изобретение позволяет повысить достоверность выходного сигнала датчика кислорода, что необходимо для улучшения рабочих характеристик двигателя, в частности снижения токсичности и улучшения топливной экономичности. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула