Способ продувки конденсата из охладителя наддувочного воздуха - RU2639431C2
Код документа: RU2639431C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам и системам удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха без ухудшения стабильности сгорания.
Уровень техники
Двигатели с нагнетателем или турбонагнетателем могут сжимать наружный воздух, поступающий в двигатель, для увеличения мощности двигателя. Сжатие воздуха может вызывать повышение его температуры, для охлаждения нагретого воздуха может быть использован охладитель наддувочного воздуха, за счет чего может быть увеличена плотность воздуха, а также потенциальная мощность двигателя. Воздух окружающей среды, поступающий снаружи транспортного средства, проходит через охладитель наддувочного воздуха ("charge air cooler", далее - САС), охлаждая впускной воздух, проходящий через внутреннюю часть САС. При понижении температуры воздуха окружающей среды, в условиях повышенной влажности или при дождливой погоде, когда температура впускного воздуха становится ниже точки росы, в САС может образоваться конденсат. Конденсат может накапливаться в нижней части САС, или во внутренних каналах или охлаждающих турбулизаторах. Когда увеличивается крутящий момент, например во время ускорения, увеличенная масса воздушного потока может продуть конденсат из САС, втягивая его в двигатель, что может привести к увеличению вероятности возникновения пропусков зажигания.
Подходы к решению проблем со сгоранием (например, пропуск зажигания), возникающих при попадании конденсата, подразумевают предотвращение накопление конденсата. Однако в настоящем документе изобретатели обозначили возможные проблемы, связанные с такими способами. В частности, несмотря на то, что некоторые способы могут снижать или замедлять образование конденсата в САС, со временем конденсат все же накапливается в нем. Если подобное накопление не удается прекратить, попадание конденсата в двигатель во время ускорения может привести к пропуску зажигания. Кроме того, в зависимости от значений скорости вращения и нагрузки на двигатель, а также конфигурации двигателя (например, на основе того, является ли двигатель V-образным двигателем с отдельными блоками цилиндров или однорядным двигателем) вероятность попадания конденсата в некоторые цилиндры будет выше по сравнению с другими цилиндрами, что делает их более предрасположенными к возникновению проблем со сгоранием. Другие подходы к решению проблем со сгоранием связаны с улавливанием и (или) сливом конденсата из САС. Конденсат перемещают в другое место или резервуар и это может снизить уровень конденсата в САС, однако это может привести к возникновению других проблем, связанных с наличием конденсата, например, к замерзанию и коррозии. Кроме того, наличие резервуара может увеличить стоимость и сложность компонента. В других подходах конденсат эффективно удаляется из САС при увеличении расхода воздуха через двигатель, например, во время нажатия водителем на педаль газа. Однако нажатие на педаль газа может не произойти в момент, когда необходимо выполнить удаление конденсата. При этом конденсат может продолжить попадать в двигатель, негативно влияя на процесс сгорания.
Раскрытие изобретения
По варианту описанные выше проблемы могут быть, по крайней мере, частично решены с помощью способа продувки конденсата из САС во время работы транспортного средства. В соответствии со способом регулируют момент впрыска топлива в зависимости от уровня конденсата в охладителе наддувочного воздуха при увеличении расхода воздуха через двигатель до уровня, превышающего уровень, запрашиваемый водителем транспортного средства. Таким образом, один или несколько цилиндров двигателя могут работать в течение некоторого времени на бедной послойной смеси, что позволит удалить конденсат во время регулировки работы других цилиндров двигателя для поддержания стехиометрического соотношения «выхлопные газы/топливо».
По варианту система двигателя может содержать охладитель наддувочного воздуха, соединенный с участком ниже по потоку относительно компрессора и участком выше по потоку относительно впускного дросселя. Во время работы двигателя конденсат может накапливаться в охладителе наддувочного воздуха. В зависимости от превышения конденсатом порогового уровня, может быть обнаружено соблюдение условий удаления конденсата и запущен цикл очистки, позволяющий удалить этот конденсат. В частности, момент впрыска топлива одного или нескольких цилиндров двигателя может быть смещен с момента впрыска, который обеспечивает подачу однородной воздушно-топливной смеси в цилиндр, которая воспламеняется с помощью искры, на другой момент впрыска, который обеспечивает подачу, по крайней мере, некоторого объема послойной воздушно-топливной смеси в цилиндр, которая также воспламеняется с помощью искры. За счет работы, по крайней мере, некоторых цилиндров на бедной послойной смеси уровень расхода воздуха через двигатель может быть увеличен до уровня, равного или превышающего уровень продувки, при котором конденсат попадает в двигатель.
Например, цилиндры, имеющие меньшую чувствительность к попаданию воды (то есть цилиндры, менее предрасположенные к пропуску зажигания из-за попадания воды) могут работать на бедной послойной смеси, при этом остальные цилиндры (то есть цилиндры, более предрасположенные к пропуску зажигания из-за попадания воды) работают на богатой смеси таким образом, что общее соотношение «выхлопные газы/топливо» сохраняется стехиометрическим или близким к нему. Величина обеднения смеси может быть отрегулирована на основании количества конденсата в цилиндре таким образом, чтобы расход воздуха через двигатель мог быть значительно увеличен. Чувствительность цилиндров к попаданию воды может быть определена на основании скорости вращения и нагрузки на двигатель во время продувки конденсата, количества конденсата, попавшего в каждый цилиндр, конфигурации двигателя, порядка работы цилиндров и так далее. Регулировка момента впрыска топлива в цилиндр для перехода от работы на однородной смеси к работе на бедной послойной смеси может предусматривать смещение момента впрыска топлива с такта впуска на такт сжатия, что позволит увеличить количество впрысков в цикл сгорания, регулировку коэффициента разделения между впрысками при раздельной подаче топлива и так далее.
Таким образом, за счет работы одного или нескольких цилиндров на бедной послойной смеси можно обеспечить периодическое удаление конденсата из охладителя наддувочного воздуха. С помощью регулировки момента впрыска топлива в цилиндр таким образом, чтобы увеличить уровень расхода воздуха до уровня, позволяющего обеспечить продувку конденсата из САС, можно выполнить удаление конденсата без ожидания нажатия на педаль газа. При этом за счет регулировки момента впрыска топлива таким образом, чтобы обеспечить подачу послойной смеси, рядом с запальной свечой может быть получена богатая смесь, что позволит достичь более стабильного сгорания. С помощью регулировки момента впрыска топлива таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» оставалось стехиометрическим, во время удаления может быть увеличена производительность двигателя.
Следует понимать, что приведенная выше сущность изобретения используется для того, чтобы познакомить читателя в упрощенной форме с набором концепций, которые будут далее описаны в подробном описании. Она не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено схематическое изображение системы двигателя, содержащей охладитель наддувочного воздуха.
На фиг. 2 показан пример камеры сгорания в системе двигателя с фиг. 1.
На фиг. 3 представлена высокоуровневая блок-схема способа регулировки подачи топлива в двигатель во время удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха (САС) на основе чувствительности каждого цилиндра к попаданию воды.
На фиг. 4 представлена высокоуровневая блок-схема способа регулировки впрыска топлива во время удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха (САС) для обеспечения временной работы одного или нескольких цилиндров двигателя на бедной послойной смеси.
На фиг. 5 представлен пример справочной таблицы, в которой могут храниться данные о чувствительности цилиндров двигателя к попаданию воды.
На фиг. 6 представлена высокоуровневая блок-схема способа определения величины обогащения для «слабых» цилиндров на основании предельных значений стабильности сгорания и соответствующей регулировки величины обеднения для «сильных» цилиндров.
На фиг. 7 представлена высокоуровневая блок-схема способа определения величины обеднения для «сильных» цилиндров на основании предельных значений при работе на бедной послойной смеси и соответствующей регулировки величины обогащения для «слабых» цилиндров.
На фиг. 8 представлены графики, иллюстрирующие зависимости между «силой» «сильных» цилиндров и необходимой величиной обеднения, а также между «слабостью» «слабых» цилиндров и необходимой величиной обогащения.
На фиг. 9 показан графический пример регулировки впрыска топлива в один или несколько цилиндров двигателя во время удаления конденсата на основе соответствующих значений чувствительности к попаданию воды.
На фиг. 10 показан графический пример регулировки воздушно-топливного соотношения для одного или нескольких цилиндров двигателя во время удаления конденсата для обеспечения работы, по крайней мере, некоторых цилиндров на бедной послойной смеси.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха (САС) в систему двигателя, например, в систему двигателя с фиг. 1-2. Во время удаления конденсата расход воздуха через двигатель может быть временно увеличен, при этом исполнительный механизм двигателя регулирует, например, момент зажигания, в зависимости от потока конденсата. Удаление конденсата из САС может происходить в зависимости от повышенного уровня конденсата. Контроллер двигателя может быть сконфигурирован с возможностью выполнить процедуру управления, например, процедуру с фиг. 3, для регулировки подачи топлива в каждый цилиндр во время удаления конденсата на основании чувствительности каждого цилиндра к попаданию воды (фиг. 5). По варианту контроллер может выполнять пример процедуры с фиг. 4 для регулировки момента впрыска топлива таким образом, чтобы обеспечить подачу бедной послойной смеси в цилиндр. Контроллер может обеспечить работу одного или нескольких цилиндров на богатой смеси, при этом другие работающие цилиндры будут работать на бедной смеси (фиг. 6-8) с величиной обогащения и обеднения, отрегулированной таким образом, чтобы эмиссия выхлопных газов оставалась на постоянном уровне. В любом случае расход воздуха через двигатель увеличится таким образом, чтобы обеспечить перенос конденсата в цилиндр двигателя, что позволит снизить вероятность пропусков зажигания, вызванных попаданием воды. На фиг. 9-10 показан пример процедуры регулировки подачи топлива, которая может быть использована для удаления конденсата из САС, а также для переноса конденсата во впуск двигателя.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение примера двигателя 10, который может являться частью движительной системы транспортного средства. Изображенный двигатель 10 имеет четыре цилиндра 30. Однако в соответствии с изобретением может быть использовано другое количество цилиндров. Двигатель 10 может управляться, по крайней мере, частично с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и с помощью входного сигнала, подаваемого водителем 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В настоящем примере устройство 130 ввода содержит педаль газа и датчик 134 положения педали газа для генерирования пропорционального сигнала РР положения педали. Каждая камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с поршнем (как описано со ссылкой на фиг. 2), расположенным в них. Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы обеспечить преобразование возвратно-поступательного движения данного поршня во вращательное движение коленчатого вала Коленчатый вал 40 может быть соединен по крайней мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для запуска двигателя 10.
В камеры 30 сгорания может поступать впускной воздух от впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газы сгорания через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут выборочно соединяться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). По варианту камера 30 сгорания может включать в себя два и более впускных клапана и (или) два и более выпускных клапана
Изображенные топливные форсунки 66 напрямую соединены с камерой 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длине импульса сигнала FPW, принятого от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает впрыск топлива, известный как прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания; однако следует понимать, что также возможен впрыск во впускные каналы. Топливо может быть подано в топливную форсунку 66 с помощью топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22 для регулировки потока воздуха во впускной коллектор. В конкретном примере положение (TP) дроссельной заслонки 22 может быть изменено контроллером 12 для обеспечения электронного управления дросселем (ETC). Таким образом, дроссель 21 может быть использован для изменения количества впускного воздуха, поступающего в камеру 30 сгорания и другие цилиндры двигателя. По варианту во впускном канале 42 могут быть установлены дополнительные дроссели, например, дроссель может быть расположен выше по потоку относительно компрессора (не показан).
Кроме того, в раскрытых вариантах система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направить необходимую часть выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Количество EGR, поступающих во впускной канал 42 может быть изменено контроллером 12 с помощью клапана 142 EGR. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. На фиг. 1 показана система EGR высокого давления, в которой EGR направляются из участка выше по потоку относительно турбины турбонагнетателя в участок ниже по потоку относительно компрессора турбонагнетателя. В других вариантах воплощения двигатель может в качестве дополнения или альтернативы включать в себя систему EGR низкого давления, в которой EGR направляются из участка ниже по потоку относительно турбины турбонагнетателя в участок выше по потоку относительно компрессора турбонагнетателя. Работа системы EGR может привести к образованию конденсата из сжатого воздуха, в частности, при охлаждении сжатого воздуха с помощью охладителя наддувочного воздуха, как будет подробно описано ниже.
Двигатель 10 также может содержать компрессионное устройство, например, турбонагнетатель или нагнетатель, содержащее, по крайней мере, компрессор 162, расположенный вдоль впускного коллектора 44. В турбонагнетателе компрессор 162 может, по крайней мере, частично приводиться в движение с помощью турбины 164, например, с помощью вала или другого соединительного устройства. Турбина 164 может быть расположена вдоль выпускного канала 48. Для приведения в движение компрессора могут быть использованы различные устройства. В нагнетателе компрессор 162 может, по крайней мере, частично приводиться в движение с помощью двигателя и (или) электрического устройства и может не включать в себя турбину. Таким образом, степень сжатия для одного или нескольких цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или нагнетателя может регулироваться с помощью контроллера 12.
Кроме того, выпускной канал 48 может включать в себя перепускную заслонку 171 для отвода выхлопных газов от турбины 164. Кроме того, впускной канал 42 может включать в себя рециркуляционный клапан (CRV) 27 компрессора, сконфигурированный таким образом, чтобы направлять впускной воздух вокруг компрессора 162. Например, при необходимости понижения давления наддува контроллер 12 может управлять открытием перепускной заслонки 171 и (или) CRV 27.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель наддувочного воздуха 80 (САС) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры впускных газов наддува или турбонаддува. В некоторых вариантах охладитель наддувочного воздуха 80 может представлять собой воздуховоздушный теплообменник. В других вариантах САС 80 может представлять собой воздухожидкостный теплообменник. САС 80 может представлять собой САС переменного объема, в котором охладитель наддувочного воздуха 80 содержит клапан для выборочного изменения величины и скорости потока впускного воздуха, проходящего через охладитель наддувочного воздуха 80, в зависимости от образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха, а также нагрузку на двигатель.
В обоих вариантах САС 80 (постоянного или переменного объема) удаление накопленного конденсата может производиться в зависимости от того, что уровень конденсата превышает пороговое значение. В соответствии с настоящим изобретением удаление конденсата может быть эффективно выполнено при увеличении расхода воздуха через двигатель, например, во время нажатия на педаль газа. Кроме того, расход воздуха через двигатель может быть активно увеличен, например, за счет увеличения степени открытия дросселя, для удаления конденсата, когда исполнительный механизм двигателя регулирует, например, момент зажигания, таким образом, чтобы поддерживать постоянный выходной крутящий момент двигателя. В соответствии с изобретением удаление конденсата также может выполняться за счет временной работы двигателя на послойной смеси. В частности, момент впрыска топлива для одного или нескольких цилиндров двигателя может быть отрегулирован таким образом, чтобы, по крайней мере, некоторые цилиндры работали на бедной послойной смеси. Величина обеднения может быть отрегулирована таким образом, чтобы уровень расхода воздуха через двигатель (массовый расход воздуха) находился на уровне, обеспечивающем продувку конденсата. За счет увеличения массового расхода воздуха до достаточно высокого уровня, превышающего значение массового расхода, которое необходимо для начала продувки конденсата из САС, но не достаточного для того, чтобы привести к пропускам зажигания или проблемам со сгоранием, конденсат будет удален без негативных последствий, вызванных проблемами со сгоранием.
Таким образом, чувствительность цилиндров двигателя к попаданию воды может быть разной для цилиндров, имеющих большую чувствительность к попаданию воды (например, более предрасположенных к пропускам зажигания, которые вызваны попаданием воды), и других цилиндров, имеющих меньшую чувствительность к попаданию воды (например, менее предрасположенных к пропускам зажигания, вызванных попаданием воды). Изменение может быть обусловлено, например, геометрией двигателя, положением цилиндра в блоке цилиндров и порядком работы. Другими словами, обычно то, в какой цилиндр (цилиндры) поступает конденсат, будет определено формой коллектора. Например, в однорядном двигателе цилиндры, расположенные дальше от САС, могут быть более чувствительными к попаданию воды по сравнению с цилиндрами, расположенными ближе к САС. В другом примере в V-образном двигателе (например, в V-образном шестицилиндровом цилиндре) в цилиндры, расположенные дальше от впуска дросселя, может поступать больше конденсата, чем в цилиндры, расположенные ближе к впуску дросселя. Например, в левый блок может поступать большее количество воды, если корпус дросселя направлен в сторону левого блока. Таким образом, поскольку вода плотнее воздуха, конденсат не огибает изгибы и может ударятся о конец впуска и попадать в самые дальние цилиндры. По варианту цилиндры одного блока могут быть более чувствительными по сравнению с цилиндрами другого блока. Таким образом, наличие дополнительных изгибов на впуске может направлять основной поток продутого конденсата в конкретный цилиндр.
По варианту чувствительность к попаданию воды может быть сопоставлена с величиной (или процентным значением) конденсата, который цилиндры готовы принять. Это связано с тем, что, когда расход воздуха через двигатель увеличивается для удаления конденсата, конденсат может неравномерно проходить в цилиндры двигателя, при этом в некоторые цилиндры поступит большее количество конденсата, чем в другие. В этом случае цилиндры, в которые поступает большее количество конденсата, могут быть более предрасположенными к пропускам зажигания и другим проблемам со сгоранием (т.е. иметь большую чувствительность к попаданию воды), а другие цилиндры, в которые попадает меньшее количество конденсата, могут быть менее предрасположенными к пропускам зажигания и другим проблемам со сгоранием (т.е. иметь меньшую чувствительность к попаданию воды).
Чувствительность к попаданию воды также может изменяться в зависимости от скорости вращения и нагрузки на двигатель. Например, один цилиндр (или набор цилиндров) может быть более чувствительным к попаданию воды при низких значениях скорости вращения и нагрузки на двигатель, а другой цилиндр (или набор цилиндров) будет более чувствительным к попаданию воды при низких/средних значениях скорости вращения и нагрузке на двигатель. По варианту чувствительность к попаданию воды для всех цилиндров может быть ниже при низких значениях скорости вращения и нагрузки на двигатель из-за массового расхода воздуха, который будет слишком низким при низкой скорости вращения двигателя и (или) при низкой нагрузке на двигатель, чтобы перенести воду из САС во впускной коллектор. В другом примере при высокой скорости вращения двигателя и высокой нагрузке на двигатель чувствительность к попаданию воды для всех цилиндров может быть выше из-за высокого массового расхода воздуха, который удалит конденсат из САС и перенесет его во впускной коллектор. Кроме того, если поток воздуха является достаточным при высокой скорости вращения двигателя и низкой нагрузке на двигатель, то цилиндры могут стать максимально чувствительными к попаданию воды из-за низкой стабильности сгорания в цилиндрах при небольшой нагрузке. Поскольку форма коллектора во многом определяет то, в какой цилиндр будет поступать конденсат, в другом варианте один цилиндр (или набор цилиндров) может быть более чувствительным к попаданию воды при высокой скорости вращения и нагрузке на двигатель, а другой цилиндр (или набор цилиндров) будет более чувствительным к попаданию воды при низких/средних значениях скорости вращения и нагрузке на двигатель.
Разница в чувствительности к попаданию воды между цилиндрами может быть спрогнозирована или оценена на основании условий работы. По варианту характеристики двигателя могут быть определены во время испытаний двигателя с помощью динамометра. В частности, во время испытания двигателя можно обеспечить подачу водяных паров в воздухозаборную систему и использовать данные о давлении в цилиндре для определения влияния воды. Затем цилиндры могут быть классифицированы таким образом, чтобы определить «слабые» цилиндры с высокой чувствительностью к попаданию воды и «сильные» цилиндры с низкой чувствительностью к попаданию воды. Данная классификация может быть сохранена в памяти контроллера (например, в виде функции зависимости скорости вращения и нагрузки на двигатель) и считываться во время удаления конденсата. В соответствии с изобретением для компенсации разницы в чувствительности к попаданию воды и (или) неравномерности потока конденсата между цилиндрами во время удаления конденсата, подача топлива в каждый цилиндр может быть отрегулирована на основании чувствительности каждого цилиндра к попаданию воды. Например, «слабые» цилиндры (имеющие большую чувствительность к попаданию воды) могут работать на богатой смеси, при этом «сильные» цилиндры (имеющие меньшую чувствительность к попаданию воды) будут работать на бедной смеси. Величина обеднения для цилиндров, работающих на бедной смеси, может быть отрегулирована таким образом, чтобы расход воздуха через двигатель можно было увеличить до уровня, равного или превышающего уровень продувки, который позволяет удалить конденсат из САС. Затем величина обогащения для цилиндров, работающих на богатой смеси, регулируется на основе величины обеднения для цилиндров, работающих на бедной смеси, таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» (на каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов) осталось стехиометрическим или близким к нему (например, колебалось в районе данного значения). По варианту, когда на чувствительность к попаданию воды влияет неравномерное попадание конденсата, контроллер может устанавливать работу цилиндров, в которые поступает большее количество конденсата, на богатой смеси и работу цилиндров, в которые поступает меньшее количество конденсата, на бедной смеси, при этом общее соотношение «выхлопные газы/топливо» останется стехиометрическим или близким к нему. За счет регулировки подачи топлива в каждый цилиндр с учетом чувствительности каждого цилиндра к попаданию воды удаление конденсата может быть выполнено без ухудшения сгорания в цилиндре и без возникновения частых пропусков зажигания.
Контроллер 12 представлен на фиг. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего блок 102 микропроцессора, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, представляющий собой постоянное запоминающее устройство 106 в данном конкретном примере воплощения, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110, и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций по управлению двигателем 10, которые содержат, в дополнение к ранее описанным сигналам, сигнал массового расхода воздуха (MAF) от датчика 120 массового расхода воздуха; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 112 температуры, схематически изображенного в одном месте в двигателе 10; сигналы профиля зажигания (PIP) от датчика 118 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дросселя (TP) от датчика положения дросселя, как было сказано выше; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) от датчика 122, как было сказано выше. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может быть сгенерирован контроллером 12 на основе сигнала PIP Сигнал MAP о давлении в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе 44. Следует заметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В режиме работы при стехиометрическом соотношении датчик MAP может обеспечивать индикацию значений крутящего момента двигателя. Также данный датчик вместе с измеренной скоростью вращения двигателя может выполнять оценку заряда (с воздухом), впрыскиваемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, также используемый в качестве датчика скорости вращения двигателя, может генерировать предварительно установленное количество импульсов с одинаковым интервалом при каждом обороте коленчатого вала 40.
Другие датчики, которые могут отправлять сигналы на контроллер 12, включают в себя датчик 124 температуры, установленный на выпускном отверстии охладителя 80 наддувочного воздуха, и датчик 126 давления наддува. Также датчики могут представлять собой датчик 90 детонации, соединенный с блоком двигателя. Контроллер может прогнозировать величину расхода конденсата в одном или нескольких цилиндров двигателя во время удаления конденсата на основе частоты детонации цилиндров. Также могут быть установлены другие (не изображенные) датчики, например, датчик для определения скорости впускного воздуха на впускном отверстии охладителя наддувочного воздуха и другие датчики, как было описано со ссылкой на фиг. 2. По варианту на постоянное запоминающее устройство 106 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 102, для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые подразумеваются, но не указываются конкретно. Примеры процедур изложены в данном описании изобретения со ссылкой на фиг. 3-4.
На фиг. 2 представлено подробное изображение варианта одного цилиндра двигателя с фиг. 1. В данном случае компоненты, изображенные на фиг. 1, могут иметь те же номера, что и компоненты с фиг. 2, и не будут повторно описаны. Двигатель 10 содержит камеру (цилиндр) 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в нем и соединенным с коленчатым валом 40. Изображенная камера 30 сгорания соединена с впускным коллектором 46 и выпускным коллектором 48 с помощью соответствующих впускного клапана 52 и выпускного клапана 54. Каждый впускной клапан и каждый выпускной клапан могут управляться с помощью впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53. Значения длительности открытия и закрытия выпускного клапана 54 могут быть отрегулированы относительно положения коленчатого вала с помощью фазирующего устройства 58 кулачка. Значения длительности открытия и закрытия впускного клапана 52 могут быть отрегулированы относительно положения коленчатого вала с помощью фазирующего устройства 59 кулачка. Положение впускного кулачка 51 может быть определено с помощью датчика 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено с помощью датчика 57 выпускного кулачка. Таким образом, контроллер 12 может контролировать фазы кулачка с помощью фазирующих устройств 58 и 59. Изменение фаз газораспределения (VCT) может быть либо выполнено с опережением или запаздыванием в зависимости от различных факторов, например, от нагрузки на двигатель и скорости вращения двигателя (RPM).
Изображенная топливная форсунка 66 расположена таким образом, чтобы выполнять прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания, что известно специалистам в данной области техники как прямой впрыск топлива. По варианту топливо может впрыскиваться во впускной канал для обеспечения впрыска топлива во впускные каналы. Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW от контроллера 12. Топливо подается в топливную форсунку 66 с помощью топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показаны). Привод 68 подает рабочий ток на топливную форсунку 66 в соответствии с командами от контроллера 12. По варианту для создания большего давления топлива используется двухступенчатая топливная система высокого давления. Кроме того, изображенный впускной коллектор 46 соединен с дополнительным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для изменения потока воздуха от впускной камеры 44 для создания наддува. Компрессор 162 нагнетает воздух от впуска 42 воздуха во впускную камеру 44 для создания наддува. Выхлопные газы вращают турбину 164, соединенную с компрессором 162, который сжимает воздух в камере 44 для создания наддува. Для привода компрессора также могут быть использованы другие системы. В нагнетателе компрессор 162 может, по крайней мере, частично приводиться в движение с помощью двигателя и (или) электрического устройства, а также не включать в себя турбину. Таким образом, степень сжатия для одного или нескольких цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или нагнетателя может регулироваться с помощью контроллера 12. Перепускная заслонка 171 турбонагнетателя представляет собой клапан, позволяющий выхлопным газам обходить турбину 164 через перепускной канал 173, когда перепускная заслонка 171 турбонагнетателя находится в открытом положении. Когда перепускная заслонка 171 находится в полностью закрытом положении, практически все выхлопные газы проходят через турбину 164.
Система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять необходимую часть выхлопных газов от выпускного коллектора 48 во впускную камеру 44 для создания наддува через канал 140 EGR. Количество EGR, поступающих во впускную камеру 44 для создания наддува, может регулироваться контроллером 12 с помощью клапана 172 EGR. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания. В систему EGR может попасть образующийся из сжатого воздуха конденсат, в частности, при охлаждении сжатого воздуха с помощью охладителя наддувочного воздуха, как будет подробно описано ниже. В частности, EGR содержат такое же большое количество воды, как и продукты сгорания. Поскольку EGR имеют относительно высокую температуру и содержат большое количество воды, температура точки росы также может быть относительно высокой. Таким образом, при EGR образуется гораздо большее количество конденсата, чем при сжатии воздуха и его охлаждении до температуры точку росы.
Для снижения температуры впускных газов наддува или турбонаддува впускная камера 44 для создания наддува также может содержать охладитель наддувочного воздуха (САС) 166 (например, промежуточный охладитель). По варианту САС 166 может представлять собой воздуховоздушный теплообменник. По другому варианту САС 166 может представлять собой воздухожидкостный теплообменник. САС 166 может содержать клапан для выборочного изменения скорости потока впускного воздуха, проходящего через охладитель наддувочного воздуха 166, в зависимости от образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха.
Горячий наддувочный воздух от компрессора 162 поступает на впуск САС 166, охлаждается по мере прохождения через САС 166, а затем выходит таким образом, чтобы проходить через дроссель 62 во впускной коллектор 46 двигателя. Поток наружного воздуха из окружающей среды поступает в двигатель 10 через переднюю сторону транспортного средства и проходит через САС, дополнительно охлаждая наддувочный воздух. Образование и накопление конденсата в САС может происходить при понижении температуры окружающего воздуха, при условиях повышенной влажности или во время дождя, когда наддувочный воздух охлаждается до температуры ниже водной точки росы. Когда наддувочный воздух содержит рециркулирующие выхлопные газы, конденсат может стать более кислотным и разъедать корпус САС. Коррозия может привести к возникновению утечек между наддувочным воздухом, атмосферой и, возможно, охлаждающей жидкостью при использовании водовоз душных охладителей. Для снижения накопления конденсата и риска коррозии конденсат может накапливаться в нижней части САС, а затем удаляться в двигатель при выполнении выбранных условий работы двигателя, например, во время ускорения. Однако если конденсат сразу попадет в двигатель во время ускорения, то может произойти повышение вероятности пропуска зажигания в двигателе или нестабильности сгорания (в виде позднего/медленного воспламенения) из-за попадания воды. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, как показано на фиг. 3-4, конденсат может удаляться из САС в двигатель при управляемых условиях. Такое контролируемое удаление конденсата может помочь снизить вероятность возникновения пропусков зажигания в двигателе. По варианту конденсат может быть удален из САС за счет увеличения потока воздуха.
В ответ на команду от контролера 12 бесконтактная система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 30 сгорания с помощью свечи 92 зажигания. Изображенный универсальный датчик 126 содержания кислорода (UEGO) в выхлопных газах соединен с выпускным коллектором 48 выше по потоку относительно турбины 164. По варианту датчик 126 UEGO может быть заменен на бистабильный датчик содержания кислорода в выхлопных газах.
В некоторых примерах в гибридных транспортных средствах двигатель может быть соединен с системой электродвигатель/ аккумулятор. Гибридное транспортное средство может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, иную конфигурацию или сочетание данных конфигураций. Также по вариантам могут быть использованы другие конфигурации двигателей, например дизельный двигатель.
Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит четырехтактный цикл: цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В общем случае во время такта впуска выпускной клапан 54 закрыт, а впускной клапан 52 открыт.Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 46, причем поршень 36 перемещается в нижнюю часть цилиндра таким образом, чтобы увеличить объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится в нижней части цилиндра в конце своего хода (например, при наибольшем объеме камеры 30 сгорания), как правило, известен специалистам в данной области техники как нижняя мертвая точка (BDC). При такте сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра таким образом, чтобы сжать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего такта и наиболее близок к головке цилиндра (например, при наименьшем объеме камеры 30 сгорания), как правило, известен специалистам в данной области техники как верхняя мертвая точка (TDC). Во время процесса, называемого в данном описании впрыском, топливо поступает в камеру сгорания. Во время процесса, называемого в данном описании зажиганием, впрыснутое топливо зажигается с помощью известного средства зажигания, например, свечи зажигания 92, что приводит к горению. Момент зажигания может быть установлен таким образом, чтобы искра подавалась до (с опережением) или после (с запаздыванием) времени, установленного производителем. Например, момент зажигания может быть установлен с запаздыванием относительно момента предельного крутящего момента (МВТ) для управления детонацией в двигателе или с опережением при условиях высокой влажности. В частности, МВТ может быть установлен с опережением для компенсации низкой скорости горения. При такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад в BDC. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Коленчатый вал 40 может быть использован для управления генератором 168 переменного тока. Наконец, при такте выпуска выпускной клапан 54 открывается для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, поршень возвращается в TDC. Следует заметить, что все вышеописанное приведено исключительно для примера и что моменты открытия и (или) закрытия впускного или выпускного клапанов могут быть изменены для того, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапана, позднее закрытие впускного клапана или различные другие примеры.
В контроллер 12 поступают различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 10, включая сигналы, описанные выше. Контроллер 12 может обмениваться данными с различными исполнительными механизмами, которые могут представлять собой такие исполнительные механизмы двигателя, как топливные форсунки, дроссельная заслонка с электронным управлением для впускного воздуха, запальные свечи, распределительные валы и т.д. Для создания и поддержания крутящего момента, запрашиваемого водителем 132 транспортного средства, могут быть использованы различные исполнительные механизмы. Данные исполнительные механизмы могут регулировать определенные параметры управления двигателем, включая изменение фаз газораспределения (VCT), воздушно-топливное соотношение (AFR), нагрузку на генератор переменного тока, моменты зажигания, положение дросселя и т.д. Например, при увеличении сигнала РР (например, во время нажатия на педаль газа) от датчика 134 положения педали запрашиваемый крутящий момент также увеличивается.
На фиг. 3 показан пример процедуры 300 удаления конденсата из САС при регулировке подачи топлива в цилиндры двигателя для компенсации неравномерного потока конденсата и разности в чувствительности к попаданию воды. За счет увеличения расхода воздуха через двигатель при регулировке подачи топлива в цилиндры, основанной на их чувствительности к попаданию конденсата, конденсат может быть удален без увеличения частоты пропусков зажигания или иных проблем со сгоранием.
На этапе 302 процедура содержит оценку и (или) измерение параметров работы двигателя. Сюда можно отнести запрашиваемый водителем крутящий момент (на основе положения педали), скорость вращения двигателя (Ne) и нагрузку на двигатель, ЕСТ, наддув, температуру окружающей среды, MAF, MAP, количество EGR, воздушно-топливное соотношение (A/F), влажность окружающей среды, давление окружающей среды, BP, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов, условия САС (температура на впуске и выпуске, давление на впуске и выпуске, расход через САС и т.д.) и другие параметры.
На этапе 304 процедура содержит определение уровня (или количества) конденсата, накопившегося в САС. Сюда можно отнести получение таких данных, как температура окружающего воздуха, влажность окружающего воздуха, температура наддувочного воздуха на впуске и выпуске, а также давление наддувочного воздуха на впуске и выпуске от множества датчиков, и использование переменных значений для определения количества конденсата, образовавшегося в САС. Уровень конденсата может быть оценен на основе массового расхода, температуры окружающей среды, температуры на выпуске САС, давления в САС, давления окружающей среды и количества EGR. Уровень конденсата также может быть получен на основе входного сигнала от датчика влажности. По варианту на этапе 306 значения уровня конденсата в САС основываются на модели, которая рассчитывает скорость образования конденсата внутри САС, используя значения температуры окружающей среды, температуры на выпуске САС, массового расхода, EGR, влажности и т.д. В данном случае значения температуры и влажности окружающей среды используются для определения температуры точки росы впускного воздуха, которые в дальнейшем могут меняться в зависимости от количества EGR во впускном воздухе (например, EGR могут иметь другую влажность и температуру по сравнению с атмосферным воздухом). Разность между точкой росы и температурой на выпуске САС может быть использована для определения того, будет ли образовываться конденсат внутри охладителя, при этом от массового расхода будет зависеть количество конденсата, которое сможет накопиться внутри охладителя.
По другому варианту на этапе 308 значение уровня конденсата сопоставляют с температурой на выпуске САС и соотношением между давлением в САС и давлением окружающей среды. По варианту характеристики образования конденсата могут быть сопоставлены с температурой на выпуске САС и нагрузкой на двигатель. Нагрузка на двигатель может представлять собой функцию зависимости от массового расхода, крутящего момента, положения педали газа и положения дросселя, таким образом можно будет узнать значение скорости потока воздуха через САС. Например, средняя нагрузка на двигатель при относительно низкой температуре на выпуске САС может свидетельствовать о высоком значении образования конденсата из-за низкой температуры поверхности САС и относительно низкой скорости потока впускного воздуха. В одном примере данное сопоставление может включать в себя коэффициент поправки для температуры окружающей среды. В другом примере отношение давлений в САС и окружающей среды может быть использовано для оценки образования конденсата. В данном случае нагрузка на двигатель может быть нормализована и оценена для давления во впускном коллекторе (после дросселя), в результате чего данное значение будет ниже давления в САС.
На этапе 310 полученный уровень конденсата может быть сопоставлен с пороговым уровнем для определения того, соблюдены ли условия удаления конденсата. Пороговый уровень может представлять собой верхнее пороговое значение накопления конденсата. Если уровень конденсата не превышает пороговый уровень, то на этапе 312 может быть определено, что условия удаления конденсата не соблюдены, поэтому цикл очистки не начнется.
Если уровень конденсата превышает пороговый уровень, то на этапе 314 процедура будет содержать определение чувствительности цилиндров двигателя к попаданию воды при заданных условиях работы. По варианту значение чувствительности цилиндров двигателя к попаданию воды может быть определено во время испытания двигателя (например, на основе выходного сигнала от динамометра) и сохранено в памяти контроллера в справочной таблице (например, в виде функции зависимости скорости вращения и нагрузки на двигатель). Затем контроллер может считать данные из справочной таблицы. Пример справочной таблицы показан в виде таблицы 500 на фиг. 5. В данном случае двигатель представляет собой однорядный 4-х цилиндровый двигатель с порядком работы: 1, 3, 4, 2. На основе результатов испытаний для заданных значений скорости вращения и нагрузки на двигатель цилиндры, имеющие большую чувствительность к попаданию воды, могут быть обозначены как «слабые», а цилиндры, имеющие меньшую чувствительность к попаданию воды, могут быть обозначены как «сильные». Например, при низкой скорости вращения двигателя и низкой нагрузке на двигатель все цилиндры считаются «сильными», поскольку массовый расход воздуха при данных условиях недостаточно высок для удаления конденсата из САС. Для сравнения при высокой скорости вращения двигателя и низкой нагрузке на двигатель все цилиндры считаются «слабыми», поскольку массовый расход воздуха при данных условиях будет достаточно высоким для удаления конденсата из САС, но низкая нагрузка на двигатель приведет к низкой стабильности сгорания. В другом примере, когда цилиндры имеют достаточно высокую температуру, ни один из цилиндров не может считаться «слабым».
Следует понимать, что в альтернативном примере весь заданный набор цилиндров может быть предрасположенным к попаданию конденсата при любых значениях скорости вращения и нагрузки на двигатель. Это может быть связано с тем, что попадание конденсата представляет собой проблему, возникающую в большинстве случаев при высокой скорости вращения двигателя и (или) высокой нагрузке на двигатель, когда массовый расход воздуха достаточно высок для удаления конденсата из САС. Кроме того, при небольших нагрузках и низкой или высокой скорости вращения двигателя маловероятно, что скорость потока воздуха окажется достаточно высокой для удаления конденсата. По другому варианту двигателя устройство, например, клапан регулировки движения смеси или соединительный клапан камеры, может являться частью впускного коллектора и влиять на динамические характеристики коллектора таким образом, чтобы изменить распределение конденсата во впускном коллекторе.
На этапе 316 может быть определено, что «сильные» цилиндры с меньшей чувствительностью к попаданию воды будут работать на бедной смеси. Кроме того, величина обеднения выбранных цилиндров может быть отрегулирована для увеличения расхода воздуха через двигатель до уровня, равного или превышающего пороговый уровень (также называемый в настоящем документе уровнем продувки), который позволит удалить конденсат. В этом случае расход воздуха через двигатель может быть увеличен за счет увеличения степени открытия впускного дросселя на основе требуемой величины обеднения. Величина обеднения может быть выбрана таким образом, чтобы создать повышенный расход воздуха через двигатель, основанный на оцененном уровне конденсата в охладителе наддувочного воздуха и условиях работы двигателя. Например, по мере увеличения уровня конденсата может быть установлено, что величина обеднения будет увеличивать расход воздуха через двигатель до уровня, равного или превышающего пороговое значение, необходимого для удаления воды из САС с регулируемой скоростью. Другими словами, за счет работы одного или нескольких цилиндров двигателя на бедной смеси (в настоящем документе данный режим также называется работой «сильных» цилиндров на бедной смеси) уровень расхода воздуха через двигатель увеличивается на основе уровня конденсата в охладителе наддувочного воздуха, а также скорости, на которой конденсат должен попадать в двигатель (которая, в свою очередь, основана на скорости, с которой может быть перемещен конденсат при минимальном негативном влиянии на процесс сгорания), до уровня, равного или превышающего уровень продувки, который необходим для удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха. За счет увеличения скорости потока воздуха скорость удаления конденсата из САС также растет, что позволяет перенести конденсат в двигатель.
На этапе 318 процедура содержит выбор «слабых» цилиндров с большей чувствительностью к попаданию воды при работе двигателя на богатой смеси. В частности, величина обогащения для цилиндров, работающих на богатой смеси, может быть отрегулирована на основе величины обеднения для цилиндров, работающих на бедной смеси, таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» колебалось в районе стехиометрического значения.
Таким образом, во время удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха в различные цилиндры может попадать неравномерное количество конденсата. В общем случае изменение может представлять собой функцию зависимости от геометрии впускного коллектора, а также от физических характеристик пути конденсата через коллектор. Величина конденсата, попадающего в каждый цилиндр двигателя, может изменяться в зависимости от одной или нескольких характеристик: скорость вращения двигателя, геометрия двигателя (например, однорядная или V-образная конфигурация, 4-хцилиндровый или 6-цилиндровый двигатель и т.д.), положение цилиндра в блоке двигателя (например, рядом с САС или далеко от САС), а также порядок работы цилиндров. Например, во время удаления конденсата в цилиндры, расположенные дальше от выпуска САС и впуска дросселя, может поступать большее количество конденсата по сравнению с цилиндрами, расположенными ближе к выпуску САС или впуску дросселя. В частности, из-за инерции потока воды в заднюю часть впускного коллектора конденсат может попадать на заднюю часть коллектора, а также в задние цилиндры. В качестве другого примера в цилиндры может поступать большее количество конденсата при повышенных значениях скорости вращения и нагрузки на двигатель и меньшее количество при пониженных значениях скорости вращения и нагрузки на двигатель. Помимо конструкции коллектора и системы сгорания данное неравномерное распределение удаляемого конденсата между цилиндрами двигателя может, по крайней мере, частично влиять на разницу в чувствительности цилиндров к попаданию воды. Чувствительность к попаданию воды также может быть обусловлена другими условиями работы двигателя. Например, вероятнее всего пропуск зажигания произойдет в том случае, когда в конкретный цилиндр попадет большее количество оставшегося конденсата, при этом оно превысит среднее значение.
Величина обогащения для цилиндров, в которые попадает богатая смесь, и величина обеднения для цилиндров, в которые попадает бедная смесь, могут быть отрегулированы на основе количества цилиндров с большей чувствительностью к попаданию воды и количества цилиндров с меньшей чувствительностью к попаданию воды, а также на основе удаленного количества конденсата, чтобы соотношение «выхлопные газы/топливо» (на устройстве ограничения выброса выхлопных газов, например, на трехкомпонентном каталитическом нейтрализатором выхлопных газов).
Как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 6, регулировка может предусматривать определение величины обеднения «сильных» цилиндров для поддержания уровня расхода воздуха через двигатель, который позволит выполнить продувку конденсата, а также регулировку величины обогащения для «слабых» цилиндров для обеспечения общего стехиометрического соотношения «выхлопные газы/топливо». Другими словами, величина обеднения для «слабых» цилиндров может являться ограничивающим фактором. Однако в альтернативных вариантах регулировка может включать в себя определение величины обогащения, необходимой для решения проблем, связанных со стабильностью сгорания (например, увеличение вероятности пропусков зажигания), для «слабых» цилиндров, и последующую регулировку величины обеднения для «сильных» цилиндров, чтобы обеспечить общее стехиометрическое соотношение «выхлопные газы/топливо». Другими словами, величина обогащения для «слабых» цилиндров может являться ограничивающим фактором.
По варианту цилиндры, в которые попадает количество конденсата, превышающее пороговое значение, работают на богатой смеси при величине обогащения и значении опережения зажигания, основанных на количестве цилиндров, в которые попадет количество конденсата, превышающее пороговое значение, и количестве цилиндров, в которые попадет количество конденсата, меньшее, чем пороговое значение, при этом цилиндры, в которые попадает количество конденсата, меньшее, чем пороговое значение, работают на бедной смеси с величиной обеднения, основанной на количестве цилиндров, в которые попадает количество конденсата, превышающее пороговое значение, и количестве цилиндров, в которые попадет количество конденсата, меньшее, чем пороговое значение. В этом случае сумма значений обеднения и обогащения в конкретном блоке цилиндров может регулироваться и поддерживаться равной или примерно равной стехиометрическому соотношению, что позволит поддержать уровень выбросов на прежнем уровне. Величина обогащения для цилиндров, работающих на богатой смеси, а также величина обеднения для цилиндров, работающих на бедной смеси, может быть также основана на разнице между величиной конденсата, попавшего в них, и пороговым значением. Пример регулировки подачи топлива представлен со ссылкой на фиг. 9.
На этапе 320 процедура предусматривает регулировку исполнительного механизма двигателя на основе повышенного расхода воздуха через двигатель (а также сниженного выходного крутящего момента цилиндров, работающих на бедной смеси, и немного повышенном выходном крутящем моменте цилиндров, работающих на богатой смеси) для поддержания крутящего момента (например, обогащение для обеспечения оптимального крутящего момента (RBT) повышает крутящий момент только на 1-2%). Это позволяет увеличить расход воздуха через двигатель без увеличения крутящего момента двигателя. Управляемый исполнительный механизм регулировки крутящего момента двигателя может регулировать одно или несколько из следующих значений: момент искрового зажигания, фазы работы коленчатого вала или нагрузка на генератор переменного тока. По варианту при увеличении расхода воздуха через двигатель может быть увеличено опережение зажигания (например, относительно номинального значения МВТ) в цилиндрах, работающих на богатой смеси, поскольку они с большей вероятностью будут иметь меньшую скорость сгорания из-за попадания воды. В данном случае замедление сгорания означает, что МВТ достигается с опережением относительно номинального значения при стандартных условиях испытания. При этом момент зажигания в цилиндрах, работающих на бедной смеси, может поддерживаться на одинаковом уровне (например, на уровне МВТ). Обогащенная воздушно-топливная смесь также позволяет снизить вероятность детонации в цилиндрах, работающих на богатой смеси, поскольку скорость попадания конденсата снижается по мере уменьшения количества накопленного конденсата. В этом случае величина опережения зажигания используется для небольшого изменения крутящего момента. В альтернативном примере зажигание может быть выполнено с опережением во всех цилиндрах двигателя во время удаления конденсата, при этом цилиндры, работающие на богатой смеси («слабые» цилиндры) будут иметь большую величину опережения зажигания, а цилиндры, работающие на бедной смеси («сильные» цилиндры) - меньшую величину опережения зажигания.
В альтернативном примере удаление конденсата может быть направленно выполнено при нажатии на педаль газа, при этом нажатие на педаль газа приведет к увеличению расхода воздуха через двигатель. В данном варианте воплощения регулировка с помощью исполнительного механизма регулировки крутящего момента может не понадобиться, при этом выходной крутящий момент может быть увеличен для создания повышенного крутящего момента, запрашиваемого водителем. Однако даже во время направленного удаления конденсата, когда расход воздуха через двигатель увеличивается до уровня, равного или превышающего пороговый уровень продувки, в ответ на нажатие на педаль газа, контроллер может регулировать подачу топлива в каждый цилиндр во время направленного удаления конденсата на основе чувствительности каждого отдельного цилиндра к попаданию воды. В частности, при увеличении расхода воздуха через двигатель в ответ на нажатие водителем на педаль цилиндры с большей чувствительностью к попаданию воды могут работать на богатой смеси, а цилиндры с меньшей чувствительностью к попаданию воды работают на бедной смеси таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» оставалось равным или примерно равным стехиометрическому значению.
Таким образом, для компенсации неравномерного потока конденсата и (или) разницы в чувствительности к попаданию воды у разных цилиндров во время прохождения конденсата контроллер может подавать в одни цилиндры бедную смесь, а в другие - богатую смесь, при этом соотношение «выхлопные газы/топливо» в двигателе будет колебаться в районе стехиометрического значения. В частности, на основе чувствительности каждого цилиндра двигатель к попаданию воды в каждый из них может подано определенное количество топлива. Таким образом, цилиндры с большей чувствительностью к попаданию воды могут работать на богатой смеси, при этом цилиндры с меньшей чувствительностью к попаданию воды будут работать на бедной смеси. Кроме того, цилиндры, работающие на богатой смеси, могут иметь большее опережение зажигания для компенсации сниженной скорости сгорания. Использование богатой смеси также способствует снижению предрасположенности к детонации, когда расход конденсата снижается по мере его попадания в двигатель. Выходной сигнал датчика детонации может подтвердить завершение переноса конденсата, подавая контроллеру сигнал о восстановлении нормальных условий работы. В одном примере, в котором чувствительность к попаданию воды связана с неравномерным распределением конденсата между цилиндрами, топливо может подаваться в каждый цилиндр на основе величины конденсата, попавшего в цилиндр, при этом цилиндры, в которые попало количество конденсата, превышающее пороговое значение, работают на богатой смеси и имеют большую величину опережения зажигания, а цилиндры, в которые попало количество конденсата, меньшее, чем пороговое значение, работают на бедной смеси и имеют меньшую величину опережения зажигания. Таким образом, для увеличения расхода воздуха через двигатель без увеличения крутящего момента двигателя зажигание может быть выполнено с опережением для цилиндров, в которые подается богатая смесь, и для цилиндров, в которые подается бедная смесь, при этом величина опережения зажигания для цилиндров, работающих на богатой смеси, больше величины опережения для цилиндров, работающих на бедной смеси. Например, при работе цилиндров, в которые подается бедная смесь с соотношением, немного меньшим по сравнению со стехиометрическим соотношением, например, 15:1, то из-за низкой скорости горения может понадобиться, по крайней мере, небольшое опережение зажигания.
На этапе 324 уровень конденсата в САС может быть повторно оценен, на основании чего может быть определено, достигнута ли необходимая скорость удаления конденсата. В частности, может быть определено, превышено ли пороговое значение для уровня конденсата, в частности, нижний пороговый уровень. Нижний пороговый уровень может соответствовать нижнему пороговому значению конденсата, накапливаемого в САС. Кроме того, нижний пороговый уровень может иметь некоторый допуск с учетом гистерезиса.
В альтернативном примере вместо определения того, достаточно ли снизился уровень конденсата, может быть определено, снизилась ли скорость попадания конденсата в цилиндры (из-за того, что конденсат закончился и больше не поступает). Например, может быть проанализирован выходной сигнал детонации от датчика детонации. Как было сказано выше, работа «слабых» цилиндров на богатой смеси способствует снижению предрасположенности к детонации, когда расход конденсата снижается по мере попадания конденсата в двигатель. На основе сигнала детонации для циклов сгорания в цилиндрах, работающих на богатой смеси (с опережением зажигания), контроллер может определить, когда будет удален весь конденсат. Например, в ответ на увеличение мощности сигнала о детонации и частоты детонации в цилиндрах, работающих на богатой смеси, может быть определено, что конденсат больше не попадает в цилиндр. Соответственно, как описано ниже, работа цилиндров на богатой смеси может быть прервана.
Если уровень конденсата по-прежнему превышает пороговый уровень (или если частота детонации цилиндров, работающих на богатой смеси, ниже порогового значения), на этапе 326 процедура включает в себя продолжение подачи топлива для каждого цилиндра на основе чувствительности цилиндра к попаданию воды при увеличении расхода воздуха через двигатель для переноса конденсата во впуск двигателя. В одном примере для выполнения полного удаления конденсата работа нескольких цилиндров на богатой смеси и нескольких цилиндров на бедной смеси при увеличении расхода воздуха через двигатель без увеличения крутящего момента двигателя может продолжаться в течение нескольких секунд.
Когда будет определено, что количество конденсата опустилось ниже (нижнего) порогового уровня (или что частота детонации цилиндров, работающих на богатой смеси, превысила пороговое значение), то на этапе 328 процедура будет включать в себя прекращение переноса конденсата из САС во впуск двигателя. Сюда относится снижение расхода воздуха через двигатель обратно до уровня, основанного на запрашиваемом водителем крутящем моменте, и прекращение подачи топлива в цилиндры на основе их чувствительности к попаданию воды (или количестве попадающего в них конденсата). В частности, подача стехиометрической смеси в цилиндры двигателя может быть возобновлена. В качестве альтернативы может быть возобновлена номинальная подача топлива в цилиндры для обеспечения номинального соотношения «воздух для горения/топливо» в цилиндры на основе условий работы двигателя. Кроме того, могут быть восстановлены номинальные значения моментов зажигания. Например, моменты зажигания могут вернуться к значению МВТ.
На фиг. 6 в виде процедуры 600 представлен способ определения величины обогащения для «слабых» цилиндров и соответствующей регулировки величины обеднения для «сильных» цилиндров. Таким образом, процедура с фиг. 6 может быть выполнена в виде части процедуры с фиг. 3, в частности, на этапах 316-318.
На этапе 602 могут быть определены «сильные» цилиндры с меньшей чувствительностью к попаданию воды. Например, данные о «сильном» цилиндре может быть получены из справочной таблицы, представленной на фиг. 5. На этапе 604 может быть определена величина обеднения, необходимая для увеличения расхода воздуха через двигатель до уровня продувки при снижении стабильности сгорания в «сильных» цилиндрах. Например, величина обеднения впрыскиваемой бедной смеси может быть определена на основе «силы» цилиндров, количества «сильных» цилиндров, а также количества воздуха и (или) конденсата, которое должно попасть в цилиндр. В одном примере для определения необходимой величины обеднения для каждого цилиндра контроллер может использовать функцию зависимости, например, график 800 с фиг. 8, используя данные о «силе» цилиндра, величине обеднения, требующей соответствующего увеличения по мере роста «силы» «сильных» цилиндров. На этапе 606 на основе полученной величины обеднения вычисляется величина обогащения, необходимая для обеспечения общего соотношения «выхлопные газы/топливо», равного или примерно равного стехиометрическому значению. Затем на этапе 608 необходимая величина обогащения распределяется между оставшимися «слабыми» цилиндрами, имеющими большую чувствительность к попаданию воды. Необходимая величина обогащения может быть равномерно распределена между всеми «сильными» цилиндрами, в которые попадает топливо с одинаковой величиной обогащения. В качестве альтернативы необходимая величина обогащения может быть неравномерно распределена между всеми «сильными» цилиндрами, в которые поступает топливо, имеющее величину обогащения, основанную на «силе» каждого цилиндра. Контроллер может использовать функцию зависимости, например, график 800 с фиг. 8, для определения величины обогащения, необходимой для каждого «сильного» цилиндра на основе соответствующего значения «слабости», при этом величина обогащения увеличивается по мере увеличения «слабости» «слабых» цилиндров, а также на основе необходимой величины обогащения для поддержания стехиометрического соотношения на выпуске.
Например, двигатель может представлять собой однорядный 4-хцилиндровый двигатель, имеющий один «слабый» цилиндр и 3 «сильных» цилиндра во время удаления конденсата. На основе «слабости» «слабых» цилиндров, величина обогащения, равная 0,95 лямбды, может быть использована для «слабых» цилиндров, а остальные «сильные» цилиндры работают при 1,017 лямбды таким образом, чтобы блок работал при значении, практически равном 1,0 лямбды. В качестве альтернативы обеднение может быть распределено неравномерно: в первом «сильном» цилиндре соотношение будет равно 1,015, во втором «сильном» цилиндре соотношение будет равно 1,0125, а в третьем цилиндре - 1,0135. В качестве другого примера на основе «слабости» «слабого» цилиндра может быть определена величина обогащения при воздушно-топливном соотношении 10:1. Соответственно для обеспечения общего стехиометрического соотношения на выпуске (т.е. 14:1) в остальных «сильных» цилиндрах смесь может иметь одинаковую величину обеднения при воздушно-топливном соотношении 16:1. В качестве альтернативы обеднение может быть распределено неравномерно: в первом «сильном» цилиндре соотношение будет равно 16:1, во втором «сильном» цилиндре соотношение будет равно 15:1, а в третьем цилиндре - 15,5:1.
Таким образом, процедура с фиг. 3 (и фиг. 6) позволяет удалить конденсат при меньшей вероятности возникновения проблем со сгоранием. За счет работы цилиндров с большей чувствительностью к попаданию воды на богатой смеси с увеличенным опережением зажигания при сниженном попадании конденсата будет велика вероятность пропуска зажигания. Если при этом цилиндры с меньшей чувствительностью к попаданию воды будут работать на бедной смеси, расход воздуха через двигатель можно будет увеличить для обеспечения удаления конденсата из САС при поддержании общего соотношения «выхлопные газы/топливо» в районе стехиометрического значения. Предпочтительные показатели для выбросов будут достигнуты за счет того, что стехиометрическая смесь поддерживает активность каталитического нейтрализатора выхлопных газов, который нейтрализует выбросы выхлопных газов.
Следует понимать, что в альтернативном варианте воплощения с фиг. 6 на основе «слабости» цилиндров (фиг. 8), количества «слабых» цилиндров и стабильности сгорания в цилиндрах сначала может быть определена величина обогащения «слабых» цилиндров (фиг. 5), имеющих большую чувствительность к попаданию воды. Затем на основе полученной величины обогащения может быть отрегулирована величина обеднения смеси в цилиндрах, работающих на бедной смеси, что позволит получить общее соотношение «выхлопные газы/топливо», равное или примерно равное стехиометрическому значению.
В одном примере для удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха в цилиндры двигателя в ответ на повышенные уровни конденсата один или несколько цилиндров двигателя работают на бедной смеси, в результате чего расход воздуха через двигатель увеличивается без увеличения крутящего момента двигателя. Цилиндры двигателя могут быть выбраны для работы на бедной смеси на основе их чувствительности к попаданию воды. В данном случае в цилиндры может быть подано разное количество конденсата. Соотношение «воздух для сгорания/топливо» для каждого цилиндра регулируется во время удаления конденсата на основе количества попавшего в него конденсата и чувствительности каждого цилиндра к попаданию воды. Цилиндры, в которые попадает разное количество конденсата, могут быть цилиндрами, в которые подается количество конденсата, основанное на значениях скорости вращения двигателя и нагрузки на двигатель, геометрии двигателя, положении цилиндра и порядке работы цилиндров. Увеличение расхода воздуха через двигатель без увеличения крутящего момента двигателя может включать в себя увеличение степени открытия впускного дросселя при использовании опережения зажигания, по крайней мере, в цилиндрах, работающих на богатой смеси. Последовательная регулировка соотношения «воздух для сгорания/топливо» в каждом цилиндре во время удаления конденсата может включать в себя работу первого цилиндра двигателя с чувствительностью к попаданию воды, превышающей пороговое значение при обогащенном соотношении «воздух для сгорания/топливо» по сравнению со стехиометрическим соотношением, и работу второго цилиндра, имеющего чувствительность к попаданию воды меньшую, чем пороговое значение при обедненном соотношении «воздух для сгорания/топливо» по сравнению со стехиометрическим соотношением. Величина обогащения первого цилиндра двигателя может быть отрегулирована на основе величины обеднения второго цилиндра двигателя таким образом, чтобы поддерживать общее соотношение «выхлопные газы/топливо» равным или почти равным стехиометрическому значению.
В другом примере для создания запрашиваемого крутящего момента и направленного удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха в цилиндры двигателя в ответ на обнаружение повышенного уровня конденсата во время нажатия на педаль газа происходит увеличение расхода воздуха через двигатель. Из-за цилиндров, в которые поступает разное количество конденсата, соотношение «воздух для сгорания/топливо» в каждом цилиндре регулируется во время удаления конденсата на основе количества попавшего конденсата и чувствительности каждого цилиндра к попаданию воды.
В другом примере система двигателя состоит из двигателя, включающего в себя один или несколько цилиндров и впускной коллектор, компрессора, соединенного с участком выше по потоку относительно впускного дросселя, охладителя наддувочного воздуха, соединенного с участком ниже по потоку относительно компрессора, педали газа, с помощью которой можно получить запрашиваемый водителем крутящий момент, а также контроллера с машиночитаемыми инструкциями. Инструкции могут представлять собой код для выполнения увеличения степени открытия впускного дросселя, чтобы обеспечить увеличение потока воздуха во впускной коллектор при постоянном крутящем моменте во время неизменного положения педали газа в ответ на то, что количество конденсата, находящегося в охладителе наддувочного воздуха, превышает пороговое значение; для подачи топлива в каждый цилиндр на основе соответствующих значений чувствительности к попаданию воды при поддержании соотношения «выхлопные газы/топливо» равным или почти равным стехиометрическому значению. Подача топлива может включать в себя подачу богатой смеси в первый цилиндр с большей чувствительностью к попаданию воды и подачу бедной смеси во второй цилиндр с меньшей чувствительностью к попаданию воды, при этом величина обогащения подаваемой богатой смеси и величина обеднения подаваемой бедной смеси регулируется таким образом, чтобы поддерживать соотношение «выхлопные газы/топливо» равным или примерно равным стехиометрическому значению. Цилиндры, в которые подается обогащенная смесь, могут иметь большее опережение зажигания для поддержания крутящего момента на прежнем уровне во время попадания конденсата и повышения устойчивости к детонации по мере снижения скорости потока конденсата в виде функции зависимости от общего количества накопленного конденсата и скорости сгорания конденсата в двигателе. Поддержание крутящего момента двигателя также может включать в себя опережение зажигания, регулировку (например, опережение или задержку) фаз распределительного вала и (или) регулировку (например, увеличение) нагрузки генератора переменного тока при увеличении расхода воздуха через двигатель. Таким образом, расход воздуха через двигатель увеличивается от начального значения до значения продувки, данное значение продувки основано на количестве конденсата, накопленного в охладителе наддувочного воздуха.
В другом примере способ работы двигателя включает в себя подачу разного количества конденсата из охладителя наддувочного воздуха в цилиндры двигателя и компенсацию неравномерного потока конденсата за счет работы цилиндров, в которые поступает большее количество конденсата, на богатой смеси и работы цилиндров, в которые поступает меньшее количество конденсата, на бедной смеси, при поддержании соотношения «выхлопные газы/топливо» на уровне стехиометрического значения. Способ также включает в себя увеличение расхода воздуха через двигатель для направления конденсата из охладителя наддувочного воздуха во впуск двигателя, данное увеличение расхода воздуха через двигатель создает неравномерный поток конденсата. Другими словами, увеличение расхода позволяет удалить конденсат из САС, который неравномерно распределяется между цилиндрами двигателя в зависимости от физической формы впускного коллектора. Увеличение расхода воздуха через двигатель может включать в себя регулировку величины обеднения цилиндров, работающих на бедной смеси, таким образом, чтобы расход воздуха через двигатель превысил пороговое значение и был создан поток конденсата из охладителя наддувочного воздуха в цилиндры двигателя. Для увеличения расхода воздуха через двигатель на основе величины обеднения может быть увеличена степень открытия впускного дросселя для воздуха. Величина конденсата, попадающего в каждый цилиндр двигателя, может быть основана на одном или нескольких параметрах: скорость вращения двигателя, геометрия двигателя, положение цилиндра в блоке двигателя, а также порядок работы цилиндров. Контроллер может обеспечивать работу цилиндров, в которые попадает количество конденсата выше порогового значения, на богатой смеси, при этом величина обогащения будет основана на количестве цилиндров, в которых количество поступающего конденсата выше порогового значения, и на количестве цилиндров, в которых количество поступающего конденсата ниже порогового значения. Контроллер также может обеспечить работу цилиндров, в которые попадает количество конденсата ниже порогового значения, на бедной смеси, при этом величина обеднения также будет основана на количестве цилиндров, в которых количество поступающего конденсата выше порогового значения, и на количестве цилиндров, в которых количество поступающего конденсата ниже порогового значения.
На фиг. 4 показан пример процедуры 400 удаления конденсата из САС при регулировке момента впрыска топлива в цилиндры двигателя. Способ позволяет работать, по крайней мере, некоторым цилиндрам двигателя на бедной послойной смеси во время удаления конденсата таким образом, чтобы создавался массовый расход воздуха, достаточный для переноса конденсата. Контроллер может определять необходимость работы одного или нескольких цилиндров двигателя на бедной послойной смеси (при наличии такой возможности), потому что данная операция позволяет «более бедным» или «более сильным» цилиндрам работать при общем бедном соотношении, за счет чего можно получить значительно больший расход воздуха или скорость удаления конденсата. Работа на бедной послойной смеси может включать в себя работу всего двигателя на общей бедной послойной смеси или работу некоторых цилиндров на бедной послойной смеси при работе других цилиндров на богатой смеси таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» поддерживалось примерно равным стехиометрическому значению. В этом случае работа всего двигателя на бедной послойной смеси может быть возможна только в течение небольшого времени до тех пор, пока не упадет эффективность каталитического нейтрализатора. После работы всего двигателя на бедной послойной смеси может понадобиться перейти к работе на богатой смеси в течение некоторого времени для того, чтобы восстановить эффективность каталитического нейтрализатора. Общая продолжительность работы на бедной послойной смеси будет определяться способностью каталитического нейтрализатора накапливать кислород. За счет увеличения расхода воздуха через двигатель при регулировке момента впрыска топлива в цилиндры удаление конденсата может проходить без увеличения частоты пропусков зажигания или иных проблем со сгоранием.
На этапе 402, как и на этапе 302, процедура включает в себя оценку и (или) измерение параметров работы двигателя, включая, но не ограничиваясь этим, запрашиваемый водителем крутящий момент (на основе положения педали), скорость вращения двигателя (Ne) и нагрузку на двигатель, ЕСТ, наддув, температуру окружающей среды, MAF, MAP, количество EGR, воздушно-топливное соотношение (A/F), влажность окружающей среды, давление окружающей среды, BP, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов, условия САС (температура на впуске и выпуске, давление на впуске и выпуске, расход через САС и т.д.) и другие параметры.
На этапе 404, как и на этапе 304, процедура включает в себя определение уровня (или количества) конденсата в САС. Как и в процедуре с фиг. 3, уровень конденсата может быть оценен на основе массового расхода, температуры окружающей среды, температуры на выпуске САС, давления в САС, давления окружающей среды, количества EGR и входного сигнала от датчика влажности. На этапе 406 (как и на этапе 306) уровень конденсата может быть смоделирован на основе модели, вычисляющей скорость образования конденсата в САС на основе температуры окружающей среды, температуры на выпуске САС, массового расхода, EGR, влажности и т.д. В качестве альтернативы на этапе 408 (как и на этапе 308) значения уровня конденсата могут быть сопоставлены с температурой на выпуске САС и соотношением между давлением в САС и давлением окружающей среды или между температурой на выпуске САС и нагрузкой на двигатель.
На этапе 410 полученный уровень конденсата может быть сопоставлен с пороговым уровнем для определения того, соблюдены ли условия удаления конденсата. Пороговый уровень может представлять собой верхнее пороговое значение накопления конденсата. Если уровень конденсата не превышает пороговый уровень, то на этапе 412 может быть определено, что условия удаления конденсата не соблюдены, соответственно, цикл очистки запущен не будет. Кроме того, момент впрыска топлива может быть установлен на момент (первого) впрыска топлива, что позволит обеспечить воспламенение однородной воздушно-топливной смеси с помощью искры.
Если уровень конденсата выше порогового уровня, то на этапе 414 в ответ на уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха способ будет содержать регулировку момента впрыска топлива при увеличении расхода воздуха через двигатель до уровня, превышающего уровень, запрашиваемый водителем транспортного средства. В частности, момент впрыска топлива может быть изменен с первого момента впрыска, обеспечивающего подачу в цилиндр однородной воздушно-топливной смеси, воспламеняемой с помощью искры, на второй момент впрыска, обеспечивающий подачу в цилиндр, по крайней мере, некоторого количества послойной воздушно-топливной смеси, воспламеняемой с помощью искры.
В частности, момент впрыска топлива может быть отрегулирован таким образом, чтобы один или несколько цилиндров двигателя работали на бедной послойной смеси. Как будет сказано ниже, сюда может относиться работа некоторых цилиндров на бедной послойной смеси и работа других цилиндров на стехиометрической смеси таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» было бедным, или работа всех цилиндров на бедной послойной смеси таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» было бедным. За счет работы на бедной смеси, даже в течение небольшого времени, расход воздуха через коллектор может быть увеличен до уровня, равного или превышающего уровень продувки, которого будет достаточно для начала удаления конденсата, но не достаточно для пропусков зажигания и плохого сгорания. В еще одном примере работа некоторых цилиндров на бедной послойной смеси может включать в себя работу некоторых цилиндров на бедной смеси и работу других цилиндров на богатой смеси таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» (для смеси, поступающей, например, на трехходовой каталитический нейтрализатор выхлопных газов) было равно или примерно равно стехиометрическому значению (например, колебалось в районе стехиометрического значения).
Изменение момента впрыска топлива с первого момента на второй момент может включать в себя, например, регулировку количества впрысков в течение цикла сгорания на этапе 416. Данное изменение также может включать в себя, например, изменение первого момента впрыска, включающего в себя впрыск на такте впуска, на второй момент впрыска, включающий в себя впрыск на такте сжатия, на этапе 418. В соответствии с настоящим документом впрыск на такте впуска может включать в себя ранний впрыск на такте впуска (например, впрыск, начинающийся в конце такта выпуска и заканчивающийся в начале такта впуска), промежуточный впрыск на такте впуска (например, впрыск, начинающийся и заканчивающийся на такте впуска) и поздний впрыск на такте впуска (например, впрыск, начинающийся на такте впуска и заканчивающийся на такте сжатия), при этом впрыск на такте сжатия включает в себя поздний впрыск на такте сжатия.
В одном примере контроллер может изменять момент впрыска топлива с единого впрыска на такте впуска на раздельный впрыск топлива, включающий в себя, по крайней мере, впрыск на такте сжатия. Количество впрысков в данном случае может быть основано на уровне конденсата. Например, после того как уровень конденсата превысит пороговый уровень, контроллер сможет начать регулировать момент впрыска топлива таким образом, чтобы увеличить количество впрысков топлива в течение одного цикла работы двигателя, и увеличивать соотношение компонентов топливной смеси, подаваемой на такте сжатия, и компонентов топливной смеси, подаваемой на такте впуска. Коэффициент разделения также может быть определен на основе необходимой величины обеднения. Например, преждевременный впрыск (впрыск на такте впуска) может быть использован для обеспечения работы на общей бедной смеси, при этом для создания относительно сгораемой смеси рядом с запальной свечой вместе с искровым зажиганием может быть использовано воспламенение от сжатия.
Изменение момента впрыска топлива также может включать в себя регулировку момента впрыска для всех цилиндров с моментом «сильных» цилиндров, имеющих меньшую чувствительность к попаданию воды (или цилиндров, в которые попадает меньше конденсата) и работающих на бедной послойной смеси, и регулировку момента впрыска для «слабых» цилиндров, имеющих большую чувствительность к попаданию воды (или цилиндров, в которые попадает больше конденсата) и работающих на богатой смеси, таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» поддерживалось равным или примерно равным стехиометрическому соотношению с помощью, по крайней мере, цилиндров, работающих на богатой смеси с дополнительным опережением зажигания. Как было сказано со ссылкой на фиг. 3, чувствительность цилиндров к попаданию воды может быть предварительно определена во время испытаний двигателя и сохранена в виде справочной таблицы (например, в виде таблицы с фиг. 5) в памяти контроллера.
В альтернативном примере вместо работы одних цилиндров, имеющих меньшую чувствительность к попаданию воды, на бедной послойной смеси во время работы других цилиндров, имеющих большую чувствительность к попаданию воды, на богатой смеси при общем соотношении «выхлопные газы/топливо», поддерживаемом примерно на уровне стехиометрического значения, изменение момента впрыска топлива может включать в себя работу одних цилиндров, имеющих меньшую чувствительность к попаданию воды, на бедной послойной смеси во время работы других цилиндров, имеющих большую чувствительность к попаданию воды, на стехиометрической смеси при общем бедном соотношении «выхлопные газы/топливо». За счет того что «слабые» цилиндры не работают на бедной смеси, вероятность впрыска конденсата, приводящего к пропускам зажигания в «слабых» цилиндрах, снижается.
В этом случае момент впрыска бедной послойной смеси для выбранных цилиндров может быть отрегулирован таким образом, чтобы при создании общей бедной смеси в цилиндре рядом с запальной свечой находилась обогащенная смесь. За счет создания вокруг запальной свечи богатой смеси сгорание становится более устойчивым. За счет создания общего бедного соотношения «воздух для сгорания/топливо» скорость расхода через коллектор увеличивается достаточно сильно для того, чтобы начался процесс продувки.
На этапе 422 величина обеднения бедной послойной смеси может быть изменена для увеличения расхода воздуха через двигатель до уровня, равного или превышающего уровень продувки, который позволяет удалить конденсат. Другими словами, при работе на бедной послойной смеси расход воздуха через двигатель может быть увеличен на основе уровня конденсата в охладителе наддувочного воздуха. Затем расход воздуха через двигатель увеличивается до уровня продувки, необходимого для удаления конденсата из охладителя наддувочного воздуха. За счет увеличения скорости потока воздуха скорость удаления конденсата из САС также растет, что позволяет перенести конденсат в двигатель.
Величина обеднения может быть основана на чувствительности цилиндров к попаданию конденсата. Это связано с тем, что конденсат не может равномерно выходить из САС в цилиндры двигателя. В частности, в начале удаления конденсата может выйти большее количество конденсата, которое будет постепенно снижаться по мере удаления конденсата. Для решения проблемы, связанной с неравномерным удалением конденсата, контроллер может следить за порядком работы цилиндров таким образом, чтобы цилиндры, работающие в начале удаления конденсата (например, сразу после начала удаления конденсата или раньше, как определено порядком работы цилиндров), в которые, скорее всего, попадет большее количество конденсата, были настроены так, чтобы иметь меньшую величину обеднения, а цилиндры, работающие на более поздних стадиях удаления конденсата (например, в любой момент после начала удаления конденсата или позднее, как определено порядком работы цилиндров), в которые, скорее всего, попадет меньшее количество конденсата, были настроены так, чтобы иметь большую величину обеднения.
Например, некоторые цилиндры могут быть предрасположены к попаданию в них конденсата. За счет оценки задержки переноса конденсата из САС в «предрасположенные» цилиндры, а также на основе количества накопившегося конденсата (например, на основе значений, полученных с помощью моделирования или расчетов) и количества удаленного конденсата контроллер может оценить количество задействованных циклов сгорания и рассчитать соответствующую скорость снижения. В качестве альтернативы контроллер может использовать выходной сигнал датчика детонации в качестве обратной связи для определения того, когда был удален конденсат и когда необходимо вернуться к нормальным значениям подачи воздуха, топлива и искры. Например, завершение впрыска конденсата может быть определено при обнаружении увеличения частоты детонации цилиндров, работающих на богатой смеси.
Затем происходит регулировка величины обогащения остальных цилиндров на основе величины обеднения таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» поддерживалось примерно равным стехиометрическому значению. За счет обеспечения стехиометрического соотношения на выпуске в сторону устройства нейтрализации выхлопных газов, расположенного ниже по потоку, каталитический нейтрализатор выхлопных газов может поддерживаться в активном состоянии, что позволит обеспечить большую эффективность нейтрализации.
Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 7, регулировка может включать в себя определение величины обеднения, необходимой для работы «сильных» цилиндров на бедной послойной смеси, регулировку величины обогащения «слабых» цилиндров для обеспечения общего стехиометрического соотношения «выхлопные газы/топливо» (или при необходимости - бедного соотношения «выхлопные газы/топливо»). Другими словами, величина обеднения для «слабых» цилиндров может являться ограничивающим фактором. Это связано с тем, что работа на бедной послойной смеси может потребовать использования порогового значения обеднения. Таким образом, может потребоваться, чтобы «сильные» цилиндры работали при величине обеднения, находящейся в допустимых пределах для бедной послойной смеси. Величина обеднения также может быть определена с помощью увеличения расхода воздуха, необходимого для удаления конденсата и поддержания выходного крутящего момента.
На этапе 424, как и на этапе 324, уровень конденсата в САС может быть повторно оценен, на основании чего может быть определено, достигнута ли необходимая скорость удаления конденсата. В частности, может быть определено, превышено ли пороговое значение для уровня конденсата, в частности, нижний пороговый уровень. Нижний пороговый уровень может соответствовать нижнему пороговому значению конденсата, накапливаемого в САС. Кроме того, нижний пороговый уровень может иметь некоторый допуск с учетом гистерезиса. Если уровень конденсата все еще превышает пороговый уровень, то на этапе 426 процедура включает в себя продолжение работы двигателя с моментами впрыска, соответствующими второму моменту, при котором производится работа на бедной послойной смеси с искровым зажиганием. В одном примере работа, по крайней мере, некоторых цилиндров на бедной послойной смеси для завершения удаления конденсата может продолжаться в течение нескольких секунд.
Когда будет определено, что количество конденсата опустилось ниже (нижнего) порогового уровня, то на этапе 428 процедура будет включать в себя прекращение удаления конденсата из САС во впуск двигателя. Сюда входит возврат к первому моменту впрыска топлива и последующее воспламенение однородной воздушно-топливной смеси в цилиндре с помощью искры.
На фиг. 7 в виде процедуры 700 представлен способ определения величины обеднения для «сильных» цилиндров и соответствующей регулировки величины обогащения для «слабых» цилиндров. Таким образом, процедура с фиг. 7 может быть выполнена в виде части процедуры с фиг. 4, в частности, на этапе 422.
На этапе 702 могут быть определены «сильные» цилиндры с меньшей чувствительностью к попаданию воды. Например, данные о «сильном» цилиндре может быть получены из справочной таблицы, представленной на фиг. 5. На этапе 704 может быть определена (минимальная) величина обеднения, необходимая для работы «сильных» цилиндров на бедной послойной смеси. Например, на основе «силы» цилиндров может быть определена величина обеднения впрыскиваемой обедненной смеси. В одном примере для определения необходимой величины обеднения для каждого цилиндра контроллер может использовать функцию зависимости, например, график 850 с фиг. 8, используя данные о «силе» цилиндра, величине обеднения, требующей соответствующего увеличения по мере роста «силы» «сильных» цилиндров. На этапе 706 полученная величина обеднения сравнивается с предельным значением бедной послойной смеси. Например, полученная величина обеднения может быть сравнена с нижним пороговым значением обеднения или пороговым значением работы на бедной послойной смеси. Если полученная величина обеднения находится вне пределов (например, превышает пороговое значение обогащения), то на этапе 707 процедура включает в себя повторную регулировку полученной величины обеднения таким образом, чтобы она была равна предельному значению для бедной послойной смеси. После повторной регулировки или в случае возврата величины обеднения в допустимые пределы для бедной послойной смеси на основе полученной величины обеднения на этапе 708 рассчитывается величина обогащения, необходимая для обеспечения необходимого соотношения «выхлопные газы/топливо» (например, общее соотношение должно быть равно или примерно равно стехиометрическому значению или быть беднее, чем стехиометрическое значение). Затем на этапе 710 необходимая величина обогащения распределяется между оставшимися «слабыми» цилиндрами, имеющими большую чувствительность к попаданию воды. Необходимая величина обогащения может быть равномерно распределена между всеми «слабыми» цилиндрами, в которые попадает топливо с одинаковой величиной обогащения. В качестве альтернативы необходимая величина обогащения может быть неравномерно распределена между всеми «слабыми» цилиндрами, в которые поступает топливо с величиной обогащения, значение которой основано на «слабости» каждого цилиндра. Контроллер может использовать функцию зависимости, например, на график 800 с фиг. 8, для определения величины обогащения, необходимой для каждого «слабого» цилиндра на основе его «слабости», величина обогащения увеличивается по мере увеличения «слабости» «слабых» цилиндров, а также на основе необходимого обогащения для обеспечения необходимого общего соотношения «выхлопные газы/топливо». Так же, как и на графике 800, дополнительное зажигание может быть сопоставлено со «слабостью» «слабых» цилиндров, а способность цилиндров принимать конденсат может быть использована для оценки величины опережения зажигания, необходимой для возврата сгорания к оптимальному моменту.
Например, двигатель может представлять собой однорядный 4-хцилиндровый двигатель, имеющий один «сильный» цилиндр и 3 «слабых» цилиндра во время удаления конденсата. На основе «силы» «сильного» цилиндра может быть определено, что величина обеднения может быть равна 1,3 лямбды. В этом случае данное значение может находиться в пределах для работы на бедной послойной смеси (1,5 лямбды). Соответственно для обеспечения общего стехиометрического соотношения «выхлопные газы/топливо» (AFR=1,0) в остальные «слабые» цилиндры может быть подана смесь с величиной обогащения, равной 0,9 лямбды. В качестве альтернативы обогащение может быть распределено неравномерно: в первом «слабом» цилиндре соотношение будет равно 0,8 лямбды, во втором «слабом» цилиндре соотношение будет равно 0,9 лямбды, а в третьем цилиндре - 1,0 лямбды. В другом примере на основе «силы» «сильного» цилиндра может быть определено, что величина обеднения должна быть равна 16:1. В этом случае данное значение может находиться в пределах для работы на бедной послойной смеси (17:1). В другом примере в зависимости от конструкции камеры сгорания двигателя для бедной послойной смеси может быть использовано предельное значение, примерно равное 30:1, поскольку впрыск под давлением в область рядом с запальной свечой является достаточно богатой для сгорания при очень бедном общем воздушно-топливном соотношении. Соответственно для обеспечения общего стехиометрического соотношения «выхлопные газы/топливо» (14:1) в остальные «слабые» цилиндры может быть подана смесь с одинаковой величиной обогащения, равной 11:1. В качестве альтернативы обогащение может быть распределено неравномерно: в первом «слабом» цилиндре соотношение будет равно 10,5:1, во втором «слабом» цилиндре соотношение будет равно 11,0:1, а в третьем «слабом» цилиндре - 11,0:1.
Таким образом, процедура с фиг. 4 (и фиг. 7) позволяет удалить конденсат при меньшей вероятности возникновения проблем со сгоранием. За счет кратковременной работы, по крайней мере, цилиндров с меньшей чувствительностью к попаданию воды на бедной послойной смеси скорость потока через коллектор может быть значительно увеличена для продувки конденсата в цилиндры без возникновения пропусков зажигания. За счет дополнительной регулировки момента впрыска топлива цилиндры, наиболее предрасположенные к пропускам зажигания, будут работать на богатой смеси, что позволит снизить вероятность возникновения проблем со сгоранием в данных цилиндрах во время удаления конденсата. За счет поддержания общего соотношения «выхлопные газы/топливо» примерно равным стехиометрическому значению, можно достичь предпочтительных показателей с точки зрения выбросов.
В одном примере контроллер может удалять конденсат из охладителя наддувочного воздуха при кратковременном переходе на бедную послойную смесь, при этом величина обеднения основана на величине конденсата в охладителе наддувочного воздуха и порядке работы цилиндров во время удаления конденсата. Кратковременный переход на бедную послойную смесь может включать в себя переход на бедную послойную смесь (только) в первом цилиндре, имеющем меньшую чувствительность к попаданию воды. Кроме того, при переходе на бедную послойную смесь в первом цилиндре второй цилиндр, имеющий большую чувствительность к попаданию воды, может перейти к работе на богатой смеси с большим опережением зажигания таким образом, чтобы соотношение «выхлопные газы/топливо» было примерно равно стехиометрическому значению, а момент зажигания обеспечивал оптимальную скорость горения. Величина обеднения может быть отрегулирована таким образом, чтобы расход воздуха через двигатель был выше порогового уровня (например, уровня продувки), данный пороговый уровень основан на количестве конденсата в охладителе наддувочного воздуха. Величина обеднения может быть также основана на предельном значении обеднения для бедной послойной смеси, при этом величина обеднения регулируется таким образом, чтобы не превышать предельное значение, затем для обеспечения стехиометрического соотношения «выхлопные газы/топливо» величина обогащения устанавливается на основе величины обеднения. Когда количество конденсата превысит пороговое значение, можно будет увеличить значение одной или нескольких следующих характеристик: величина обеднения и продолжительность работы на бедной послойной смеси. Кратковременный переход на работу на бедной послойной смеси также может включать в себя переход от работы на однородной смеси, когда топливо впрыскивается, по крайней мере, на такте впуска, к работе на бедной послойной смеси, когда топливо впрыскивается, по крайней мере, на такте сжатия. Кроме того, контроллер может выполнять раздельный впрыск топлива и увеличивать количество впрысков топлива за цикл работы двигателя на основе количества конденсата в охладителя наддувочного воздуха.
В другом примере система двигателя состоит из двигателя, включающего в себя один или несколько цилиндров, компрессора, соединенного с участком выше по потоку относительно впускного дросселя, охладителя наддувочного воздуха, соединенного с участком ниже по потоку относительно компрессора, форсунки прямого впрыска для впрыска топлива в цилиндр двигателя и контроллера с машиночитаемыми инструкциями. Компьютер может содержать код для регулировки момента впрыска топлива в двигатель для работы одного или нескольких цилиндров на бедной послойной смеси до тех пор, пока уровень конденсата не станет ниже порогового значения в ответ на то, что уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха превышает пороговое значение, при постоянном положении педали газа. Регулировка может включать в себя работу одних цилиндров, имеющих меньшую чувствительность к попаданию воды, на бедной послойной смеси и работу других цилиндров, имеющих большую чувствительность к попаданию воды, на стехиометрической смеси, при этом обеспечивается общее бедное соотношение «выхлопные газы/топливо», в течение времени, определенного на основе способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород, после удаления всего конденсата начинается период работы на богатой смеси, позволяющий восстановить сбалансированное количество кислорода и эффективность каталитического нейтрализатора. Кроме того, регулировка может включать в себя работу одних цилиндров, имеющих меньшую чувствительность к попаданию воды, на бедной послойной смеси и работу других цилиндров, имеющих большую чувствительность к попаданию воды, на богатой смеси, при этом обеспечивается общее соотношение «выхлопные газы/топливо», примерно равное стехиометрическому значению.
На фиг. 9 на графике 900 показан пример удаления конденсата, в котором впрыск топлива и значения воздушно-топливного соотношения в цилиндрах регулируются по отдельности на основе соответствующих значений чувствительности к попаданию воды. Данный подход позволяет удалять конденсат при сниженной вероятности пропусков зажигания в цилиндре. На графиках 900 с помощью кривой 902 показаны значения уровня конденсата в САС, с помощью кривой 904 показано положение дросселя для впуска воздуха, с помощью кривых 905-906 показаны изменения впрыска топлива, с помощью кривой 908 показано общее соотношение «выхлопные газы/топливо» (измеренное рядом с устройством нейтрализации выхлопных газов), с помощью кривой 910 показаны изменения моментов зажигания, а с помощью кривой 912 показан крутящий момент двигателя. С помощью кривой 914 показан выходной сигнал датчика детонации, а с помощью кривой 916 показан расход воздуха через впускной коллектор.
Во время работы двигателя до момента t1 времени в охладителе наддувочного воздуха может накапливаться конденсат (кривая 902). До момента t1 времени двигатель может иметь впрыск топлива в каждый цилиндр, который обеспечивает подачу стехиометрической смеси в цилиндр (как показано в виде области 905 относительно пунктирной линии), и момент зажигания при МВТ (кривая 910). Степень открытия дросселя (кривая 904) и величина впрыска топлива может быть настроена таким образом, чтобы расход воздуха через двигатель, соответствующий выходному крутящему моменту (кривая 912), позволяли создать запрашиваемый водителем крутящий момент. Также до момента t1 времени в двигателе может не происходить детонации.
В момент t1 времени уровень конденсата может достичь верхнего порогового значения 901, при котором начинается удаление конденсата. В момент t1 времени в ответ на повышенный уровень конденсата подача топлива в цилиндр может быть отрегулирована таким образом, чтобы один или несколько цилиндров двигателя работали на смеси, имеющей бедное соотношение по сравнению со стехиометрическим значением. В представленном примере три цилиндра могут работать на бедной смеси, при этом один цилиндр будет работать на богатой смеси (как показано в виде области 906 относительно пунктирной линии). Контроллер может поддерживать уровень впрыска топлива в цилиндры, работающие на бедной смеси, постоянным при растущем расходе воздуха через двигатель в цилиндры для обеспечения необходимой величины обеднения. В частности, величина обеднения в цилиндрах, работающих на бедной смеси, может быть отрегулирована таким образом, чтобы расход воздуха через двигатель (MAP, кривая 916) увеличивался до уровня, равного или превышающего пороговый уровень 917, при котором конденсат может быть удален из охладителя наддувочного воздуха и направлен во впуск двигателя. Степень открытия дросселя может быть увеличена для обеспечения увеличения расхода воздуха через двигатель и получения необходимой величины обеднения. В этом случае чувствительность цилиндров к попаданию воды может быть разной. Следовательно, предпочтительно, чтобы контроллер выбирал «сильные» цилиндры, имеющие меньшую чувствительность к попаданию воды, для работы на бедной смеси (для обеспечения повышенного расхода воздуха через двигатель), и выбирал остальные «слабые» цилиндры, имеющие большую чувствительность к попаданию воды, для работы на богатой смеси (для обеспечения контроля воздушно-топливного соотношения). Кроме того, поскольку повышенный расход воздуха через двигатель может переносить конденсат из САС в двигатель, при этом конденсат поступает в цилиндры двигателя неравномерно (в одни цилиндры будет поступать несколько большее количество конденсата, чем в другие), то за счет регулировки подачи топлива в цилиндры на основе соответствующего изменения чувствительности цилиндров к попаданию воды может выполняться компенсация неравномерности поступления конденсата.
В частности, «слабые» цилиндры (в данном случае один цилиндр), имеющие большую чувствительность к попаданию воды, могут работать на богатой смеси, а остальные «сильные» цилиндры (в данном случае три цилиндра), имеющие меньшую чувствительность к попаданию воды, будут работать на бедной смеси. Величина обеднения для «сильных» цилиндров может быть отрегулирована на основе уровня конденсата в САС для увеличения расхода воздуха через двигатель (кривая 916) выше порогового уровня 917. Затем происходит регулировка величины обогащения остальных цилиндров на основе величины обеднения «слабых» цилиндров для поддержания постоянного общего соотношения «выхлопные газы/топливо» (AFR) на уровне стехиометрического значения (показано в виде пунктирной линии). В представленном примере величина обеднения «сильных» цилиндров регулируется неравномерно, при этом каждый цилиндр регулируется на основе его «силы», т.е. чем «сильнее» цилиндр, тем выше величина допустимого обеднения (показано в виде трех заштрихованных областей под пунктирной линией, соответствующей стехиометрическому соотношению).
Для обеспечения выходного крутящего момента двигателя при разной подаче топлива в цилиндры, а также для снижения частоты детонаций «слабых» цилиндров, вызванных попаданием конденсата, цилиндр, работающий на богатой смеси, также может работать с опережением зажигания относительно МВТ, как показано в виде кривой 910. В этот же момент цилиндры, работающие на бедной смеси, могут работать при поддерживаемом номинальном моменте зажигания, как показано с помощью пунктирной линии 911. В альтернативных примерах цилиндры, работающие на богатой смеси, могут иметь большее опережение зажигания, а цилиндры, работающие на бедной смеси, могут иметь меньшее опережение зажигания.
В этом случае работа двигателя при подаче топлива, изображенной в виде кривой 906, может продолжаться в течение некоторого количества циклов работы двигателя, при этом уровень конденсата может начать опускаться с верхнего порогового значения 901. В момент t2 времени уровень конденсата может быть равен или ниже нижнего порогового уровня 903, что свидетельствует об успешном удалении конденсата из САС. Кроме того, из-за попадания конденсата в двигатель в (слабых) цилиндрах, работающих на богатой смеси, может начаться детонация. Как показано в виде кривой 914, непосредственно перед моментом t2 времени частота детонаций цилиндров, работающих на богатой смеси, может увеличиться, а выходной сигнал датчика детонации, подключенного к цилиндрам, работающим на богатой смеси, может часто превышать пороговое значение 915 детонации. В ответ на резкое увеличение частоты детонации контроллер может определить, что процесс удаления конденсата завершен. Соответственно в момент t2 времени могут быть восстановлены исходные значения расхода воздуха через двигатель, подачи топлива и момента зажигания. В частности, степень открытия дросселя может быть уменьшена до номинального значения, полученного на основе условий работы двигателя. Также моменты зажигания могут вернуться к МВТ. Следующим этапом работы двигателя может быть подача топлива, как показано с помощью кривой 905 (сгорание стехиометрической смеси в цилиндре).
Следует понимать, что хотя в указанном выше примере расход воздуха через двигатель активно растет без увеличения крутящего момента двигателя в ответ на уровень конденсата для того, чтобы обеспечить удаление конденсата, в альтернативном примере конденсат может быть направленно удален во время нажатия на педаль газа, при этом за счет повышенного расхода воздуха через двигатель при нажатии на педаль газа будут достигнуты соответствующие преимущества. Например, для обеспечения расхода воздуха через двигатель, необходимого для создания запрашиваемого повышенного крутящего момента, в ответ на нажатие на педаль газа в момент t1 времени (или сразу после момента t1 времени) может быть увеличена степень открытия впускного дросселя (кривая 904). Кроме того, момент зажигания может поддерживаться на уровне МВТ (показано в виде части пунктирной линии 911) таким образом, чтобы крутящий момент двигателя мог быть увеличен на основе запроса от водителя (показан в виде части пунктирной линии 913). Хотя указано, что конденсат удаляется направленно, впрыск топлива в цилиндры может выполняться отдельно для каждого цилиндра (как показано кривой 906) таким образом, чтобы проблемы со стабильностью сгорания каждого цилиндра можно было устранить при попадании конденсата во время удаления конденсата. В момент t2 времени в ответ на отпускание педали газа расход воздуха через двигатель может быть снижен.
Таким образом, конденсат может быть удален без ухудшения сгорания в цилиндрах двигателя при снижении частоты попадания конденсата, приводящего к пропускам зажигания.
На схеме 1000 с фиг. 10 показан пример удаления конденсата, в котором момент впрыска топлива и режим сгорания в цилиндрах устанавливаются таким образом, чтобы расход воздуха через двигатель позволял выполнять продувку конденсата без увеличения пропусков зажигания в цилиндре. На схеме 1000 показано воздушно-топливное соотношение в цилиндрах двигателя в виде области 1002, в которой значения воздушно-топливного соотношения справа от оси Y соответствуют увеличению величины обогащения, а значения воздушно-топливного соотношения слева от оси Y соответствуют увеличению величины обеднения. Диапазон значений обеднения, необходимый для работы цилиндров на бедной послойной смеси показан с помощью области 1004 (заштрихованная область).
В изображенном примере двигатель представляет собой однорядный четырехцилиндровый двигатель, имеющий три «слабых» цилиндра (W1-W3) и один «сильный» цилиндр (S1). Выполнение удаления конденсата может потребоваться при определении повышенных значений уровня конденсата. В этом случае для обеспечения расхода воздуха через двигатель, необходимого для продувки конденсата, может понадобиться, чтобы один или несколько цилиндров двигателя работали на бедной послойной смеси. В представленном примере «сильный» цилиндр S1, имеющий меньшую чувствительность к попаданию воды, может быть настроен на работу на бедной послойной смеси.
На основе уровня конденсата в САС определяется величина обеднения для цилиндра S1. В данном случае полученная величина обеднения может находиться в пределах области 1004 для бедной послойной смеси, поэтому она будет являться допустимой. Таким образом, цилиндр S1 работает на бедной послойной смеси с определенной величиной обеднения. При этом «слабые» цилиндры W1-3 работают на богатой смеси с величиной обогащения, соответствующей величине обеднения для цилиндра S1 таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» поддерживалось на уровне стехиометрического значения. В данном случае величина обогащения для цилиндров W1-3 устанавливается на основе их «слабости», при этом менее «слабые» цилиндры W1 и W2 работают на менее богатой смеси, а более «слабый» цилиндр W3 работает на более богатой смеси. За счет работы цилиндра S1 на бедной послойной смеси для удаления конденсата может быть использован увеличенный расход воздуха через двигатель, при этом работа на бедной смеси используется в цилиндре, который может выдержать попадание большего количества конденсата для снижения вероятности пропусков зажигания. При этом работа на богатой смеси используется в цилиндрах, которые не выдерживают попадание конденсата, что позволяет повысить стабильность сгорания в цилиндрах и снизить вероятность пропусков зажигания в них.
В этом случае величина обогащения «слабых» цилиндров может быть отрегулирована в пределах определенного диапазона. В частности, если слабый цилиндр работает на слишком богатой смеси, это может привести к позднему сгоранию, из-за чего при попадании повышенного количества конденсата произойдет пропуск зажигания. Таким образом, «слабые» цилиндры с наименьшим попаданием воды, скорее всего, будут работать на самой богатой смеси, а самый «слабый» цилиндр, в который попадает наибольшее количество конденсата, будет работать на смеси с наименьшей величиной обогащения, возможно, за пределами RBT (обогащение для обеспечения оптимального крутящего момента) при поддержании общего стехиометрического воздушно-топливного соотношения в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов.
В альтернативном примере величина обеднения в «сильном» цилиндре (в данном случае в цилиндре S1', выделенным с помощью пунктира) может быть определена как выходящая за пределы области 1004 для бедной послойной смеси. В частности, необходимая величина обеднения может быть менее бедной по сравнению с минимальной величиной обеднения, необходимой для работы на бедной послойной смеси (как показано в виде цилиндра S1', находящегося за пределами заштрихованной области 1004). В данном варианте величина обеднения для цилиндра S1' регулируется таким образом, чтобы ее значение находилось внутри или на границе области для бедной послойной смеси. Например, как показано с помощью стрелки, величина обеднения для цилиндра S1' может быть увеличена сильнее, чем требуется, за счет чего величина обеднения опустится до предельной величины обеднения, требуемой для работы на бедной послойной смеси. Для компенсации дополнительного обеднения один или несколько «слабых» цилиндров двигателя могут иметь повышенную величину обогащения. В представленном примере, как показано стрелкой, величина обогащения цилиндра W3 может быть увеличена таким образом, чтобы компенсировать увеличение обеднения цилиндра S1'.
В другом примере в ответ на уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха контроллер может отрегулировать впрыск топлива для каждого цилиндра двигателя на основе чувствительности каждого цилиндра к попаданию воды, чтобы увеличить расход воздуха через двигатель выше порогового уровня при поддержании общего соотношения «выхлопные газы/топливо» в районе стехиометрического значения. Регулировка может включать в себя обеднение смеси для одного или нескольких цилиндров двигателя, имеющих меньшую чувствительность к попаданию воды, при этом величина обеднения регулирует таким образом, чтобы обеспечить увеличение расхода воздуха через двигатель выше порогового уровня, и обогащение смеси в остальных цилиндрах двигателя, имеющих повышенную чувствительность к попаданию воды, при этом величина обогащения, регулируется на основе величины обеднения для поддержания соотношения «выхлопные газы/топливо» в районе стехиометрического значения. Регулировка может быть выполнена в ответ на достижение уровня конденсата в охладителе наддувочного воздуха, превышающего пороговое значение. Пороговый уровень (расход воздуха), при превышении которого расход воздуха через двигатель будет увеличен, может быть основано на разности между уровнем конденсата в охладителе наддувочного воздуха и пороговым значением. Таким образом, по мере увеличения уровня конденсата в САС величина обеднения смеси для цилиндров, работающих на бедной смеси, может быть увеличена таким образом, чтобы после этого произошло увеличение уровня расхода воздуха через двигатель. Величина обогащения смеси в цилиндрах, работающих на богатой смеси, может быть отрегулирована таким образом, чтобы общее соотношение «выхлопные газы/топливо» было стехиометрическим.
Таким образом, периодическое удаление конденсата из охладителя наддувочного воздуха может быть достигнуто за счет продувки конденсата в цилиндры двигателя. За счет регулировки подачи топлива в каждый цилиндр во время удаления конденсата и опережения зажигания для цилиндров, в которые попадает большая часть конденсата, на основе чувствительности каждого цилиндра к попаданию воды и (или) величины попадающего конденсата можно скомпенсировать изменения стабильности сгорания в цилиндрах и пропусков зажигания. За счет работы цилиндров, наиболее предрасположенных к возникновению проблем со сгоранием, которые вызваны попаданием конденсата при использовании обогащенной смеси, во время удаления конденсата может быть повышена стабильность сгорания данных цилиндров. За счет работы других цилиндров, менее предрасположенных к возникновению проблем со сгоранием, которые вызваны попаданием конденсата при использовании обедненной смеси, на выпуске может поддерживаться общее стехиометрическое соотношение, что позволит повысить производительность двигателя и выбросы выхлопных газов. За счет регулировки момента впрыска топлива таким образом, чтобы по крайней мере один или несколько «сильных» цилиндров работали на бедной послойной смеси уровень расхода воздуха через двигатель, может быть значительно увеличен для запуска процедуры удаления конденсата. За счет впрыска послойной смеси, которая поддерживает богатую смесь рядом с запальной свечой цилиндра, увеличивается стабильность сгорания. Вместе со снижением проблем со сгоранием, связанным с попаданием конденсата обеспечивается общее удаление конденсата.
Следует отметить, что примеры процедур оценки и управления, описанные в настоящем документе, могут быть использованы вместе с различными конфигурациями систем двигателей и (или) транспортных средств. Конкретные процедуры, приведенные в настоящем документе, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки, например, управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и т.д. Также различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а некоторые из них могут быть опущены. Аналогичным образом порядок управления необязательно должен сохраняться для достижения отличительных признаков и преимуществ иллюстративного варианта, описанного в данном документе, поскольку он был приведен для наглядности и упрощения описания. Одно или несколько представленных действий или функций может быть выполнено несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии. Также описанные действия могут графически представлять собой программный код на машиночитаемом носителе в системе управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и способы, раскрытые в настоящем документе, являются иллюстративными по своей природе и что конкретные варианты не должны рассматриваться как ограничения, поскольку возможны различные изменения. Например, описанная выше технология может быть использована в двигателях V-6, 1-4, 1-6, V-12, оппозитных 4-х цилиндровых двигателях и так далее. Предмет настоящего изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и (или) свойства, раскрытые в настоящем документе.
В формуле изобретения указаны конкретные комбинации и подкомбинации, которые являются новыми и неочевидными. Данная формула изобретения может относиться к «какому-либо», «первому» компоненту или их эквивалентам. Необходимо понимать, что данная формула изобретения содержит обобщение одного или нескольких таких компонентов, не требуя и не исключая двух и более компонентов.
Реферат
Изобретение относится к области управления двигателем внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение надежности работы двигателя за счет устранения пропусков зажигания при попадании конденсата в цилиндры. Представлен способ эксплуатации двигателя при котором удаляют конденсат, накопившийся в охладителе наддувочного воздуха. Сущность изобретения заключается в том, что в зависимости от увеличенного уровня конденсата, накопившегося в охладителе наддувочного воздуха, увеличивают расход воздуха через двигатель для продувки конденсата путем обеднения смеси за счет ее расслоения, и регулируют исполнительный механизм двигателя, поддерживающий крутящий момент двигателя на необходимом уровне. Проблемы, связанные со стабильностью сгорания в цилиндрах двигателя, решают за счет регулировки подачи топлива в каждый отдельный цилиндр во время попадания конденсата. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.
