Код документа: RU2090771C1
Изобретение относится к способу определения массы воздуха, подаваемого в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, для контроля соотношения воздух/топливо в качестве составной части системы управления двигателем.
Известно использование различных типов датчиков массы потока воздуха в системе снабжения воздухом двигателя для определения степени поступления воздуха в двигатель во всем диапазоне действующих режимов машины. Также используются и другие средства для определения потока воздуха, такие как введение калибровки потока воздуха в памяти ECV в зависимости от скорости двигателя и положения дроссельной заслонки.
Хотя эти известные способы определения массы поступаемого воздуха являются достаточно эффективными, они обладают недостатками, исходящими как из устройства требуемого оборудования, включая стоимость и эффективный срок службы, так и из величины емкости памяти, требуемой для хранения соответствующей информации.
Поэтому целью настоящего изобретения является предложение способа определения массы воздуха, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания при действующих условиях, который является эффективным и требует меньшего, оборудования и/или емкости сохраняемой памяти для обеспечения эффективного контроля соотношения воздух/топливо в двигателе при всех режимах работы.
Учитывая это, в соответствии с настоящим
изобретением, предлагается способ определения массы воздуха, поступающего в цилиндр за цикл /IACC/ двигателя внутреннего сгорания, состоящий из стадий:
вычисление IACC с широко открытой
заслонкой /IACCwot/ для существующей скорости двигателя и условий работы;
выбор из заранее определенных коэффициентов, указывающих соотношение между IACCwot и IACC при
ранее выбранной частичной нагрузке, коэффициента, относящегося к текущей нагрузке и скорости;
и применение упомянутого выбранного коэффициента к IAC для определения действующего IACC
/IACCld/.
Более конкретно, предложен способ определения массы воздуха, поступаемого в цилиндр за цикл /IACC/, для двигателя внутреннего сгорания, состоящий из:
программирования процессора с алгоритмом определения IACC для двигателя с широко открытой дроссельной заслонкой (WOT) (IACCwot) при выбранном скоростном режиме работы двигателя;
сохранение в памяти коэффициентов отношения IACCwot к IACC при выбранных режимах нагрузки, задаваемых ниже WOT при названном выбранном режиме работы двигателя;
определение во время
работы машины скорости двигателя и нагрузочного режима с выбором соответствующих коэффициентов для определенной скорости двигателя и нагрузки;
введение в запрограммируемый алгоритм
коэффициента IACC, соответствующего определенной нагрузке на двигатель при определенной скорости двигателя;
вычисление на основе названных введенных коэффициентов коэффициента IACC для
существующих условий работы двигателя /IACCcalc/;
расчет из IACCcalc и определенных скорости двигателя и нагрузки необходимой массы топлива на цилиндр за цикл /FPC/.
На основе определенного FPC сигнал вводится в устройство дозировки топлива, чтобы установить подачу в двигатель названного количества топлива FPC за время, соответствующее циклу двигателя.
Обычно процессор программируют так, чтобы алгоритм учитывал IACCwot, исходя из различных условий работы двигателя, таких как температура впускаемого воздуха или давление, или давление выхлопных газов. Условия, определяющие работу двигателя, могут быть связаны с соответствующими значениями данных, предпочтительно то, чтобы значения данных являлись численными величинами для соответствующего условия работы двигателя, существующими в виде калибровки IACC коэффициентов, хранимых в памяти.
Процессор может быть запрограммирован так, что, если одно или более определяемых условий работы двигателя регулярно меняется за относительно короткий промежуток времени, то эффект флуктуации при вычислении массы воздуха будет ограничен. Ограничение эффекта флуктуаций предпочтительно устанавливают внутри выбранного диапазона нагрузочного режима и/или скорости двигателя, лучше, чтобы диапазон был как можно меньше. И наоборот, если желаемый режим работы двигателя может приводить к таким флуктуациям при определенных условиях эксплуатации, то программа процессора может быть адаптирована для ограничения эффекта флуктуации, когда она работает при этих определенных условиях эксплуатации, независимо от того, появляется эта флуктуация или нет. Например, судовой двигатель, работающий на низкой скорости, как во время лова рыбы, может проходить через серию волн, вызывающую почти циклическое изменение давления выхлопных газов. Это, в свою очередь, может привести при стабильном режиме работы к "выстрелу". С помощью снижения эффекта давления выхлопных газов "выстреливание" может быть снижено или устранено.
В предпочтительной форме метод определения массы подаваемого воздуха на цилиндр за цикл /IACC/ отдельного двигателя состоит из:
программирования процессора с алгоритмом определения IACC для скоростного режима работы двигателя, зависящего от атмосферного давления /Pat/, давления выхлопных газов /Pex
/ и температуры впускного трубопровода /Tсн/;
сохранение в памяти соответствующих коэффициентов, относящихся к Рат, Рех и Тсн для выбранных
скоростей двигателя в диапазоне рабочих скоростей;
сохранение в памяти коэффициентов отношения IACCwot к IACC при выбранных нагрузочных режимах, задаваемых ниже WOT, для каждой
выбранной скорости;
определение во время работы двигателя Рат, Рех, Тен, скорости двигателя и нагрузочного режима с выбором соответствующих коэффициентов для
каждых из выбранных нагрузок и скоростей двигателя;
введение в программный алгоритм соответствующих сигналов, указывающих существующие Рат, Рех и Тсн;
введение в программный алгоритм коэффициента IACC, соответствующего определяемой нагрузке при определяемой скорости двигателя;
определение на основе упомянутых вводов в алгоритм IACC для
существующих условий работы двигателя /IACCld/;
определение из упомянутого IACCld и из определенной скорости двигателя и нагрузки необходимой массы топлива на цилиндр за
цикл /FPC/.
Необходимо принять во внимание, что обсуждаемый выше способ определения IACC не требует специфического оборудования для измерения IACC, так как он определяется за счет сигналов с простых датчиков температуры, давления, скорости и режима нагрузки, подаваемых в ECV, соответственно запрограммируемого и хранящего в памяти необходимые коэффициенты.
Представленный способ определения массы подаваемого воздуха основан на открытии, что отношение потока воздуха при выбранной позиции дроссельной заслонки к потоку воздуха при широко открытой заслонке остается почти постоянным для любой заданной скорости двигателя, и в основном не зависит от внешних условий с учетом существования одинаковых условий в выбранном положении и при широко открытом положении дроссельной заслонки.
Соответственно, если известен поток воздуха при широко открытой заслонке для конкретной скорости двигателя при определенной температуре и в условиях действующего давления, то можно легко определить поток воздуха для любого положения дроссельной заслонки при этой скорости. Это осуществляется с помощью программирования ECV, определить поток воздуха при широко открытой заслонке и конкретную скорость двигателя, при определенных условиях работы и с помощью введения соответствующих коэффициентов вычисления потока воздуха при той же скорости для диапазона нагрузочных режимов, которые встречаются при нормальной работе двигателя.
Подходящим алгоритмом для вычисления IACC при широко открытой заслонке /WOT/ является:
Таким образом, если вычислен IACCwot для конкретной скорости двигателя, атмосферном давлении, температуре нагнетаемой смеси и давлении выхлопных газов, то, используя вышеупомянутый алгоритм, ECV может определить IACC для любой нагрузки, определяемой по положению заслонки, при выбранной скорости двигателя, коэффициенты для которой определены и хранятся в памяти.
Действующий
IACC при любой выбранной скорости определяется как:
IACCld IACCwot•Kld,
IACCld подаваемая масса воздуха на цилиндр за цикл при
выбранной нагрузке,
Kld выбранный коэффициент нагрузочного режима.
Таким образом видно, что с помощью создания базы величин IACC для существующей скорости, атмосферных условий и условий работы двигателя может быть вычислен IACC для любой комбинации действующих скоростей и нагрузок /положений заслонки/.
Алгоритм может включать учет эффективности захвата на основе карты эффективности захвата, введенной в ECV таким образом, что вычисления могут быть осуществлены на основе действующей массы воздуха, захваченного в цилиндре двигателя за цикл. Это может быть, в частности, подходящим в отношении двухтактового двигателя. Также, в противоположность введению карты, алгоритм может быть модифицирован до фактически прямого вычисления захватываемой массы воздуха на цилиндр за цикл.
Используя скорость и нагрузку в качестве задающих параметров, на основе вычисленного расхода воздуха для конкретных существующих условий работы и для существующих Pat, Pex, Tch определяется требуемая масса топлива на цилиндр за цикл, названная FPCcalc. Эта FPCcalc определяется для однородной подачи топливной смеси так же, как это желательно ниже WOT и для других режимов с обогащенной горючей смесью. Тем не менее, при условиях расслаивания горючей смеси может быть лучше не связывать напрямую топливный расход с вычисленным потоком воздуха.
Предполагается, что карта весовых коэффициентов, снова используя скорость и положение дроссельной заслонки в качестве опрашиваемых параметров, будет такой, что действительная подача топлива /FPCdelv/ находится на уровне между EPCcalib и FPCcalc; FPCcalib является калиброванной FPC, зависящей напрямую от нагрузки на двигатель и от конкретной скорости, т.е. FPCdelv= FPCcalib+Alpha(FPCcalc-FPCcalib ).
По определению термин alpha /весовой множитель/ принимает значения в промежутке между нулем и единицей, калибровку можно выбрать так, чтобы удовлетворить желаемому контрольному отрезку или части от каждого контрольного отрезка. Например, может быть выбрано сохранение выражения FPCdelv=FPCcalib, пока сохраняются однородные условия с последующим последовательным изменением множителя alpha до 1, как функция положения заслонки. При условиях WOT величина alpha всегда равна 1, чтобы внести полную коррекцию для изменения внешних условий.
При условиях расслаивания горючей смеси, например при низкой нагрузке, обеспечено то, что подаваемого потока воздуха не так мало для достижения предела отсутствия воспламенения.
Преимуществом этого является то, что результирующий топливный уровень может быть очень стабильным без использования системы фильтрования, что ухудшает текущий режим работы.
Определение различных констант и коэффициентов осуществляется в процессе калибровки и будет индивидуальным для каждой конкретной конфигурации семейства двигателей.
Принципиальными характеристиками конфигурации двигателя, которые будут влиять на константы и коэффициенты, являются система подачи топлива в двигатель и выхлопная система вместе с впуском и выхлопным выходом. Для определения этих констант и коэффициентов двигатель прогоняют в течение дня с известными внешними условиями, а затем вводят изменения в эти условия для определения эффекта воздействия этих изменений на поток воздуха.
Вначале двигатель прогоняют с широко открытой заслонкой при наиболее распространенных внешних условиях и вычисляют действующее количество воздуха на цилиндр за цикл для набора выбранных скоростей во время нормального режима работы двигателя. Дальнейшие измерения подаваемого воздуха в цилиндр за цикл осуществляют с введением изменений во внешнее давление, давление выхлопных газов и в температуру горючей смеси при том же наборе выбранных скоростей во время нормального скоростного режима. На основе этой информации могут быть определены коэффициенты, относящиеся к индивидуальному влиянию атмосферного давления, давления выхлопных газов и температуры горючей смеси. После этого вышеперечисленные измерения повторяются для частично открытых положений дроссельной заслонки и из этих результатов определяется коэффициент отношения между потоком воздуха при широко открытой дроссельной заслонке и потоком воздуха при соответствующем частично открытом положении заслонки.
Коэффициент, определяемый как указывалось раньше, может быть затем применен для всех двигателей той же конструкции, что и конструкция двигателя, используемого для калибровки, даже могут быть созданы соответствующие карты для хранения в памяти с дальнейшим использованием для контроля системы впрыскивания топлива и управления такими двигателями.
Как упоминалось ранее, установленный предпочтительный алгоритм позволяет вычислять поток воздуха через двигатель при широко открытой заслонке и обеспечивает базу для простого способа определения потока воздуха через двигатель без потребности в датчике, предназначенном для измерения потока воздуха. Это стало возможным за счет важного открытия, заключающегося в том, что для одинаковых условий работы Pex, Pat и Tch соотношение потока воздуха при любом конкретном положении заслонки находится в постоянной пропорции к потоку воздуха при WOT для любой заданной скорости. Важно учитывать то, что условия Pat, Pex и Tch должны быть одинаковыми как для частичной нагрузки, так и для состояния с WOT.
Интуитивно ясно,
что Pat и Tch будут оставаться практически без изменений для нормальной работы при частичной нагрузке и при WOT. Тем не менее, по мере того, как нагрузка увеличивается с
частичной до WOT, то Pex будет также увеличиваться. Это, в частности, справедливо для двухтактовых двигателей и поэтому сохранение Pex константой является искусственным
состоянием, которое не будет встречаться на практике. Поэтому при прогонке двигателя на различных нагрузках и скоростях с одинаковыми Pat и Tch должна быть установлена карта
Kld, которая учитывает изменения, происходящие из-за влияния нагрузки и скорости на давление выхлопных газов Pex. Соответствующая установленная карта может быть потом введена в
память ECV так, чтобы IACCld определялся как:
IACCld=IACCwot•Kld
Температурная константа Tст предпочтительного алгоритма
также меняется со скоростью и нагрузкой, и, исходя из алгоритма, показано:
Для
определения констант К1 и К2 известно, что при WOT условиях Kld=1; и как это может быть выведено из предпочтительного алгоритма:
Необходимо также получить К1 и К2 для работы при частичной нагрузке, так как чувствительность двигателя к давлению выхлопа меняется с нагрузкой /положением дроссельной заслонки/. Соответственно ранее указанные тесты в отношении К1 и К2 при WOT повторяют для каждой скорости и значения нагрузки.
Используя данные из этих тестов и ранее полученные данные, относящиеся к Tст и Kld, определяют К1 и К2 при частичной нагрузке для нормального
скоростного режима по следующей формуле:
Dст является константой, имеющей отношение к геометрии и к другим физическим характеристикам двигателя.
Эта константа определяется экспериментально и, в частности, имеет отношение к объему цилиндра двигателя в верхней мертвой точке.
Сопроводительный рисунок содержит логическую диаграмму практической работы способа настоящего изобретения.
Приведенная логическая диаграмма относится к использованию ранее обсуждаемых различных карт и выражений. Представленная на логической диаграмме процедура выполняется периодически по мере работы двигателя. Частота считываний может быть соотнесена с периодом цикла двигателя, но желательно, чтобы она была независима по времени от скорости двигателя.
Стадия 1 считать сигнал с датчиков, указывающих соответственно нагрузку на двигатель, скорость двигателя, внешнюю температуру, атмосферное давление и давление выхлопных газов.
Стадия 2 поиск на соответствующих картах величин К1, К2 и Tст для установленной нагрузки на двигатель и скорости и загрузка найденных величин в алгоритм. Также вводятся в алгоритм полученные Pat, Tch и Pex.
Стадия 3 вычисление IACCwot на основе вводов в алгоритм при стадии 2.
Стадия 4 поиск величины K1α для установленной нагрузки на двигатель и скорости, вычисление IACCtp из величины K1α и IACCwot. На этой стадии осуществляются вычисления существующего потока воздуха в двигатель, которые могут быть использованы различными способами для последующего определения требуемого количества топлива на цилиндр двигателя с целью получения необходимого соотношения воздух/топливо в камере сгорания двигателя.
Одним из традиционных путей определения необходимого двигателю РС является:
стадия 5 поиск
необходимого соотношения воздух/топливо по соответствующей карте соотношений для существующей нагрузки и скорости двигателя и применение этого соотношения для вычисляемого IACCtp и
вычисляемого FPCcalc.
Как ранее обсуждалось в описании, в случае расслоения горючей смеси двигателя, т. е. при низких нагрузках и, следовательно, высоком соотношении
воздух/топливо, существует переизбыток воздуха, способствующего сгоранию всего топлива, поэтому расход топлива в соответствии с FPCcalc является соответствующим и приемлемым. Однако при
условиях, когда смесь воздух/топливо является существенно однородной, как при WOT, то становится разумным изменить расход топлива на FPCcalib в соответствии с ранее приведенной формулой:
FPCdelv=FPCcalib+Alpha(FPCcalc-FPCcalib)
С целью улучшения эффективности этой коррекции FPC на стадии 6 устанавливаются карты поиска для
FPCcalib и Alpha, соответствующие нагрузке на двигатель и скорости, для замены FPCdelv в соответствии с вышеприведенной формулой на FPCdelv.
На основе вновь вычисленной величины FPCdelv на стадии 7 подается соответствующий сигнал в систему топливной подачи, чтобы обеспечить соответствующие цилиндры двигателя необходимым количеством топлива.
При реализации изобретения для обеспечения ввода данных в ECV, как правило, используются обычные датчики атмосферного давления и температуры, давления выхлопных газов и уровня нагрузки на двигатель, последний обычно является индикатором положения дроссельной заслонки. Все эти компоненты для этих целей хорошо известны и общедоступны, поэтому не приводится их специальное описание.
Использование: системы управления двигателем. Сущность изобретения: осуществляют вычисление массы воздуха, поступающего в цилиндр двигателя при широко открытой заслонке, выбирают хранящийся в памяти процессора коэффициент, относящийся к текущей нагрузке и скорости двигателя, и используют его для определения текущего значения массы воздуха, подаваемого в цилиндр за цикл. 6 с. и 10 з.п.ф-лы, 1 ил.