Способ управления работой двигателя (варианты) и система двигателя - RU2595329C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и системам для управления оборотами двигателя, в частности, во время перезапуска двигателя.

Уровень техники

В конструкции транспортных средств закладывают выполнение функции остановки двигателя, когда возникают условия для режима холостого хода - остановки, и затем для автоматического перезапуска двигателя, когда возникают условия для осуществления перезапуска. Такие системы «холостого хода - остановки» позволяют экономить топливо, сокращать токсичные выбросы, уменьшать шум автомобиля и т.п.

Во время перезапуска двигателя, для управления создаваемым крутящим моментом и улучшения запускаемости двигателя можно использовать расчетный профиль воздушно-топливного отношения. Для управления воздушно-топливным отношением при запуске двигателя могут быть использованы различные подходы. Один пример такого подхода раскрыт в патентной заявке США 2007/0051342 А1. Согласно этому подходу, информацию об угловой скорости коленчатого вала во время разгона двигателя используют для определения отклонений крутящего момента от желаемого профиля крутящего момента, вызванных колебаниями воздушно-топливного отношения. Затем производят регулирование подачи топлива для коррекции отклонений воздушно-топливного отношения.

Однако в заявке определена и потенциальная проблема, связанная с указанным подходом. Предлагаемое в заявке регулирование может в достаточной степени и не решать проблему вариации воздушно-топливного отношения индивидуально по цилиндрам при запуске двигателя. Точнее, согласно заявке, отклонения и соответствующие корректирующие действия осуществляются в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки. Однако, ошибки подачи топлива в отдельный цилиндр (в дальнейшем «ошибки впрыска») могут быть в большей степени связанными с номером акта сгорания топливной смеси, который отсчитывается от момента перезапуска двигателя. В связи с тем, что корректирующие действия, предлагаемые в указанной заявке, не могут быть надлежащим образом проанализированы, даже если их прослеживать по каждому цилиндру, ошибки впрыска могут быть компенсированы с течением времени. В результате, при запуске двигателя могут иметь место отклонения воздушно-топливного отношения от цилиндра к цилиндру, в частности в автомобилях, конструкция которых предусматривает частый запуск и остановку двигателя в ответ на возникновение условий для режима холостого хода - остановки. Такие отклонения могут затем вызывать зависание оборотов двигателя или недобор оборотов, что может приводить к проблемам вибрации и шума при запуске двигателя. Как таковые, эти явления могут ухудшить запускаемость двигателя и ослабить «ощущение» двигателя водителем.

Раскрытие изобретения

Таким образом, согласно одному аспекту изобретения, некоторые из вышеупомянутых проблем могут быть по меньшей мере частично решены посредством способа управления работой двигателя. Согласно одному варианту осуществления, способ содержит (при автоматическом перезапуске двигателя из остановленного состояния) действия, при которых осуществляют привязку ошибок впрыска топлива к цилиндрам двигателя на основе данных числа актов сгорания, начиная от первого акта сгорания, и идентификатора цилиндра. В данном случае, ошибки впрыска можно определять на основе флуктуации угловой скорости коленчатого вала двигателя. При таком способе, вариации, относящиеся к конкретному цилиндру, можно лучше изучать и компенсировать, когда вариации привязаны к порядку зажигания с учетом первого цилиндра, в котором производится зажигание при запуске. Например, данный способ может идентифицировать первый акт сгорания при перезапуске двигателя, перед которым еще не происходило сгорания ни в одном цилиндре, а затем проследить ошибки воздушно-топливного отношения в соответствии с очередностью сгорания, начиная от указанного первого акта сгорания. При таком способе надлежащая компенсация может быть обеспечена, даже когда зажигание первым поступает на разные цилиндры. Следует отметить, что выявление ошибок воздушно-топливного отношения может быть основано на множестве факторов, помимо флуктуации угловой скорости коленчатого вала двигателя. Кроме того, существуют различные подходы к определению ошибок воздушно-топливного отношения по флуктуациям угловой скорости коленчатого вала, и к тому же такие ошибки можно выявлять и на основе информации о воздушно-топливном отношении, получаемой от устройств системы выпуска отработавших газов.

Следует понимать, что вышеприведенные общие сведения предназначены для введения в упрощенном виде в круг идей изобретения, которые в дальнейшем будут рассмотрены в подробном описании. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, объем которого единственным образом определен пунктами формулы изобретения, приведенной после подробного описания. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблему недостатков, упомянутых выше или в любой другой части данного описания.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет схематическое, частичное изображение двигателя.

Фиг.2 изображает общую схему алгоритма автоматического перезапуска двигателя из выключенного состояния.

Фиг.3 изображает общую схему алгоритма сбора значений ошибок впрыска топлива, соответствующую настоящему изобретению.

Фиг.4 изображает общую схему алгоритма применения собранных значений ошибок впрыска топлива, соответствующую настоящему изобретению.

Фиг.5 изображает пример сбора значений ошибок впрыска топлива и последующей коррекции впрыска топлива на основе собранных значений ошибок.

Осуществление изобретения

Последующее описание касается систем и способов, предназначенных для двигательных систем, таких как двигательная система на фиг.1, которая построена с возможностью автоматического выключения в ответ на возникновение определенных условий холостого хода - остановки, и автоматического перезапуска в ответ на возникновение условий перезапуска. Точнее, во время перезапуска двигателя может быть собрана информация об ошибках впрыска и применена во время последующего перезапуска, чтобы дать возможность получить желаемый профиль частоты вращения вала двигателя (оборотов двигателя) во время его запуска. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения программ управления, алгоритмы которых приведены на фиг.2-4, для сбора информации об ошибках впрыска индивидуально по цилиндрам и актам сгорания топливной смеси при выполнении автоматического перезапуска из остановленного состояния, а затем для применения собранных данных по ошибкам впрыска также индивидуально по цилиндрам и актам сгорания во время последующего автоматического перезапуска из остановленного состояния. Информация об ошибках впрыска может быть получена на основе флуктуации угловой скорости коленчатого вала и сохранена в просмотровой таблице. Пример таблицы с собранными данными ошибок подачи топлива и их применением для подачи топлива в дальнейшем приведен на фиг.5. За счет оптимизации сбора данных об ошибках впрыска можно уменьшить флуктуации оборотов двигателя, и тем самым улучшить качество работы двигателя при перезапусках.

На фиг.1 показан пример осуществления камеры сгорания цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может получать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12, и сигнал от оператора 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В данном примере, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала РР (Pedal Position), пропорционального отклонению педали. Цилиндр 14 (в данном описании также называемый «камерой сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания и расположенный внутри поршень 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140, так что поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля через систему трансмиссии. Далее, через маховик, с коленчатым валом 140 может быть связан стартер, обеспечивающий запуск двигателя 10.

Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146, кроме цилиндра 14, может сообщаться и с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать устройства наддува, такие как турбокомпрессор или нагнетатель. Например, на фиг.1 изображен двигатель 10, оснащенный турбокомпрессором, включающим в себя компрессор 174, установленный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176, установленную в канале 148 выпуска отработавших газов. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в движение энергией турбины 176 через вал 180, при этом устройство наддува выполнено в виде турбокомпрессора. Однако в других примерах, например, когда двигатель 10 оснащен нагнетателем, турбина 176 в тракте выпуска отработавших газов может быть при желании опущена, а компрессор 174 может приводиться во вращение механической энергией от электродвигателя или самого автомобильного двигателя. Во впускном канале двигателя может быть предусмотрен дроссель 162, включающий дроссельную заслонку 164 и предназначенный для изменения величины потока и/или давления воздуха на впуске, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен после компрессора 174, как показано на фиг.1, или в ином варианте он может быть установлен перед компрессором 174.

Канал 148 выпуска отработавших газов, кроме цилиндра 14, может принимать выхлопные газы от других цилиндров двигателя 10. Показано, что, перед устройством 178 снижения токсичности отработавших газов, с каналом 148 выпуска отработавших газов соединен датчик 128 отработавших газов. Датчик 128 может быть выбран из ряда подходящих датчиков для определения воздушно-топливного отношения по составу отработавших газов. Это может быть универсальный датчик для определения содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen), датчик содержания кислорода в отработавших газах, имеющий два состояния, или датчик EGO (Exhaust Gas Oxygen) (который изображен на фиг.1), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (HEGO, Heated Exhaust Gas Oxygen), или, например, датчик содержания NOx, НС или СО. Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, уловитель NOx, различные другие устройства ограничения токсичности выхлопных газов, или сочетание вышеупомянутых устройств.

Измерение температуры отработавших газов может производиться одним или более датчиками температуры (не показаны), расположенными в выпускном канале 148. В ином варианте, температура отработавших газов может быть определена косвенно, исходя из условий работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение, запаздывания зажигания и т.п.

Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, показано, что цилиндр 14 содержит по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.

Впускным клапаном 150 может управлять контроллер 12 через кулачок системы 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, выпускным клапаном 156 контроллер 12 может управлять через кулачок системы 153 кулачкового привода. Системы 151 и 153 кулачкового привода каждая может содержать один или более кулачков и может реализовывать одну или более систем газораспределения: систему CPS переключения профилей кулачков (Cam Profile Switching), систему VCT изменения фаз газораспределения (Variable Cam Timing), систему VVT переменного газораспределения (Variable Valve Timing) и/или систему VVL переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов (Variable Valve Lift), которые могут приводиться в действие контроллером 12 с целью изменения фазы срабатывания клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться посредством датчиков 155 и 157 положения клапана. В иных конструкциях управление впускным и/или выпускным клапаном может осуществляться посредством электроуправляемого клапана. Например, в такой конструкции цилиндр 14 может содержать электроуправляемый впускной клапан и выпускной клапан, управляемый кулачком, и включающий системы газораспределения CPS и/или VCT. В каких-то еще конструкциях управление впускным и выпускным клапанами может осуществляться общим приводом клапанов или системой привода, или приводом системы переменного газораспределения или системой такого привода.

Цилиндр 14 можно охарактеризовать степенью сжатия, которая представляет собой отношение объемов, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке и в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в интервале от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах конструкций, где используются разные виды топлива, степень сжатия может быть увеличенной. Это может иметь место, например, когда используются виды топлива с более высоким октановым числом, или разновидности топлива с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может также быть увеличенной, если используется прямой впрыск, из-за эффекта детонации в двигателе.

В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может содержать искровую свечу 192 зажигания для инициирования горения топливной смеси. Система 190 зажигания может обеспечивать формирование искры зажигания в камере 14 сгорания посредством свечи 192 в ответ на сигнал SA (Spark Advance) контроллера 12 при определенных режимах работы. Однако в некоторых вариантах осуществления искровая свеча 192 зажигания может быть опущена, как, например, в случаях, когда воспламенение топливной смеси в двигателе 10 инициируется автоматически или путем впрыска топлива, что может иметь место в случае некоторых дизельных двигателей.

В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или более топливными форсунками для подачи топлива в цилиндр. В качестве примера (который не носит ограничительного характера) показано, что цилиндр 14 содержит одну топливную форсунку 166. Показано, что топливная форсунка 166 связана непосредственно с цилиндром 14 для прямого впрыска топлива в цилиндр в количестве, пропорциональном длительности импульса сигнала FPW (Fuel Pulse Width), получаемого от контроллера 12 через электронный усилитель 168 (драйвер). Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает, так называемый, прямой впрыск топлива (DI, Direct Injection) в цилиндр 14, где происходит сгорание. Хотя форсунка 166 на фиг.1 изображена как боковая, она может также быть расположена и над поршнем, например, вблизи места установки искровой свечи 192. Такое расположение может улучшить процесс смешивания и сгорания, когда двигатель работает на спиртосодержащем топливе, поскольку некоторые разновидности спиртосодержащего топлива обладают пониженной летучестью (парообразованием). С другой стороны, форсунка может быть расположена над поршнем и вблизи впускного клапана для улучшения смешивания. Топливо может быть доставлено к топливной форсунке 166 от топливной системы 8 высокого давления, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливную рейку. В ином варианте, доставка топлива может осуществляться одноступенчатым топливным насосом при более низком давлении, но в таком случае фазировка прямого впрыска топлива может иметь большие ограничения на такте сжатия, чем в случае использования топливной системы высокого давления. Кроме того (хотя это и не показано), топливные баки могут содержать датчик давления, обеспечивающий сигнал для контроллера 12. Следует понимать, что в ином варианте осуществления форсунка 166 может осуществлять впрыск топлива во впускной канал в область перед цилиндром 14.

Как говорилось выше, фиг.1 изображает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Как таковой, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, собственную топливную форсунку, свечу зажигания и т.п.

Топливные баки топливной системы 8 могут содержать разновидности топлива, обладающие различными свойствами, например, различным составом. Эти различия могут заключаться в различном содержании спирта, различном октановом числе, различной теплоте парообразования, различном сочетании компонентов и/или в комбинации указанных свойств.

Контроллер 12 изображен на фиг.1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессор 106, порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, показанную в данном примере в виде постоянного запоминающего устройства 110, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114 и шину данных. В среду хранения - постоянное запоминающее устройство 110 может быть записана программа в виде данных, которые может считывать компьютер, и которые представляют собой инструкции, исполняемые процессором 106 для осуществления способов и процедур, которые будут описаны ниже, а также иных их вариантов, возможность которых предполагается, но которые конкретно не перечислены. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10. дополнительно к ранее упоминавшимся сигналам, включая данные MAF (Mass Air Flow) измерения массы воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 122 массового расхода воздуха, сигнал температуры хладагента двигателя ЕСТ (Engine Coolant Temperature) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения, сигнал PIP профиля зажигания (Profile Ignition Pick-up) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140, сигнал TP (Throttle Position) положения дроссельной заслонки от датчика положения, сигнал MAP (Manifold Absolute Pressure) абсолютного давления в коллекторе двигателя от датчика 124 давления, сигнал AFR (Air-Fuel Ratio) воздушно-топливного отношения от датчика 128 типа EGO и сигнал аномального сгорания от датчика детонации и датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал RPM (Revolutions per Minute) частоты вращения вала двигателя (оборотов) может быть сформирован контроллером 12 на основе сигнала PIP. Сигнал MAP давления в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации состояния отрицательного давления (разряжения) или положительного давления во впускном коллекторе.

Исходя из сигналов от одного или более вышеупомянутых датчиков, контроллер 12 может осуществлять регулирование одного или более исполнительных устройств, таких как топливная форсунка 166, дроссель 162, свеча 199 зажигания, впускные/выпускные клапаны и кулачки и т.п. Контроллер может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать поступившие данные, и запускать работу исполнительных устройств в ответ на результат обработки поступивших входных данных в соответствии с инструкциями или записанными в памяти кодами, которые соответствуют одной или более программам. Примеры программ управления будут далее описаны в соответствии с фиг.2-4.

На фиг.2 изображен пример схемы алгоритма программы 200 для автоматического выключения двигателя в ответ на возникновение условий для холостого хода - остановки и автоматического перезапуска двигателя в ответ на возникновение условий для перезапуска. Программа позволяет автоматически перезапускать двигатель, применяя при этом данные ошибок подачи топлива, собранные во время предыдущего перезапуска, и одновременно обновлять данные ошибок подачи топлива, исходя из поведения двигателя при текущем перезапуске.

На шаге 200 может быть произведено оценивание и/или измерение условий (параметров) работы двигателя. Условия могут включать в себя, например, наружную температуру и давление, температуру двигателя, частоту вращения вала двигателя, обороты коленчатого вала, обороты трансмиссии, состояние заряда аккумуляторной батареи, располагаемый тип топлива, содержание спирта в топливе и т.п.

На шаге 204 может быть произведена проверка выполнения условий для режима холостого хода - остановки. Условия для режима холостого хода - остановки могут заключаться, например, в том, что двигатель работает (например, идет процесс сгорания), заряд батареи выше порогового (например, превышает 30%), скорость автомобиля ниже пороговой (например, менее 50 км/ч), запрос на кондиционирование воздуха отсутствует, температура двигателя (например, полученная на основе температуры хладагента двигателя) выше пороговой, запрос на запуск со стороны водителя отсутствует, крутящий момент, запрашиваемый водителем, ниже порогового, нажата педаль тормоза, и т.п. Если условия для режима холостого хода - остановки не выполняются, программа может завершить работу. Однако, если любое из условий или все условия для режима холостого хода - остановки выполняются, тогда на шаге 206 контроллер может автоматически перевести двигатель в режим холостого хода - остановки, и выключить двигатель. Эта процедура может содержать прекращение впрыска топлива и/или подачи искры зажигания на двигатель. После выключения двигатель может начать вращение по инерции до остановки.

Хотя данная программа предусматривает выключение двигателя в ответ на возникновение условий для режима холостого хода - остановки, в ином варианте осуществления может быть предусмотрена операция определения того, был ли принят от водителя запрос на выключение двигателя. Согласно одному примеру, запрос на выключение двигателя от водителя может подтверждаться фактом перевода ключа зажигания в выключенное положение. Если получен запрос от водителя на остановку двигателя, двигатель может быть деактивирован аналогичным образом путем прекращения подачи топлива и/или подачи искры в цилиндры двигателя, после чего двигатель может вращаться по инерции до остановки.

На шаге 208 может быть проведена проверка выполнения условий для перезапуска двигателя. Условия для перезапуска могут заключаться, например, в том, что двигатель находится в режиме холостого хода - остановки (например, сгорания в цилиндрах не происходит), заряд батареи ниже порогового (например, ниже 30%), скорость автомобиля выше пороговой, присутствует запрос на кондиционирование воздуха, температура двигателя ниже пороговой, температура устройства для сокращения токсичности выбросов ниже пороговой (например, ниже температуры каталитической реакции), крутящий момент, запрашиваемый водителем, выше порогового, электрическая нагрузка автомобиля выше пороговой, педали тормоза отпущены, педаль акселератора нажата, и т.п. Если условия для перезапуска не выполняются, то совершается переход к шагу 209, который предусматривает удержание режима холостого хода - остановки двигателя.

И наоборот, если любое условие или все условия для перезапуска выполнены, но от водителя не принято никакого запроса на перезапуск, то на шаге 210 двигатель может быть перезапущен автоматически. Это процесс может включать в себя повторное включение и раскрутку двигателя стартером. Согласно одному примеру, раскрутка двигателя может быть осуществлена при помощи электродвигателя стартера. Дополнительно, может быть возобновлен впрыск топлива и подача искры зажигания на цилиндры двигателя. В ответ на автоматическое включение, обороты двигателя могут начать постепенно нарастать.

На шаге 212 программа содержит действия, при которых во время текущего автоматического перезапуска двигателя из остановленного состояния производится сбор данных ошибок подачи топлива и их соотнесение с цилиндрами двигателя (привязка к цилиндрам двигателя) на основе числа актов сгорания, начиная отсчет от первого акта сгорания, и на основе идентификатора цилиндра. Здесь, первым актом сгорания считается акт, перед которым еще не происходило ни одного акта сгорания. Согласно одному примеру, ошибки впрыска могут быть определены на основе флуктуации угловой скорости коленчатого вала. Как показано на фиг.3, указанная привязка может заключаться в различении ошибок впрыска для данного цилиндра, исходя из номера акта сгорания, отсчитанного от первого акта сгорания при перезапуске. Аналогично, привязка может дополнительно заключаться в различении ошибок впрыска для данного номера акта сгорания (отсчитанного от первого акта сгорания при перезапуске), исходя из идентификатора цилиндра. Как таковой, сбор данных может быть произведен по принципу «от цилиндра к цилиндру» для каждого цилиндра двигателя. Последующий впрыск (т.е. подача топлива в цилиндры при последующем автоматическом перезапуске двигателя) может быть скорректирован на основе данных привязки ошибок, собранных на шаге 212, как описано выше.

На шаге 214 программа содержит действия, заключающиеся в коррекции (регулировании) впрыска в цилиндры двигателя на основе данных ошибок впрыска, собранных при предыдущем перезапуске. На фиг.4 подробно показано, что для каждого акта сгорания при запуске указанные действия включают в себя определение номера акта сгорания и идентификатора цилиндра, в котором происходит зажигание во время акта сгорания с этим номером, и исходя из данного конкретного сочетания - извлечение из памяти ошибки впрыска (зарегистрированной при предыдущем перезапуске двигателя), которая соответствует указанному конкретному сочетанию, и применение этой ошибки впрыска. Таким образом данные ошибок впрыска, собранные во время текущего автоматического перезапуска двигателя (на шаге 212), могут быть применены при последующем автоматическом перезапуске двигателя, в то время как данные ошибок впрыска, собранные при предшествующем автоматическом перезапуске двигателя, могут быть применены при текущем автоматическом перезапуске двигателя (на шаге 214). Согласно одному примеру, регулирование (коррекция) подачи топлива может заключаться в изменении длительности импульса впрыска топлива по каждому цилиндру в зависимости от собранных данных ошибок впрыска.

Следует понимать, что сбор данных (как на шаге 212) и их привязка может быть произведена только во время автоматического перезапуска двигателя, когда перезапуск двигателя производится в ответ на выполнение условий для перезапуска, без получения запроса (команды) на перезапуск от оператора. Другими словами, во время перезапуска двигателя из остановленного состояния по запросу оператора, например, при запуске двигателя из холодного состояния, которое последовало за командой оператора на выключение двигателя, сбор данных ошибок впрыска по конкретным цилиндрам и конкретным актам сгорания может и не производиться. Аналогично, применение ранее собранных данных ошибок впрыска (как на шаге 214) может быть произведено только во время автоматического перезапуска двигателя, а не во время перезапуска по запросу оператора (как при запуске из холодного состояния).

В представленном варианте осуществления, сбор данных ошибок впрыска и/или коррекция впрыска на основе собранной информации об ошибках и их связи с цилиндрами может продолжаться в процессе запуска двигателя до тех пор, пока обороты двигателя не достигнут порогового значения. Так, на шаге 216, производится проверка того, равны ли обороты двигателя пороговому значению или превышают его. Согласно одному примеру, пороговое значение оборотов может равняться холостым оборотам двигателя. Если холостые обороты еще не достигнуты, то на шаге 220 программа продолжает осуществлять коррекцию впрыска топлива в цилиндры двигателя на основе данных ошибок впрыска, собранных при предыдущем перезапуске двигателя, причем эти действия осуществляются с разомкнутым контуром обратной связи. Аналогично, сбор данных ошибок впрыска может продолжаться в течение текущего перезапуска в пределах некоторого числа циклов двигателя в процессе его раскрутки, пока обороты двигателя не достигнут порогового значения. Пока двигатель не выйдет на холостые обороты, температура на одном или более датчиках отработавших газов может быть ниже рабочей температуры, и получаемый от указанных датчиков сигнал обратной связи по воздушно-топливному отношению как таковой может быть не надежен. С другой стороны при более низких частотах вращения вала двигателя, датчик оборотов коленчатого вала может демонстрировать более высокое разрешение, и его сигнал может соотноситься с оборотами двигателя более точно. Таким образом, за счет упреждающей компенсации возмущений воздушно-топливного отношения с использованием более надежных собранных данных ошибок впрыска, когда сигнал обратной связи по воздушно-топливному отношению менее надежен, возмущения крутящего момента при раскрутке двигателя могут быть уменьшены.

После того как двигатель достигнет порогового значения оборотов, на шаге 218 программа осуществляет коррекцию последующего впрыска топлива в цилиндры двигателя с использованием контура обратной связи на основе сигнала обратной связи по воздушно-топливному отношению. Сигнал обратной связи по воздушно-топливному отношению может быть получен от датчика отработавших газов, например кислородного датчика отработавших газов. К тому моменту времени, когда двигатель достигнет холостых оборотов, датчик отработавших газов уже может достигнуть рабочей температуры и сможет вырабатывать точный сигнал воздушно-топливного отношения для обратной связи. Таким образом, за счет компенсации нарушений воздушно-топливного отношения посредством обратной связи и использования обратной связи по воздушно-топливному отношению, только когда сигнал обратной связи надежен, возмущения крутящего момента при раскрутке двигателя могут быть уменьшены.

Таким образом, данные об ошибках впрыска топлива могут быть собраны и накоплены за какое-то число циклов двигателя в процессе его разгона. За счет привязки ошибок впрыска не только к определенному цилиндру, но также и к определенному акту сгорания можно лучше проанализировать вариации воздушно-топливного отношения от цилиндра к цилиндру, а также и вариации процесса сгорания от одного акта к другому. За счет лучшего оценивания возмущений воздушно-топливного отношения можно лучше предсказать и компенсировать возмущения крутящего момента и частоты вращения вала двигателя во время следующего разгона двигателя. За счет снижения флуктуации оборотов двигателя и крутящего момента можно уменьшить проблемы шума и вибрации. Таким образом, можно оптимизировать запускаемость двигателя.

На фиг.3 приведен пример схемы алгоритма программы 300 для сбора данных ошибок впрыска во время автоматического перезапуска двигателя. Программа фиг.3 может исполняться, как часть программы фиг.2, например, на шаге 212. Следует понимать, что программа, представленная на фиг.3, может исполняться для каждого акта сгорания при автоматическом перезапуске двигателя в течение ряда циклов двигателя, в то время как осуществляется раскрутка двигателя.

На шаге 302 может быть произведено определение номера акта сгорания, отсчитанного от первого акта сгорания от начала перезапуска двигателя, перед которым в цилиндре ни одного акта сгорания не совершалось. Например, может быть определено, является ли данный акт сгорания первым, вторым, третьим, четвертым и т.д. актом сгорания. На шаге 304 может быть проведена идентификация цилиндра, на который поступило зажигание во время данного акта сгорания. Идентификация цилиндра может заключаться в определении номера цилиндра, положения цилиндра и/или позиции цилиндра в очередности зажигания. Как таковая, идентификационная информация по цилиндру (идентификатор) может отражать физическое расположение цилиндра в блоке цилиндров, и может совпадать или не совпадать с очередностью зажигания в цилиндре. Согласно одному примеру, двигатель может быть четырехцилиндровым с линейно расположенными цилиндрами, занумерованными в последовательности (1-2-3-4), начиная от наружного цилиндра ряда, но зажигание на цилиндры поступает в очередности 1-3-4-2. В данном случае, на шаге 304 может быть проведено определение, на какой цилиндр поступило зажигание при данном акте сгорания: на 1-й, 2-й, 3-й или 4-й.

На шаге 306, для заданного цилиндра в момент, соответствующий заданному акту сгорания, может быть определена флуктуация угловой скорости коленчатого вала. Флуктуация угловой скорости коленчатого вала может быть оценена датчиком скорости вращения коленчатого вала, выполненным с возможностью измерения угловой скорости вала. На основе данных флуктуации угловой скорости коленчатого вала на шаге 308 определяется ошибка впрыска топлива для конкретной комбинации установленного номера акта сгорания и номера соответствующего цилиндра. Измеренное значение ошибки впрыска топлива может быть использовано для обновления просмотровой таблицы. Например, контроллер может содержать память, и может сохранять значения ошибки впрыска для каждого цилиндра в просмотровой таблице указанной памяти (например, в энергонезависимой памяти), обращение к которой осуществляется по идентификатору цилиндра и номеру акта сгорания, отсчитываемому от состояния покоя двигателя. Пример просмотровой таблицы, в которой сохранены измеренные значения ошибки впрыска, приведен на фиг.5.

Сбор данных ошибок впрыска на основе флуктуации угловой скорости коленчатого вала может включать в себя, например, расчет крутящего момента, создаваемого каждым индивидуальным цилиндром на основе профиля скорости вращения вала двигателя или наблюдаемой угловой скорости коленчатого вала после каждого акта поворота кривошипного механизма. Поскольку крутящий момент зависит от воздушно-топливного отношения, также производится расчет и воздушно-топливного отношения для каждого индивидуального цилиндра на основе профилей угловой скорости коленчатого вала и скорости вращения вала двигателя. После ряда актов поворота кривошипного механизма (например, одного или множества) производится определение разности между измеренным воздушно-топливным отношением и требуемым воздушно-топливным отношением. Основанное на указанной разности корректирующее значение запоминается в памяти контроллера (например, в энергонезависимой памяти) для применения в будущем при адаптации воздушно-топливного отношения. Например, на основе такого корректирующего значения может быть изменена ширина импульса впрыска топлива в цилиндр.

Как таковая, динамика двигателя описывается обыкновенным дифференциальным уравнением вида:

где J, В и ω(t) - момент инерции двигателя, коэффициент демпфирования и, соответственно, угловая скорость. Крутящий момент, создаваемый сгоранием топливной смеси, представлен в виде члена τ(t). Полагая скорость вращения вала двигателя перед актом сгорания в некотором цилиндре равной ω(t_k), а после сгорания в том же цилиндре равной ω(t_k+1), получим

Где τ(k) - момент, создаваемы k-м актом сгорания. Здесь предполагается, что τ (k)=τ^j, если k-й крутящий момент создается j-м цилиндром. Это означает, что предполагается, что все моменты, создаваемые цилиндрами при раскрутке двигателя, являются почти равными друг другу. Однако моменты, создаваемые от цилиндра к цилиндру, могут быть различными из-за наличия распределения ошибок воздушно-топливного отношения от цилиндра к цилиндру, связанного с разбросом параметров форсунок или цилиндров.

Без потери общности рассуждений, следующие уравнения можно написать относительно цилиндра 1, а результаты можно будет использовать для расчета моментов, создаваемых другими цилиндрами. Так, уравнение (2) можно переписать и получить:

Тогда можно ввести следующие коэффициенты

и уравнение теперь осуществляет расчет τ¹ (момента, создаваемого цилиндром 1) на основе наблюдений у_k и х_k, где k=0, 1, 2,…, n. Для расчета момента, создаваемого цилиндром 1, и, следовательно, воздушно-топливного отношения в цилиндре 1 может быть применен метод наименьших квадратов. Решение выглядит следующим образом:

Поскольку оцененный момент является известной функцией воздушно-топливного отношения, указанное отношение может быть найдено из формулы:

Где η_f - кпд преобразования энергии топлива, Q_HV - теплотворная способность топлива, A/F¹ - расчетное воздушно-топливное отношение для цилиндра 1, а m_суl - масса вводимого в цилиндры воздуха, приходящаяся на 720° поворота коленчатого вала.

Воздушно-топливное отношение для других цилиндров можно рассчитать аналогичным образом, следуя тем же шагам. Если расчетное воздушно-топливное отношение отличается от требуемой величины, то после одного или более актов поворота кривошипа в памяти (например, в энергонезависимой памяти) может быть сохранено требуемое корректирующее значение (или значение ошибки впрыска топлива) для использования во время будущих актов поворота кривошипа.

На фиг.4 представлен пример схемы алгоритма программы 400 для применения данных ошибок впрыска, собранных во время первого автоматического перезапуска двигателя, в процессе второго, последующего автоматического перезапуска двигателя. Программа фиг.4 может исполняться как часть программы фиг.2, например, на шаге 214. Следует понимать, что программа, представленная на фиг.4, может исполняться во время каждого акта сгорания на последующем автоматическом перезапуске, на протяжении ряда циклов двигателя, когда производится его раскрутка.

На шаге 402 может быть определен номер акта сгорания топливной смеси, как результат отсчета от первого акта сгорания при перезапуске двигателя. Например, может быть установлено, является ли данный акт сгорания первым, вторым, третьим, четвертым и т.п. актом. На шаге 404 может быть выполнена идентификация цилиндра, на который подано зажигание во время данного акта сгорания. Как таковой, двигатель может содержать множество мест цилиндров в пределах своего блока. В данном случае может быть установлено, в какой конкретно цилиндр подано зажигание во время данного акта сгорания. Если иметь в виду предыдущий пример четырехцилиндрового двигателя с линейным расположением цилиндров, то можно определить, на какой из цилиндров: 1, 2, 3 или 4 подано зажигание во время данного акта сгорания. Как таковые, в зависимости от положения поршня во время предыдущего выключения двигателя, для первого акта сгорания топливной смеси во время автоматического перезапуска двигателя, могут быть выбраны разные цилиндры. Контроллер может выбрать цилиндр для первого акта сгорания, исходя из соображений подачи топлива и наддува воздуха. Например, цилиндр может быть выбран исходя из положения поршня (например, цилиндр, который остановился на такте впуска), углового положения коленчатого вала для конкретного цилиндра, и т.п.

На шаге 406 может быть произведено извлечение из просмотровой таблицы значения ошибки впрыска, соответствующего конкретной комбинации номера акта сгорания и номера цилиндра. То есть выбранное значение ошибки впрыска соответствует определенному номеру акта сгорания (определен на шаге 402) в определенном цилиндре (определен на шаге 404) и ни в каком другом цилиндре двигателя. Аналогично, определенное применяемое значение ошибки впрыска соответствует определенному цилиндру, когда зажигание в нем происходит во время заданного акта сгорания, но не во время какого-то другого акта сгорания в процессе перезапуска двигателя. На шаге 408 извлеченное значение ошибки впрыска может быть применено для коррекции подачи топлива в конкретный цилиндр во время конкретного акта сгорания топливной смеси.

В качестве примера, контроллер может запомнить первое значение ошибки впрыска для первого цилиндра, когда в первом цилиндре совершается акт сгорания №1, если считать от первого акта сгорания, и может запомнить второе значение ошибки впрыска для первого цилиндра, когда в первом цилиндре совершается акт сгорания №2, если считать от первого акта сгорания. Затем, во время второго, последующего перезапуска двигателя контроллер может применить первое значение ошибки только, когда в первом цилиндре будет совершаться акт сгорания №1, если считать от первого акта сгорания при втором перезапуске, и может применить второе значение ошибки только, когда в первом цилиндре будет совершаться акт сгорания №2, если считать от первого акта сгорания при втором перезапуске. То есть значение первой ошибки впрыска не может быть применено, если в первом цилиндре совершается акт сгорания №2. Аналогично, значение второй ошибки впрыска не может быть применено, если в первом цилиндре совершается акт сгорания №1.

Согласно другому примеру, контроллер может запомнить первое значение ошибки впрыска для первого цилиндра, когда в первом цилиндре совершается акт сгорания №1, и может запомнить второе значение ошибки впрыска для второго цилиндра, когда во втором цилиндре совершается акт сгорания №1. В данном случае, акт сгорания №1 отсчитывается от первого акта сгорания при первом автоматическом перезапуске двигателя. Затем, при втором, последующем автоматическом перезапуске двигателя контроллер может применить первое значение ошибки впрыска, когда в первом цилиндре происходит зажигание и совершается акт сгорания №1 (если считать от первого акта сгорания при втором перезапуске), и может применить второе значение ошибки впрыска, когда во втором цилиндре происходит зажигание и совершается акт сгорания №1 (если считать от первого акта сгорания при втором перезапуске). В данном случае, первое значение ошибки впрыска не может быть применено, когда во втором цилиндре происходит зажигание и совершается акт сгорания №1. Аналогично, второе значение ошибки впрыска не может быть применено, когда во втором цилиндре происходит зажигание и совершается акт сгорания №2.

Значения ошибок впрыска можно запоминать и накапливать во время раскрутки двигателя в процессе первого, предшествующего перезапуска двигателя, прежде чем обороты двигателя достигнут оборотов холостого хода. Затем, эти значения ошибок впрыска могут быть применены во время раскрутки двигателя в процессе второго, последующего перезапуска двигателя, прежде чем обороты двигателя достигнут оборотов холостого хода. Как только двигатель достигнет холостых оборотов, и после того как датчики отработавших газов достаточно прогреются, подачу топлива в цилиндры можно регулировать с использованием обратной связи по сигналу воздушно-топливного отношения от датчиков отработавших газов.

Пример выборочного применения значений ошибок впрыска, накопленных по программам, представленным на фиг.2-4, приведен на фиг.5. Точнее, на фиг.5 изображена таблица 500 значений ошибок впрыска, собранных во время первого автоматического перезапуска двигателя. Таблица 500 изображена в виде просмотровой таблицы, обращение к которой производится по идентификатору цилиндра и по номеру акта сгорания, отсчитанному от состояния покоя двигателя. Таблицу 500 можно хранить в памяти контроллера и обновлять при каждом перезапуске двигателя. Таблица 500 далее представляет первый пример 510 и второй пример 520 применения накопленных значений ошибок впрыска во время последующего перезапуска двигателя.

Во время первого автоматического перезапуска двигателя из остановленного состояния контроллер может произвести накопление значений ошибок впрыска, организуя значения по цилиндрам двигателя и по актам сгорания топливной смеси в цилиндрах двигателя. В данном случае, автоматический перезапуск двигателя из остановленного состояния заключается в перезапуске двигателя без получения запроса на такой перезапуск (команды) от оператора транспортного средства. Собираемые значения ошибок впрыска тогда могут быть сохранены в просмотровой таблице 500. В данном примере, под положением цилиндра подразумевается его позиция в блоке двигателя, и она соотносится с его номером. В изображенном примере, двигатель может представлять собой четырехцилиндровый двигатель с линейно расположенными цилиндрами, которые последовательно обозначены Суl_1 - Cyl_4, начиная от наружного цилиндра ряда. Следует понимать, что в изображенном примере номера цилиндров не соответствуют очередности зажигания в них. Зажигание происходит в следующем порядке: сначала Суl_1, затем Cyl_3, затем Cyl_4, затем Cyl_2, после чего зажигание возвращается к Суl_1. Однако в двигателях, построенных по иным схемам, как, например, в трехцилиндровом двигателе с линейно расположенными цилиндрами, позиция цилиндра может соотноситься с порядковым номером зажигания.

Значения ошибок впрыска могут быть накоплены за какое-то число циклов двигателя, прежде чем обороты двигателя достигнут порогового значения (например, значения холостых оборотов). В изображенном примере таблица 500 представляет ошибки впрыска, собранные за два цикла двигателя (т.е. за восемь актов сгорания смеси в четырехцилиндровом двигателе). В данном случае, указанные два цикла двигателя представляют собой два первых цикла, начиная от момента, когда двигатель находился в покое. Восемь актов сгорания соответственно пронумерованы #1-8, при этом акт сгорания #1 означает первый акт, начиная от момента, когда двигатель находился в покое, акт сгорания #2 означает второй акт, начиная от момента, когда двигатель находился в покое, и т.д. Значения ошибок впрыска занесены в таблицу, где они соотносятся с позицией цилиндра (Суl_1 - Cyl_4) и с номером акта сгорания (#1 - #8). Таким образом, значение Л1-1 ошибки впрыска может быть записано при первом акте сгорания, когда зажигание подано на цилиндр Суl_1, значение Δ1-2 может быть записано при втором акте сгорания, когда зажигание подано на цилиндр Суl_1, и т.д. Аналогично, значение Δ2-1 ошибки впрыска может быть записано при первом акте сгорания, когда зажигание подано на цилиндр Cyl_2, значение Δ3-1 может быть записано при первом акте сгорания, когда зажигание подано на цилиндр Cyl_3, и т.д.

Во время второго автоматического перезапуска двигателя из остановленного состояния контроллер может регулировать подачу топлива в цилиндры исходя из позиции цилиндра и текущего номера акта сгорания. В данном случае, номер акта сгорания отсчитывается от первого акта сгорания при втором перезапуске двигателя. Точнее, контроллер может применить значение ошибки впрыска из таблицы 500, составленной при первом автоматическом перезапуске двигателя, исходя из позиции цилиндра и текущего номера акта сгорания. То есть может быть применено значение ошибки впрыска, соответствующее конкретному сочетанию позиции цилиндра и номера акта сгорания.

Согласно первому примеру 510, второй автоматический перезапуск двигателя может быть начат с первого акта сгорания при подаче зажигания на цилиндр Cyl_4. Таким образом, при первом акте сгорания может быть применено значение Δ4-1 ошибки впрыска. При втором акте сгорания, когда зажигание подано на цилиндр Cyl_2, может быть применено значение Δ2-2 и т.д. Поскольку очередность зажигания в цилиндрах известна, то как только первый цилиндр для подачи зажигания будет определен (в данном случае Суl_4), контроллер для коррекции ошибок подачи топлива может следовать по набору 512 значений.

Согласно второму примеру 520, второй автоматический перезапуск двигателя может быть начат с первого акта сгорания при подаче зажигания на цилиндр Суl_1. Таким образом, при первом акте сгорания может быть применено значение Δ1-1 ошибки впрыска. При втором акте сгорания, когда зажигание подано на цилиндр Cyl_3, может быть применено значение Δ3-2 и т.д. Поскольку очередность зажигания в цилиндрах известна, то как только первый цилиндр для подачи зажигания будет определен (в данном случае Суl_1), контроллер для коррекции ошибок подачи топлива может следовать по набору 514 значений.

При таком способе, значения ошибок впрыска топлива в конкретных актах сгорания топливной смеси при зажигании в конкретных цилиндрах, собранные во время предшествующего автоматического перезапуска двигателя из состояния покоя, могут быть применены во время последующего автоматического перезапуска двигателя из состояния покоя в конкретных актах сгорания топливной смеси при зажигании в конкретных цилиндрах в целях лучшего предсказания и коррекции отклонений воздушно-топливного отношения. Как таковой, рассматриваемый способ позволяет лучше компенсировать отклонения между цилиндрами и отклонения между актами сгорания топливной смеси. За счет запоминания и опережающего применения значений ошибок в определенный период раскрутки двигателя, флуктуации угловой скорости коленчатого вала могут быть выгодно использованы для коррекции возмущений крутящего момента, когда датчики отработавших газов имеют меньшую чувствительность, а датчики угловой скорости коленчатого вала более чувствительны. А по истечении определенного периода раскрутки двигателя, за счет регулирования подачи топлива по сигналу обратной связи от датчиков отработавших газов, для коррекции возмущений крутящего момента может быть с успехом использована обратная связь, когда датчики отработавших газов имеют большую чувствительность. За счет улучшения коррекции аномалий подачи топлива во время раскрутки двигателя можно получить желаемый профиль частоты вращения вала двигателя, уменьшить проблемы вибрации и шума, и улучшить запускаемость двигателя.

Следует отметить, что примеры программ измерения и управления, приведенные в настоящем описании, могут быть использованы для различных схем построения двигателя и/или системы транспортного средства. Конкретные, описанные выше программы могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки из множества стратегий, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные показанные действия, операции или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для решения вышеупомянутых задач изобретения, реализации отличительных признаков и преимуществ, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из показанных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, предназначенный для занесения в считываемую среду хранения данных компьютера в системе управления двигателем.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании схемы и программы по сути являются примерами, и что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать, как ограничительные в отношении идеи изобретения, поскольку возможно существование их многочисленных модификаций. Например, рассмотренный выше способ может быть применен к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4 оппозитными цилиндрами, и к двигателям других типов. Предмет настоящего изобретения включает все новые и неочевидные комбинации и дочерние комбинации различных систем и схем, а также других признаков, функций и/или свойств, раскрытых в описании.

В нижеприведенной формуле изобретения особый акцент сделан на определенных сочетаниях и дочерних сочетаниях признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Формула изобретения может ссылаться на «какой-то» элемент или на «первый» элемент или на эквивалент этих терминов. Следует понимать, что такие пункты формулы могут заключать в себе один или более таких элементов, ни требуя наличия, ни исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации или дочерние комбинации раскрываемых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены путем изменения настоящей формулы изобретения, или путем представления новой формулы изобретения для данной или родственной заявки. Такие пункты формулы - более широкие, более узкие, эквивалентные или отличающиеся - действующие в границах идей исходной формулы, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Реферат

Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей двигателей внутреннего сгорания. Предложены способы и система для точного определения ошибок подачи топлива в цилиндры двигателя во время автоматического перезапуска двигателя (при работе системы старт-стоп). Данные по ошибкам подачи топлива могут быть собраны во время предыдущего перезапуска двигателя конкретно по цилиндрам и конкретно по актам сгорания топливной смеси. Собранные значения ошибок впрыска топлива могут затем быть применены во время последующего перезапуска двигателя, также конкретно к цилиндрам и конкретно к актам сгорания топливной смеси, в целях улучшения прогнозирования и компенсации отклонений воздушно-топливного отношения во время раскрутки двигателя. Технический результат - улучшение пусковых характеристик двигателя при его автоматическом перезапуске. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула