Способ регулирования работы двигателя (варианты) - RU2623355C2
Код документа: RU2623355C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящая заявка относится к транспортным средствам с гибким составом топлива и оценке состава топлива в них.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели могут работать на меняющихся топливных смесях. Например, транспортные средства могут работать в диапазоне видов топлива, поставляемых оператором, находящемся в диапазоне от чисто бензинового топлива до так называемого E85 (смеси этанола и бензина с 85% этанола). Различные подходы используются контроллером двигателя для определения состава топлива до работы двигателя. Один из подходов для идентификации состава топлива в топливном баке основан на сдвиге стехиометрии сгорания, вызванном изменением состава топлива. Например, при стехиометрии (например, как определяется с датчиков топливовоздушного соотношения выхлопных газов), количество топлива, подаваемого для текущего количества воздуха, определяется по характеристикам форсунки. Стехиометрическое соотношение затем может оцениваться, таким образом, например, давая возможность определяться содержанию этанола.
Однако изобретатели в материалах настоящего описания выявили, что несмотря на то, что такой подход может быть улучшен разными способами, тем не менее, он остается высоко восприимчивым к отклонениям параметров между взаимозаменяемыми деталями и дрейфу датчика. Например, изменения характеристик форсунки могут приводить непосредственно к ошибкам в оценке этанола.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обозначенная выше задача, по меньшей мере, частично может быть решена способом, включающим в себя этап, на котором
регулируют работу двигателя в ответ на состав топлива, основанный на изменении испарения топлива во впускном отверстии двигателя.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором регулирование работы двигателя включает в себя этап, на котором регулируют количество и момент впрыска топлива в двигатель на основании состава топлива.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором состав топлива является некоторым количеством этанола в бензине, и при этом изменение испарения учитывает разные давления паров составляющих топлива в лужице (скоплении жидкости) отверстия.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором топливо во впускном отверстии содержит два или более компонента, и при этом состав топлива дополнительно основан на давлении паров каждого из двух или более компонентов.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором состав топлива дополнительно основан на количестве каждого из двух или более компонентов топлива, испаряемого из отверстия во время такта впуска.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором состав топлива является некоторым количеством этанола, и состав топлива основан на сравнении, во время переходного процесса впрыска топлива, оцененных топливовоздушных соотношений с верхними и нижними допустимыми количествами этанола с измеренным топливовоздушным соотношением.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором верхнее допустимое количество этанола ограничено до менее чем 100% этанола, и при этом нижнее допустимое количество этанола ограничено до 0% этанола.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором оцененные топливовоздушные соотношения и измеренное топливовоздушное соотношение подвергаются фильтрации верхних частот идентичными фильтрами верхних частот.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором каждое из оцененных топливовоздушных соотношений определяется по идентичным переходным топливным моделям.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором состав топлива дополнительно основан на длительности импульса топливной форсунки и характеристиках форсунки.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором двигатель соединен в транспортном средстве с гибким составом топлива и выполнен с возможностью использования топлива, имеющего два или более компонента и переменное содержание этанола.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, включающий в себя этап, на котором:
регулируют работу двигателя в ответ на процентное содержание этанола топлива, основанное на изменении испарения топлива во впускном отверстии двигателя во время переходного состояния.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором регулирование работы двигателя включает в себя этап, на котором регулируют количество и момент впрыска топлива в двигатель на основании процентного содержания этанола топлива, и при этом изменение испарения учитывает разные давления паров составляющих топлива в лужице отверстия.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором процентное содержание этанола топлива основано на сравнении, во время переходного состояния, оцененных топливовоздушных соотношений с верхним и нижним допустимыми процентными содержаниями этанола с измеренным топливовоздушным соотношением.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором верхнее допустимое процентное содержание этанола ограничено до менее чем 100% этанола, и при этом нижнее допустимое процентное содержание этанола ограничено до 0% этанола, и при этом оцененные топливовоздушные соотношения и измеренное топливовоздушное соотношение подвергаются фильтрации верхних частот идентичными фильтрами верхних частот.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором двигатель соединен в транспортном средстве с гибким составом топлива и выполнен с возможностью использования топлива, имеющего переменное содержание этанола.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, включающий в себя этап, на котором:
в ответ на дозаправку топливного бака и во время установившихся условий работы двигателя определяют процентное содержание этанола топлива на основании стехиометрии сжигаемых воздуха и топлива;
во время переходного топливного впрыска, определяют процентное содержание этанола топлива на основании сравнения оцененных топливовоздушных соотношений с верхним и нижним допустимыми процентными содержаниями этанола с измеренным топливовоздушным соотношением; и
регулируют работу двигателя в ответ на процентное содержание этанола топлива.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором оцененные топливовоздушные соотношения основаны на разных характеристиках испарения топлива верхнего и нижнего допустимых процентных содержаний этанола, верхнее допустимое процентное содержание этанола является ограниченным до менее чем 100% этанола, а нижнее допустимое процентное содержание этанола является ограниченным до 0% этанола.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором оцененные топливовоздушные соотношения и измеренное топливовоздушное соотношение подвергаются фильтрации верхних частот после определения процентного содержания этанола топлива на основании стехиометрии сжигаемых воздуха и топлива.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором двигатель соединен в транспортном средстве с гибким составом топлива и выполнен с возможностью использования топлива, имеющего переменное содержание этанола.
Таким образом, зависимость между составом топлива и испарением топлива на впускных отверстиях двигателя, в частности во время переходного режима работы, может использоваться, чтобы делать вывод о содержании этанола топлива. Это происходит, потому что содержание этанола топлива оказывает воздействие на то, каким образом топливо испаряется из лужиц, сформированных во впускном отверстии во время работы двигателя. Кроме того, воздействия такого испарения могут наблюдаться в выпускном топливовоздушном соотношении во время переходных условий работы.
Один из примерных подходов для определения состава топлива включает в себя регулирование работы двигателя в ответ на состав топлива, основанного на изменении испарения топлива во впускном отверстии двигателя. Таким образом, можно точнее учитывать состав топлива посредством снижения чувствительности к изменчивости между взаимозаменяемыми деталями и дрейфу датчика. Кроме того, состав топлива может изучаться даже во время переходного режима работы, так что более точное управление двигателем может обеспечиваться во время как переходных, так и установившихся условий работы.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематичное изображение примерного двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 показывает структурную схему системы управления.
Фиг.3-5 показывают примерные блок-схемы последовательности операций способа определения состава топлива на основании изменения испарения топлива во впускном отверстии двигателя и способа регулирования работы двигателя в ответ на определенный состав топлива.
Фиг.6, 7 показывают примерную производительность двигателя на основании примерных экспериментальных данных.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления оценки состава топлива на основании эффектов летучести топлива в системе со смачиванием стенки раскрыты в материалах настоящего описания. Подход использует в своих целях изменения поведения топлива во впускном отверстии цилиндра двигателя, вызванные изменениями состава топлива, например изменениями содержания спиртов в топливе. Посредством установления отношения различных способов, которыми себя ведет топливо во впускном отверстии, в зависимости от его состава, можно использовать обратную связь с датчиков топливовоздушного соотношения выхлопа для изучения состава топлива со временем. Этот изученный состав топлива затем может использоваться для улучшения управления впрыском топлива, управления топливовоздушным соотношением, управления моментом зажигания и различных других участков работы двигателя и транспортного средства. Кроме того, изученный состав топлива также может регулироваться на основании других способов для оценки состава топлива, в том числе на основании изменений стехиометрического топливовоздушного соотношения, если требуется. Фиг.1 описывает примерную систему двигателя, в которой могут быть реализованы различные подходы, описанные в материалах настоящего описания. Фиг.2 иллюстрирует структурную схему системы оценки для изучения состава топлива. Фиг.3-5 описывают общую работу для управления двигателем, в том числе впрыском топлива и изучением состава топлива, включая дополнительную информацию об оценке и различных управляющих воздействиях, которые могут предприниматься при улучшенной оценке состава топлива. Фиг.6, 7 показывают примерные данные двигателя, иллюстрирующие производительность и преимущества примерных подходов, описанных в материалах настоящего описания.
Фиг.1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 14 (также указываемый ссылкой как камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг.1 показывает двигатель 10, сконфигурированный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, скомпонованный между впускным каналами 142 и 144, и выхлопной турбиной 176, скомпонованной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие выпускной турбиной 176 через вал 180, где устройство наддува сконфигурировано в качестве турбонагнетателя. Однако, в других примерах, таких где двигатель 10 снабжен турбокомпрессором, турбонагнетатель, выхлопная турбина 176 по выбору может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Компрессор повышает давление всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндр, до требуемого уровня на основании условий работы. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг.1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 выхлопных газов показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 контроля выбросов. Датчик 128 может быть подходящим датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), двухрежимный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Устройство 178 контроля выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами контроля выбросов или их комбинациями. Кроме того, дополнительные датчики кислорода выхлопных газов могут быть предусмотрены ниже по потоку от датчика 128.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий, контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на исполнительные механизмы 152 и 154, для управления открыванием и закрыванием соответственных впускных и выпускных клапанов. Положение, угол, подъем и/или установка фаз распределения впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 могут определяться соответственными датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь тип электрического клапанного привода или тип кулачкового привода, либо их комбинацию. Установка фаз распределения впускных и выпускных клапанов может управляться одновременно, или может использоваться любая из возможности регулируемой установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов, регулируемой установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, сдвоенной независимой установки фаз кулачкового распределения или постоянной установки фаз кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода, либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда - в верхней мертвой точке. Степень сжатия может находиться в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена в примере, включающем в себя непосредственный впрыск, например вследствие его эффектов охлаждения наддува.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, такой где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован с одной или более топливными форсунками для обеспечения его топливом. В качестве не ограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя топливную форсунку 170 впрыска во впускной канал. Топливная форсунка 170 показана скомпонованной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве впрыска топлива во впускной канал (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI») во впускное отверстие выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный драйвер 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 топливной системой 173, включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива. Впрыскиваемое в отверстие топливо может подаваться во время события открытого впускного клапана, события закрытого впускного клапана (например, по существу до такта впуска), а также во время работы, как с открытым, так и закрытым впускным клапаном.
Как описано выше, фиг.1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания, и т.д.
Топливный бак в топливной системе 173 может хранить топливо с переменным составом топлива, таким как разные сочетания топлива. Эти различия могут включать в себя разное содержание спиртов, разное октановое число, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их комбинацию и т.д. В одном из примеров, используемые топливные смеси могут включать в себя спиртосодержащие топливные смеси, находящиеся в диапазоне от E85 (которая является приблизительно 85% этанола и 15% бензина) до E10 (которая приблизительно является 10% этанола и 90% бензина).
Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, соединенного с патрубком 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124. Сигнал скорости оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для обеспечения указания вакуума или давления во впускном коллекторе.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя систему продувки паров топлива (не показана) для накопления и продувки паров топлива во впускной коллектор двигателя посредством вакуума, сформированного во впускном коллекторе. Дополнительно, двигатель 10 дополнительно может включать в себя систему принудительной вентиляции картера (PCV), где пары картера двигателя направляются во впускной коллектор, также посредством вакуума.
Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Обратная связь с датчиков кислорода выхлопных газов может использоваться для регулирования топливовоздушного соотношения. В частности, подогреваемый датчик кислорода выхлопных газов (HEGO) может использоваться для регулирования стехиометрического топливовоздушного соотношения посредством управления впрыском топлива (или дополнительным воздухом через дроссель или VCT) на основании обратной связи с датчика HEGO и требуемого топливовоздушного соотношения. Кроме того, датчик UEGO (который выдает по существу линейный выходной сигнал в зависимости от топливовоздушного соотношения выхлопных газов), такой как датчик 128, может использоваться для управления топливовоздушным соотношением во время обедненного, обогащенного и стехиометрического режима работы. В этом случае, впрыск топлива (или дополнительный воздух через дроссель или VCT) может регулироваться на основании требуемого топливовоздушного соотношения и топливовоздушного соотношения с датчика. Кроме того еще, если требуется, могло бы использоваться управления топливовоздушным соотношением в отдельном цилиндре. Как подробнее описано ниже, регулирование может производиться с форсункой 170 в зависимости от различных факторов.
К тому же, отметим, что различные способы могут использоваться для поддержания требуемого крутящего момента, например, такие как регулирование момента зажигания, положения дросселя, положения регулируемой установки фаз кулачкового распределения, величины рециркуляции выхлопных газов, количества цилиндров, выполняющих сгорание. Кроме того, эти переменные могут регулироваться индивидуально для каждого цилиндра, чтобы поддерживать равновесие цилиндров среди всех цилиндров.
Лужицы топлива обычно создаются во впускных отверстиях у двигателей с впрыском топлива во впускной канал. Впрыснутое топливо может прилипать к стенкам впускного коллектора после впрыска, и количество введенного топлива может находиться под влиянием геометрии, температуры и местоположения топливной форсунки впускного коллектора. Поскольку каждый цилиндр может иметь уникальную геометрию отверстия и местоположение форсунки, разные массы лужицы могут развиваться в разных цилиндрах одного и того же двигателя. Кроме того, масса лужицы топлива и характеристики вентиляции двигателя могут изменяться между цилиндрами на основании условий работы двигателя. Вследствие потери топлива в лужице в отверстии, двигатель может не принимать полного количества топлива, подразумеваемого впрыскиваемым посредством впрыска топлива. Однако, по мере того, как топливо в лужице в отверстии позже испаряется в цилиндр во время такта впуска, двигатель потенциально мог бы принимать слишком много топлива, когда такое топливо принимается в дополнение к впрыску топлива. По существу, величина впрыска топлива может регулироваться, чтобы учитывать эффект образования луж в отверстии.
Однако не только физика топлива в лужице в отверстии может быть трудной для моделирования, но это может дополнительно усложняться топливом, имеющим многочисленные компоненты, при этом каждый компонент испаряется с разной скоростью, поскольку каждый компонент может иметь разное давление паров. Более того, вследствие меняющейся летучести топлива с гибким составом, доступного в насосе (например, в зависимости от сезона и местоположения), контроль содержания этанола топлива может дополнительно усложнять моделирование испарении лужицы в отверстии.
Несмотря на то что состав топлива, такой как содержание этанола, может оцениваться посредством оценки стехиометрического топливовоздушного соотношения воздуха и топлива с помощью обратной связи от датчиков топливовоздушного соотношения выхлопных газов, а также упреждающих оценок впрыскиваемой массы топлива (например, посредством характеристик форсунки) и расхода воздуха (например, с датчиков MAF и/или MAP), ошибки в упреждающей информации могут ухудшать оценку. Например, процентное содержание этанола топлива может оцениваться посредством сравнения показаний датчика UEGO, которые указывают топливовоздушное соотношение (AFR) относительно стехиометрии для данного топлива, с оценками впрыскиваемого топливовоздушного соотношения. Стехиометрическое AFR меняется в зависимости от процентного содержания этанола от 14,6 для рядового бензина до 9 для чистого этанола. Смесь E85 имеет стехиометрическое AFR приблизительно 10. Изменчивость между взаимозаменяемыми деталями (например, изменения характеристик форсунок, таких как величина впрыска топлива для данной широтно-импульсной команды) или возрастная изменчивость могут вызывать нежелательные ошибки в оценке содержания этанола. Относительная погрешность оценки воздушного наддува (например, вследствие дрейфа датчика MAF) и/или наклон форсунки оказывает влияние на абсолютную оценку процентного содержания этанола, умноженную на коэффициент приблизительно 2 (например, от 1,8 до 2,6). Например, ошибочно низкое показание в 5% от значения датчика MAF и рядового бензинового топлива дает сообщение системы обнаружения о 13% этанола (например, 5% умноженное на 2,6).
Поэтому вместо того, чтобы полагаться исключительно на изменение стехиометрического AFR, процентное содержание этанола также может оцениваться на основании летучести топлива, как дополнительно описано со ссылкой на фиг.3-5. Более точно, этанол является менее летучим при низких температурах и более летучим при высоких температурах по сравнению с бензином. Разница летучести оказывает влияние на переходное топливное управление (TFC), в частности, в двигателях с впрыском топлива во впускной канал (PFI). Для сохранения AFR в рамках требуемых пределов, TFC регулирует компенсацию топливоснабжения на смачивание стенок двигателя на основании оцененного содержания этанола. Таблицы TFC, в таком случае, калибруются для E0 и E85 и интерполируются между ними.
Более точно, примерные подходы в материалах настоящего описания используют отличия летучести, обусловленные процентным содержанием этанола, для регулирования оценки процентного содержания этанола в топливном баке. Две основанные на TFC модели, каждая из которых показывает разное процентное содержание этанола, сравниваются с измеренным выходным сигналом для того, чтобы адаптивно изучать состав топлива. Некоторые примерные преимущества этого подхода включают в себя уменьшенные погрешности чувствительности и систематические ошибки характеристик топливной форсунки (таких как крутизна и/или смещение форсунки) и/или погрешности и систематические ошибки расхода воздуха (датчиков MAF/MAP). Это происходит потому, что оценка управляется изменениями испарения топлива в отверстии, которые менее чувствительны к систематическим ошибкам значений массы впрыскиваемого топлива и количества воздуха в цилиндре.
Несмотря на то что такой подход может медленнее реагировать на изменения состава топлива (например, вследствие дозаправки топливного бака), общее время относительно работы транспортного средства является поддающимся управлению. Кроме того, оценка может быть дополнительно улучшена и дополнена посредством использования изменений стехиометрического AFR, если требуется.
Далее, со ссылкой конкретно на фиг.2, она изображает структурную схему системы 200, реализующей способ оценки процентного содержания этанола с использованием конструкции с двойной моделью. В этом варианте осуществления, система использует в своих интересах подход, где, на основании переходной топливной модели эффекта смачивания стенки, которая учитывает состав топлива, может определяться точное AFR выхлопных газов. Таким образом, воздействия изменения содержания этанола в топливе на AFR в цилиндре могут сравниваться с наблюдаемым AFR (с датчика UEGO) для обновления оценки состава топлива соответствующим образом.
Как показано на фиг.2, каждый из рабочих параметров, в том числе величина впрыска топлива, MAP, температура охлаждающей жидкости, скорость оборотов двигателя и другие, пересылаются в каждую из первой и второй переходных моделей AFR, обозначенных блоками 210 и 212 соответственно. Каждая из моделей вычисляет ожидаемое AFR выхлопных газов и чувствительна к
Разность между двумя выходными сигналами моделей,
Две модели 210 и 212, которые вычисляют оцененное топливовоздушное соотношение на двух разных уровнях процентного содержания этанола, в одном из примеров, во всем остальном могут быть идентичны. Подобным образом, фильтры верхних частот также могут быть идентичны и использоваться для удаления низкочастотных составляющих сигналов, в частности смещений установившегося состояния. Кроме того, могут быть учтены дополнительные ограничения на оцененные AFR или оцененные процентные содержания этанола. Например, оценка этанола может ограничиваться между 0 и 0,85 (например, для E85) или между 0 и 1 (например, для E100). К тому же, скорость адаптации и чувствительность к шумам могут регулироваться посредством ограничений и мертвых зон (около нулевой погрешности), добавленных на двух выходах фильтров высоких частот.
Продолжая по фиг.2, интегратор 218 регулирует
Таким образом, хорошо калиброванная система переходного топливного управления для переменного содержания этанола может использоваться для принятия мер в ответ на влияние изменения содержания этанола в AFR в цилиндре, сравнения его с наблюдаемым AFR, и обновления оценки содержания этанола топлива соответствующим образом.
Далее, со ссылкой на фиг.3, показан примерный способ 300, который может выполняться контроллером двигателя для регулирования величины впрыска топлива для компенсации эффектов смачивания стенки и испарения на впускном отверстии. Это может включать в себя регулирование такой компенсации в зависимости от состава топлива, к примеру, на основании процентного содержания этанола. Более точно, компенсация и регулировки могут быть основаны на количестве топлива в лужице топлива, составе топлива в лужице топлива, давлении паров составляющих топлива, динамике лужицы топлива, и т.д. Один или более адаптивных элементов могут храниться в справочной таблице, например, в качестве функции скорости оборотов, нагрузки, температуры двигателя, или их комбинаций, указывающей изученное процентное содержание этанола. Таким образом, контроллер двигателя может регулировать впрыск топлива в двигатель на основании содержания этанола топлива в лужице в отверстии. Например, двигатель 10 по фиг.1 может быть соединен в транспортном средстве с гибким составом топлива и может быть выполнен с возможностью использования топлива, имеющего два или более компонента и переменное содержание этанола. Дополнительно, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью дополнительного использования подхода адаптации для изучения процентного содержания этанола впрыскиваемого топлива посредством осуществления мониторинга переходного топливного поведения системы, как описано в материалах настоящего описания.
На этапе 302, способ 300 включает в себя этап, на котором определяют условия работы двигателя. Этап может включать в себя этапы, на которых оценивают и/или измеряют температуру хладагента двигателя (ECT), которая может использоваться для вывода температуры отверстия. Другие условия работы, оцененные и/или измеренные, могут включать в себя, но не в качестве ограничения, температуру двигателя, скорость оборотов двигателя, давление в коллекторе, топливовоздушное соотношение, соотношение равнозначности, количество воздуха в цилиндре, обратную связь с датчика детонации, требуемый выходной крутящий момент двигателя по положению педали, установку момента зажигания, барометрическое давление, количества продувки паров топлива, и т.д.
На этапе 304, способ 300 включает в себя этап, на котором определяют требуемый выходной крутящий момент двигателя. В одном из примеров, требуемый крутящий момент может вычисляться по сигналу положения педали. На этапе 306, способ 300 включает в себя этап, на котором определяют величину впрыска топлива. На основании оцененных условий работы двигателя и требуемого крутящего момента, а кроме того, на основании статистических данных переходной топливной компенсации цилиндров, могут определяться упреждающие настройки и расписание впрыска топлива. В одном из примеров, память контроллера может включать в себя справочную таблицу, которая может использоваться контроллером для определения упреждающих настроек и расписания типов впрыска топлива для каждого цилиндра или группы цилиндров. Упреждающие настройки могут включать в себя то, что определяют режим впрыска топлива или эксплуатацию смешанного режима (например, полностью впрыск топлива во впускной канал, полностью непосредственный впрыск топлива или частичный впрыск топлива во впускной канал - частично непосредственный впрыск топлива, и т.д.), и пропорцию или процентное соотношение впрыска между топливной форсункой непосредственного впрыска и топливной форсункой впрыска топлива во впускной канал. Другие настройки могут включать то, что определяют момент впрыска из каждой форсунки.
Затем, на этапе 308, способ 300 включает в себя этап, на котором определяют первое оцененное топливовоздушное соотношение выхлопных газов на основании предыдущих величин впрыска топлива и текущей оценки процентного содержания этанола (Perc_EtOH). Текущая оценка процентного содержания этанола может быть постоянным значением или может быть основан на предыдущих изученных оценках процентного содержания этанола. В качестве альтернативы, текущая оценка процентного содержания этанола может базироваться на основанной на номинальной стехиометрии оценке процентного содержания этанола, выведенного из упреждающих оценок объема топлива (например, из крутизны и смещения топливной форсунки и подаваемой длительности импульса) и оценок количества воздуха в цилиндре (например, с датчика MAF), где смещение стехиометрического топливовоздушного соотношения соотносится с процентным содержанием этанола, основанным на известных зависимостях различных пропорций смеси. Например, содержание этанола топлива возрастает, увеличение этанола топлива способствует относительно большему количеству кислорода, чем бензиновое топливо, таким образом, смещая точку стехиометрии.
Более точно, на этапе 308, способ, во-первых, включает этап, на котором выполняют переходную топливную модель (фиг.4) с использованием верхнего значения для процентного содержания этанола топлива, а во-вторых, этап, на котором выполняют ту же самую переходную топливную модель (фиг.4) с использованием нижнего значения процентного содержания этанола топлива. То есть состав топлива (в материалах настоящего описания, количество этанола топлива) основан на сравнении, во время переходного процесса впрыска топлива, оцененных топливовоздушных соотношений с верхними и нижними допустимыми количествами этанола с измеренным топливовоздушным соотношением. В одном из примеров, верхнее допустимое количество этанола ограничивается до меньшего чем 100% этанола, наряду с тем, что нижнее допустимое количество этанола ограничивается до 0% этанола. Несмотря на то что модель в этом примере выполняется дважды, три или более дополнительных значений оцененного процентного содержания топлива (например, среднее значение) могут использоваться, если требуется.
Таким образом, способ применяет одну и ту же модель к текущим условиям работы с по меньшей мере двумя разными значениями процентного содержания этанола, тем самым, оценивая топливовоздушное соотношение в цилиндре на основании эффектов смачивания стенки и изменения таких эффектов, вызванного изменениями состава топлива (например, на основании процентного содержания этанола). Отметим, что только значения, которым необходимо храниться отдельно в контроллере, являются регистрами памяти, которые регистрируют состояния лужиц между циклами. Код и калибровка для обновления лужицы и вычисления топливовоздушного соотношения идентичны (таким образом, только одна копия хранится в памяти контроллера). Подобным образом, оцененные топливовоздушные соотношения (с верхним и низким допустимыми количествами этанола) каждое определяется идентичными переходными топливными моделями. Оцененные топливовоздушные соотношения и измеренные топливовоздушные соотношения подвергаются фильтрации верхних частот идентичными фильтрами верхних частот.
Затем, на этапе 310, способ включает в себя этап, на котором обновляют изученное процентное содержание на основании выходного сигнала интегратора, как показано со ссылкой на фиг.2. То есть состав топлива изучается на основании изменения испарения топлива во впускном отверстии двигателя, как оценено посредством двух моделей, при этом топливо в отверстии содержит два или более компонента. Состав топлива дополнительно основан на давлении паров двух или более компонентов. Состав топлива дополнительно основан на количестве каждого из двух или более компонентов топлива, испаряемого из отверстия во время такта впуска. Кроме того еще, состав топлива основан на длительности импульса топлива и характеристиках форсунки. В настоящем примере, состав топлива является количеством этанола в бензине, и изменение испарения учитывает разные давления паров составляющих в топливе лужицы в отверстии.
Затем, на этапе 312, способ включает в себя этап, на котором регулируют впрыск топлива с использованием переходной топливной модели (вновь, по фиг.4) и обновленного процентного содержания этанола, так что впрыск топлива учитывает наибольший процент и точное значение процентного содержания этанола для того, чтобы поддерживать топливовоздушное соотношение около надлежащего стехиометрического топливовоздушного соотношения и учитывать надлежащую динамику смачивания стенки. Таким образом, работа двигателя регулируется в ответ на изученный состав топлива. Более точно, количество и момент впрыска топлива в двигатель регулируются на основании состава топлива, при этом состав топлива основан на изменении испарения топлива в лужице в отверстии.
Таким образом, переходные эффекты смачивания стенки, вызванные изменением давления паров топлива с изменением содержания этанола топлива, могут преимущественно использоваться для того, чтобы изучать само содержание этанола.
Далее, со ссылкой на фиг.4, предусмотрена примерная переходная топливная модель, которая учитывает динамику смачивания стенки, а также изменение испарения топлива, вызванное разным составом топлива (например, разным содержанием этанола или содержанием других спиртов топлива относительно бензина).
Способ 400 включает в себя этап, на этапе 402, на котором принимают значения процентного содержания этанола и других входных параметров. Другие входные параметры, например, включают в себя величину впрыска топлива, MAP, температуру хладагента и скорость оборотов двигателя. Каждый из этих параметров передается в каждую из первой и второй переходной модели AFR. Затем, на этапе 404, способ включает в себя этап, на котором определяют AFR на основании входных параметров и переходных топливных моделей. Более точно, на этапе 404, алгоритм двойной модели, изображенный на фиг.2, могут выполнять для оценки процентного содержания этанола в топливе. Посредством выполнения двойной модели, воздействия изменения содержания этанола в топливе на AFR внутри цилиндра сравниваются с наблюдаемым AFR (с датчика UEGO), и оценка содержания этанола топлива обновляется соответствующим образом.
Каждая из моделей вычисляет ожидаемое AFR и чувствительна к оценке процентного содержания этанола на основании летучести топлива. Одна из моделей применяет более высокое процентное содержание этанола, чем измеренное на данный момент процентное содержание, наряду с тем, что другая модель применяет более низкое процентное содержание этанола, чем оцененное на данный момент процентное содержание. Таким образом, каждая модель работает с дельтой (в каждом направлении, + и -) от оцененного на данный момент значения процентного содержания. Среднее значение оценок AFR, выведенных двумя моделями, затем сравнивается с оценкой AFR оцененного на данный момент процентного содержания этанола. На основании разности, а также направленности разности (то есть является ли разность положительной или отрицательной), содержание этанола топлива регулируется по текущей оценке, хранимой в контроллере.
Как отмечено в материалах настоящего описания, система многомодельного обнаружения этанола использует две или более идентичные модели, которые могут оценивать топливовоздушное соотношение в цилиндре. Масса воздуха непрерывно оценивается системой управления, например, по датчику MAF и скорости оборотов двигателя и имеется в распоряжении в качестве переменной
где
Например, лужица в отверстии может включать в себя топливо, имеющее два или более компонента, где компоненты и состав топлива лужицы отличны от таковых у впрыскиваемого топлива. Примеры компонентов топлива включают в себя, но не в качестве ограничения, этанол, изопентан, изооктан, n-декан, n-тридекан, и т.д. Соответственно, могут отслеживаться компоненты топлива, а также их массовые доли в общей массе топлива в лужице. Дополнительно, если топливо в лужице в отверстии имеет содержание этанола (например, топливо в лужице в отверстии включает в себя компонент этанола), модель может включать в себя определение содержания этанола топлива в лужице в отверстии. Посредством определения двух или более компонентов топлива в лужице в отверстии в модели, свойства каждого компонента могут использоваться для определения количества каждого компонента топлива, испаренного из лужи отверстия во время такта впуска.
Кроме того, модель может включать в себя определение давления паров для компонентов топлива и, таким образом, топлива в лужице в отверстии. В случае, в котором топливо включает в себя многочисленные компоненты, каждый компонент может иметь разное давление паров, и, таким образом, давление паров может определяться для каждого компонента. В качестве примера, давления паров для компонентов может сохраняться в справочной таблице, доступной контроллеру. Посредством определения давления паров топлива в лужице топлива (например, посредством определения разных давлений паров каждого из разных компонентов топлива), зависимость между составом топлива и топливовоздушным соотношением в цилиндре может быть представлена точнее.
Возвращаясь к фиг.4, на основании оценки топлива в цилиндре, нормированное AFR в цилиндре задано уравнением (2):
Так как информация об AFR с датчика UEGO нормируется к виду стехиометрии независимо от состава топлива, оценки AFR в цилиндре нормируются при условии бензинового топлива (стехиометрии 14,6). Кроме того, вследствие фильтров верхних частот не нужно никакого нормирования в отношении действующего стехиометрического AFR.
Как проиллюстрировано, можно было бы сэкономить вычислительные требования посредством использования
Таким образом, можно применять переходную топливную модель для определения разных топливовоздушных соотношений для разных допустимых процентных содержаний этанола топлива, модель учитывает изменение давления паров, испарения, и т.д., разных уровней содержания этанола, таким образом, вычисляя разные общие количества топлива, поступающего в цилиндр. Кроме того еще, эта же самая модель затем может использоваться с самым последним обновленным процентным содержанием этанола, чтобы определять требуемую величину впрыска топлива для достижения требуемого топливовоздушного соотношения. Таким образом, впрыск топлива затем может регулироваться для использования в своих интересах изученного процентного содержания этанола, даже во время непереходных условий.
Один из подходов для увеличения скорости изучения многомодельного способа (например, скорости схождения для оценки процентного содержания этанола) состоит в расширении подхода использованием
Более точно, способ 500 по фиг.5 включает в себя этап, на котором совместно применяют основанную на многочисленных моделях оценку,
На этапе 511 могут подтверждать, что истекло пороговое время (например, 100 секунд) от запуска двигателя. На этапе 512, после того, как истекло пороговое время после запуска, например 100 секунд, активируют фильтры верхних частот, и оценку переводят на основанную на летучести оценку при вычислении
Зависимость между
Если событие дозаправки топливного бака не подтверждено на этапе 502, то, на этапе 504, способ включает в себя этап, на котором выполняют двухмодельную оценку и определяют оценку процентного содержания этанола на основании оценки модели летучести топлива, а также основанной на номинальной стехиометрии оценки.
Таким образом, в ответ на событие дозаправки топливного бака и во время установившихся условий работы двигателя, контроллер двигателя может определять процентное содержание этанола топлива на основании стехиометрии сжигаемых воздуха и топлива. Во время переходного топливного впрыска, контроллер может определять процентное содержание этанола топлива на основании сравнения оцененных топливовоздушных соотношений с верхним и нижним допустимыми процентными содержаниями этанола с измеренным топливовоздушным соотношением. Оцененные топливовоздушные соотношения основаны на разных характеристиках испарения топлива верхнего и нижнего допустимых процентных содержаний этанола. Контроллер затем может регулировать работу двигателя в ответ на процентное содержание этанола топлива.
Примерные результаты проверки проиллюстрированы на фиг.6-7 для подхода, изображенного на фиг.2. Результаты основаны на выборочных данных двигателя, работающего на промежуточной топливной смеси (41% по оценке основанным на стехиометрии способе). Многомерная характеристика 600 по фиг.6 показывает производительность подхода, проиллюстрированного на фиг.2, начиная с двух начальных условий на противоположных концах (E0 и E77), как изображено графиками 604 и 606. Способы выполняют даже во время холодного запуска (начиная с момента времени ноль и до того, как истекает пороговое время t1). Входные сигналы,
Преимущество изучения процентного содержания этанола по переходному топливному поведению в лужице во впускном отверстии состоит в том, что оно значительное менее чувствительно к ошибкам характеристик топливной форсунки или оценкам расхода воздуха, как показано на многомерной характеристике 700 по фиг.7. Например, номинальная оценка 702 процентного содержания этанола (сформированная просто из длительности импульса топлива, MAF и измеренного UEGO) находится под непосредственным влиянием таких ошибок. Ошибка 20% в расходе воздуха (воздушного наддува) заставляет оценку этанола снимать показания около 0 (вместо 0,41), наряду с тем, что ошибка -20% давала бы в результате оценку этанола около 0,8 (то есть E80) в примере, проиллюстрированном на фиг.7. Фиг.7 также показывает, что такая большая ошибка заряда воздуха оказывает минимальное влияние (всего лишь около ±0,02), основанное на переходном топливном подходе (см. графики 704 и 706), проиллюстрированном на фиг.2. Более точно, график 704 изображает двухмодельную оценку с ошибкой +20% датчика MAF, наряду с тем, что график 706 изображает двухмодельную оценку с ошибкой -20% датчика MAF. Даже это, главным образом, является результатом разных действующих усилений адаптации, как показано более быстрой адаптацией к большему сообщаемому датчиком расходу воздуха.
Таким образом, посредством соотнесения количества топлива из лужицы в отверстии, которая испаряется в двигатель во время такта впуска, содержание этанола топлива в лужице, а таким образом, содержание этанола впрыскиваемого топлива, может оцениваться во время переходных условий. Кроме того, содержание этанола, независящее от стехиометрии сгорания, может получаться даже во время переходных процессов, то есть является менее чувствительным к отклонениям параметров деталей и дрейфу датчика.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем. Кроме того, проиллюстрированные примерные способы могут использоваться для каждого цикла или события впрыска топлива.
Будет принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке.
Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.
Реферат
Изобретение может быть использовано в системах управления двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Способ регулирования работы ДВС включает в себя этап, на котором регулируют впрыск топлива на основании состава топлива, а именно содержания этанола в топливе. Состав топлива может изучаться во время переходных условий посредством соотнесения эффектов переходного топливоснабжения, вызванных разными скоростями испарения более высокого и более низкого содержания этанола, с измеренным топливовоздушным соотношением выхлопных газов. Таким образом, содержание этанола, независящее от стехиометрии сгорания, может оцениваться даже во время переходных процессов, на которых снижена чувствительность к отклонениям параметров деталей и дрейфу датчиков. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
