Способ и система управления запитываемой низковольтным напряжением вставкой для предварительного нагрева топливовоздушной смеси дизельного двигателя - RU2424443C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к способу и системе управления запитываемой низковольтным напряжением вставки для предварительного нагрева топливовоздушной смеси дизельного двигателя.

Дизельный двигатель требует определенной температуры для того, чтобы могла происходить реакция горения. Когда двигатель холодный, одно лишь сжатие топливовоздушной смеси не дает возможности достичь температуры зажигания, а потому нужно предварительно нагревать топливовоздушную смесь посредством предварительно нагревающих вставок.

Температура зажигания представляет собой температуру, начиная с которой реакция горения становится самопроизвольной.

Имеются системы и способы управления предварительным нагревом топливовоздушной смеси дизельного двигателя, которые используют высоковольтные вставки предварительного нагрева, управляемые напряжением постоянного тока, подаваемым с аккумулятора.

«Высоковольтную вставку предварительного нагрева» следует понимать как вставку, которая запитывается номинальным напряжением 11 вольт, а «низковольтную вставку предварительного нагрева» следует понимать как вставку, которая запитывается при номинальном напряжении меньше, чем 11 вольт (например, 4, 5 вольта).

С высоковольтными вставками предварительного нагрева требуется больше времени, нежели с низковольтными вставками предварительного нагрева, до достижения температуры зажигания топливовоздушной смеси, потому что во время так называемой фазы подъема предварительного нагрева низковольтные вставки на номинальные 4,5 вольта будут ускоренно запитываться при 11 вольтах. Следовательно, происходит очень быстрый подъем температуры. Вот почему длительность ускорения (ускоренной запитки) должна идеально управляться, чтобы избежать перегрева, ведущего к порче вставок.

Имеются системы и способы управления низковольтными вставками предварительного нагрева, которые используют температурный датчик для определения температуры, достигнутой вставкой. Наличие такого температурного датчика приводит к высокой стоимости.

Далее, низковольтная вставка предварительного нагрева не может выдержать без риска порчи две очень близких друг к другу фазы интенсивного нагрева.

Цель изобретения состоит в предложении улучшенных способа и системы управления низковольтной вставкой предварительного нагрева, которые также являются недорогими.

Таким образом, согласно первому объекту изобретения, предложен способ управления залитываемой низковольтным напряжением вставкой для предварительного нагрева топливовоздушной смеси дизельного двигателя. Упомянутая вставка запитывается по напряжению импульсами с заранее заданной амплитудой и длительностью, причем амплитуда меньше, чем максимальная амплитуда. Амплитуды и длительности импульсов напряжения, запитывающих упомянутую вставку, управляются согласно первым параметрам, содержащим длительности предшествующих импульсов и длительности, разделяющие следующие друг за другом предшествующие импульсы.

Таким образом, учитываются предшествующие импульсы, поданные к вставкам предварительного нагрева, что дает возможность избежать условий, в которых упомянутые вставки были бы повреждены.

Кроме того, исключается использование датчика для измерения температуры, передаваемой вставками предварительного нагрева топливовоздушной смеси.

Далее, упомянутые первые параметры содержат рабочие параметры двигателя и (или) доступное электрическое напряжение, от которого подается электрическое напряжение, запитывающее упомянутую вставку, и (или) индикацию, представляющую активацию-деактивацию генератора переменного тока двигателя, и (или) желательную температуру, которая должна обеспечиваться упомянутой вставкой.

В одном варианте осуществления упомянутые рабочие параметры двигателя содержат температуру охладителя, регулирующего температуру двигателя, и (или) атмосферное давление, и (или) температуру свежего всасываемого в двигатель воздуха, и (или) скорость вращения двигателя.

Такие данные в общем уже доступны, потому что это необходимо для работы других устройств на панели транспортного средства.

В одном варианте воплощения упомянутое управление импульсами содержит фазу предварительного нагрева, которую можно воплотить перед запуском двигателя, когда активируется генератор переменного тока.

В одном варианте осуществления упомянутое управление импульсами содержит фазу нагрева, которую можно воплотить во время старта двигателя.

В одном варианте осуществления упомянутое управление импульсами содержит фазу последующего нагрева, которую можно воплотить после старта двигателя.

Далее, упомянутое управление импульсами содержит фазу остановки нагрева.

Преимущественно, упомянутое управление импульсами содержит фазу дополнительного нагрева, когда двигатель работает.

Преимущественно, упомянутая фаза предварительного нагрева содержит этап быстрого предварительного нагрева одним из упомянутых импульсов с амплитудой, равной упомянутой максимальной амплитуде.

Преимущественно, упомянутая фаза предварительного нагрева содержит этап подготовительного быстрого предварительного нагрева, осуществляемый одним из упомянутых импульсов с заранее заданной амплитудой меньше, чем упомянутая максимальная амплитуда.

Далее, учитывают производственный разброс вставки путем отображения длительности импульса на упомянутом этапе быстрого предварительного нагрева, когда желательная температура, которую должна обеспечивать вставка, больше, чем пороговая температура, и путем вычисления длительности импульса на упомянутом этапе быстрого предварительного нагрева согласно квадрату отношения опорного электрического напряжения и доступного электрического напряжения, от которого подается электрическое напряжение, запитывающее упомянутую вставку, и согласно опорному отрезку времени для достижения желательной температуры, которую должна обеспечивать вставка при упомянутом эталонном электрическом напряжении при эталонной температуре.

В одном варианте осуществления производственный разброс вставки учитывают путем постепенного увеличения амплитуды упомянутого импульса в фазе нагрева при запуске двигателя.

В одном варианте осуществления амплитуду упомянутого импульса увеличивают, когда при запуске скорость вращения двигателя не достигает первой заранее заданной скорости вращения на первом заранее заданном отрезке времени.

Например, упомянутое постепенное увеличение амплитуды импульса является функцией упомянутой амплитуды импульса и меньше максимального увеличения.

Преимущественно учитывают износ упомянутой вставки с течением времени путем приспособления амплитуды упомянутых импульсов во времени с использованием корректирующего коэффициента в зависимости от разности между измеренной скоростью вращения двигателя и эталонной скоростью вращения двигателя для эталонной рабочей точки двигателя.

В одном варианте осуществления оценивается температура, обеспечиваемая упомянутой вставкой, и амплитуду упомянутых заранее заданных импульсов приспосабливают с помощью пропорционально-интегрального регулятора с обратной связью.

Согласно другому аспекту изобретения предложена также система управления запитываемой низковольтным напряжением вставкой для предварительного нагрева топливовоздушной смеси дизельного двигателя, содержащая управляемое средство подачи питающего напряжения на упомянутую вставку, приспособленное подавать импульсы с заранее заданными амплитудой и длительностью, причем амплитуда меньше, чем максимальная амплитуда. Система также содержит электронный блок управления, снабженный средством управления упомянутым средством подачи питания, причем упомянутый электронный блок управления приспособлен оставаться запитанным напряжением в течение заранее заданного отрезка времени после остановки двигателя. Упомянутое средство управления содержит средство определения значения первых параметров, включающих в себя длительности предшествующих импульсов и длительности, разделяющие следующие друг за другом предшествующие импульсы.

Другие цели, характеристики и преимущества изобретения станут понятны из прочтения нижеследующего описания, не ограничивающих примеров и ссылок на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет один вариант осуществления системы согласно одному объекту изобретения;

Фиг.2 является блок-схемой способа согласно одному объекту изобретения;

Фиг.3 иллюстрирует пример работы способа согласно одному объекту изобретения;

Фиг.4, 5 и 6 иллюстрируют учет производственного разброса вставок предварительного нагрева согласно одному объекту изобретения;

Фиг.7 иллюстрирует учет производственного разброса вставок в воплощении способа согласно одному варианту осуществления изобретения; и

Фиг.8 иллюстрирует учет износа вставок со временем в способе согласно одному варианту осуществления изобретения.

Как иллюстрируется на фиг.1, дизельный двигатель 1 снабжен запитываемыми низковольтным напряжением вставками 2 предварительного нагрева. Генератор 3 переменного тока связан с дизельным двигателем 1 соединением 3а, а электрический аккумулятор 4 запитывает систему электрическим напряжением по соединениям 4а.

Управляемый модуль 5 источника напряжения для вставок 2 предварительного нагрева дизельного двигателя 1 подает импульсы с заранее заданными амплитудой и длительностью на вставки 2 предварительного нагрева.

Электронный блок 6 управления содержит управляющий модуль 7 для управляемого модуля 5 источника напряжения для вставок 2.

В качестве варианта управляемый модуль 5 может быть модулем, принадлежащим электронному блоку 6 управления.

Средства определения, например датчики или модули вычисления, могут использоваться для нахождения рабочих параметров двигателя 1 и передачи их по соединению 8 к электронному блоку 6 управления.

Рабочие параметры двигателя 1 включают в себя температуру T_fc охладителя, регулирующего температуру двигателя 1, и(или) атмосферное давление P_atm, и(или) температуру T_air свежего воздуха, всасываемого в двигатель 1, и(или) скорость V_mot вращения двигателя 1.

Электронный блок 6 управления, кроме того, принимает в качестве входных параметров доступное электрическое напряжение U_bat, подаваемое электрическим аккумулятором 4 питания, параметр P_{os_arc} представляющий положение педали акселератора, и индикацию P_{a/d_alt}, представляющую активацию-деактивацию генератора 3 переменного тока двигателя 1 соответственно по соединениям 9, 10 и 11.

Далее, электронный блок 6 управления принимает в качестве входа желательную температуру T_{plug_des}, которую должна обеспечивать вставка 2 предварительного нагрева.

Например, температура T_{plug_des}, которую должны обеспечивать вставки 2 предварительного нагрева, обеспечивается картографией 12 посредством соединения 12а, из параметров, переданных к электронному блоку 6 управления.

Управляющий модуль 7 содержит модуль 13 для нахождения значения первых параметров, включающих в себя длительности предшествующих импульсов и длительности, разделяющие следующие друг за другом предшествующие импульсы, поданные управляемым модулем 5 на вставки 2 предварительного нагрева.

На фиг.2 представлена фаза Р0, в которой двигатель остановлен, и электронный блок 6 управления включен или нет. Система находится в этой фазе Р0 вслед за отключением источника питания от генератора 3 переменного тока, например, когда контакт разрывается посредством ключа замка зажигания. В течение заранее заданного отрезка времени, обычно порядка десяти минут, электронный блок 6 управления остается запитанным, а после этого заранее заданного отрезка времени электронный блок 6 управления больше не запитывается.

Фаза Р1 предварительного нагрева предусмотрена для нагрева топливовоздушной смеси вставками 2 предварительного нагрева перед запуском двигателя 1.

Фаза Р2 нагрева во время запуска двигателя предусмотрена для нагрева топливовоздушной смеси, когда двигатель 1 запускается.

Фаза Р3 последующего нагрева, следующая после запуска двигателя 1, предусмотрена для нагрева топливовоздушной смеси вставками 2 предварительного нагрева после запуска двигателя 1.

Фаза Р4 остановки нагрева предусмотрена для остановки нагрева топливовоздушной смеси вставками 2 предварительного нагрева.

Далее фаза Р5 дополнительного нагрева предусмотрена для нагрева топливовоздушной смеси при необходимости, когда двигатель 1 находится в установившемся режиме работы. Это может быть необходимо, например, при въезде на возвышенность, где сниженное атмосферное давление (меньше воздуха) влияет на производительность двигателя (ухудшенное горение).

Когда система находится в фазе Р0, и генератор 3 переменного тока запитан, например, поворотом ключа замка зажигания, выбирается фаза Р1 предварительного нагрева перед запуском двигателя.

Фаза Р1 предварительного нагрева перед запуском двигателя 1 содержит этап M11 ожидания нагрева, этап M12 быстрого предварительного нагрева, этап М13 быстрого предварительного нагрева, M14 поддержания нагрева и этап M15 прекращения поддержания нагрева.

В зависимости от состояния двигателя 1 и желательной температуры топливовоздушной смеси, выдаваемой вставками 2 предварительного нагрева, возможно множество переходов между этапами фазы Р1 предварительного нагрева перед запуском двигателя 1.

На этапе M11 ожидания нагрева амплитуда импульса питания на вставках равна нулю. Иными словами, амплитуда импульса, запитывающего вставку 2 предварительного нагрева, выраженная как процент от максимальной амплитуды PWM_MAX импульса питания, равна:

PWM_ОЖИДАНИЕ_НАГРЕВА=0%.

Этап M12 быстрого предварительного нагрева дает возможность с точки зрения потребления электроэнергии запитывать вставки 2 предварительного нагрева амплитудой PWM_PRE_BOOST, которая гораздо меньше, чем 100%, в течение отрезка времени TIME_PRE_BOOST.

Кроме того, возможно ограничить амплитуду PWM, если напряжение U_bat аккумулятора слишком велико, т.е. больше, чем пороговое напряжение U_s.

Таким образом, если U_bat больше, чем U_s, применимо следующее уравнение:

Отрезок TIME_PRE_BOOST времени этапа M12 быстрого предварительного нагрева зависит от длительностей предшествующих импульсов и длительностей, разделяющих следующие друг за другом предшествующие импульсы, от температуры T_fc охладителя, регулирующего температуру двигателя 1, от температуры T_air свежего всасываемого в двигатель 1 воздуха, от доступного напряжения U_bat, подаваемого аккумулятором 4, и от атмосферного давления P_atm.

Этап М13 быстрого предварительного нагрева воплощается посредством импульса источника питания с амплитудой, равной максимальной амплитуде PWM_MAX, или, иными словами, выраженной как процент от максимальной амплитуды PWM_MAX, амплитуды PWM_BOOST=100% за отрезок TIME_BOOST времени.

Кроме того, если напряжение U_bat, подаваемое аккумулятором, больше, чем пороговое напряжение U_s, можно ограничить амплитуду PWM, питающую вставки 2.

Этап M14 поддержания нагрева предусмотрен для поддержания желательной температуры T_{piug_des}, достигнутой в конце завершенного этапа М13 быстрого предварительного нагрева.

Желательная температура T_{piug_des} поддерживается в течение отрезка HEATING_MAINTENANCE_TIME времени, который зависит от температуры T_fc охладителя, от желательной температуры T_{plug_des}, от атмосферного давления P_atm и от температуры T_air свежего всасываемого воздуха.

Амплитуда PWM_HEATING_MAINTENANCE зависит от напряжения U_bat, подаваемого аккумулятором 4, и от подлежащей поддержанию желательной температуры T_{plug_des}. Эта температура зависит от температуры Т_fc охладителя, от атмосферного давления P_atm и от температуры T_air свежего всасываемого воздуха.

Если запуск не активируется, когда истекает заранее заданный максимальный отрезок MAX_HEATING__MAINTENANCE_TIME, нагрев останавливается для защиты вставок 2 предварительного нагрева.

Этап M15 остановки поддержания нагрева соответствует отключению нагрева непосредственно перед реальным началом фазы Р2 нагрева во время запуска двигателя 1. В этом случае амплитуда PWM_HEATING_MAINTENANCE_STOP=0% (отсечка нагрева).

В фазе Р2 нагрева при запуске двигателя 1 амплитуда PWM_HEATING_START зависит от напряжения U_bat, подаваемого аккумулятором 4, и от желательной температуры T_{plug_des}. Желательная температура запуска зависит от температуры T_fc охладителя, от атмосферного давления P_atm и от температуры T_air свежего всасываемого воздуха.

Фаза Р3 последующего нагрева, следующая за запуском двигателя 1, содержит этап М31 последующего нагрева, содержащий два этапа М31_а и M31_b - первый этап последующего нагрева и второй этап последующего нагрева - и этап М32 остановки последующего нагрева.

Во время этапа М31, с точки зрения надежности вставки 2 предварительного нагрева последнюю нельзя удерживать при высокой температуре слишком длительное время.

Например, хотя вставка 2 может поддерживаться при температуре 1000°С в течение трех минут предварительного нагрева, она может быть неспособна выдержать 1100°С более чем всего 15 секунд.

Поэтому используются два подэтапа М31_а и M31_b: первый подэтап М31а последующего нагрева с длительностью температуры, которую можно регулировать согласно начальным условиям двигателя, т.е. перед запуском; и второй подэтап M31_b предварительного нагрева с длительностью температуры, которые являются переменными в зависимости от рабочих условий двигателя 1.

Поэтому имеется две желательные температуры последующего нагрева; POST_HEATING_TEMPERATURE_1 и POST_HEATING_TEMPERATURE_2, которые имеют две соответствующие управляющие амплитуды PWM_POST_ HEATING_1 и PWM_POST_ HEATING _2.

Температура POST_HEATING_TEMPERATURE_1 зависит от температуры T_fc охладителя, от температуры, полученной в конце этапа М13 быстрого предварительного нагрева, от атмосферного давления P_atm и от температуры T_air свежего всасываемого воздуха.

Температура POST_HEATING_TEMPERATURE_2 зависит от температуры T_fc охладителя, от температуры POST_HEATING_TEMPERATURE_1, от атмосферного давления P_atm, от температуры T_air свежего всасываемого воздуха, от скорости V_mot вращения двигателя и от вращающего момента C_mot двигателя.

Амплитуды PWM управляющих импульсов, PWM_POST_HEATING_1 и PWM_POST_HEATING_2, зависят от напряжения U_bat, подаваемого аккумулятором 4, и от соответствующих температур POST_HEATING_TEMPERATURE_1 и POST_HEATING_TEMPERATURE_2 последующего нагрева.

Этап М32 остановки последующего нагрева соответствует отсечке нагрева, выдаваемого вставками 2 предварительного нагрева, амплитуда управляющих импульсов равна 0 или, иными словами, выраженная в процентах от максимальной амплитуды PWM_MAX, PWM_POST_HEATING_STOP=0%.

Фаза Р4 остановки нагрева соответствует нулевой управляющей амплитуде или, иными словами, выраженная в процентах от максимальной амплитуды, PWM_HEATING_STOP=0%.

Фаза Р5 дополнительного нагрева содержит этап М51 промежуточного нагрева и этап М52 остановки промежуточного нагрева.

Во время этапа М51 промежуточного нагрева прибегают к помощи вставок 2 предварительного нагрева, например, когда горение ухудшается, потому что двигатель въезжает на возвышение, либо при любой конкретной необходимости нагрева в камере сгорания двигателя. Температура промежуточного нагрева, которую должны обеспечивать вставки 2 предварительного нагрева, зависит от температуры T_fc охладителя, от атмосферного давления Р_atm, от температуры T_air свежего всасываемого воздуха, от скорости V_mot вращения двигателя 1 и от вращающего момента C_mot двигателя. Амплитуда PWM_INTERMEDIATE_HEATING зависит от напряжения U_bat, подаваемого аккумулятором 4, и от желательной температуры T_{plug_des} промежуточного нагрева.

Этап М52 остановки промежуточного нагрева соответствует отсечке нагрева вставок 2 предварительного нагрева, с амплитудой импульсов, выраженной как проценты от максимальной амплитуды, PWM_INTERMEDIATE_HEATING=0%.

Последовательность этих различных этапов и фаз определяется переходами, которые зависят от разных условий.

Для управления переходами t_i используются счетчики времени. Эти счетчики времени определяются следующим образом.

Счетчики времени можно воплощать программно или с помощью специальных электронных схем.

Показание счетчика COUNTER _POWER_LATCH времени устанавливается на нуль на каждом вхождении в фазу Р0, когда питание напряжения на генератор 3 переменного тока отключено, например, прерывателем.

Показание счетчика COUNTER_HEATING_MAINTENANCE времени устанавливается на нуль на каждом вхождении по переходам t₂ или t₀₂ в этап M14 поддержания нагрева.

Показание счетчика COUNTER_HEATING_MAINTENANCE_STOP времени устанавливается на нуль на каждом вхождении в этап M15 остановки поддержания нагрева по переходам t₀₃ или t₃ и на каждом выходе из фазы Р1 предварительного нагрева по переходу t₄.

Показание счетчика COUNTER_POST_HEATING времени устанавливается на нуль на каждом вхождении в этап М31 остановки последующего нагрева по переходу t₆.

Показание счетчика COUNTER_POST_HEATING_1 времени устанавливается на нуль на каждом вхождении в первый подэтап М31_а последующего нагрева по переходу t₆.

Показание счетчика COUNTER_POST_HEATING_2 времени устанавливается на нуль на каждом вхождении во второй подэтап M31_b последующего нагрева по переходу t₆ и на каждом возвращении ко второму подэтапу M31_b последующего нагрева по переходу t₁₀.

Показание счетчика COUNTER_BOOST охватывает этапы M12 предварительного нагрева и М13 быстрого предварительного нагрева. Его приращение начинается с этапа M12 предварительного нагрева и продолжается на этапе М13 быстрого предварительного нагрева. Счет или отсчет времени заканчивается при выходе из этапа М13 быстрого предварительного нагрева.

Счетчик COUNTER_BOOST всегда перезапускается от последнего значения, сохраняющегося в памяти, пока его не установят на нуль. Показание счетчика COUNTER_BOOST устанавливается на нуль каждый раз, когда сумма временных отсчетов COUNTER_POWER_LATCH+COUNTER_HEATING_MAINTENANCE_STOP превышает временной порог t_{thresh_ref}, необходимый для охлаждения вставки, обычно от 1 до 4 минут.

Показание счетчика COUNTER_INTERMEDIATE_HEATING времени устанавливается на нуль на каждом вхождении в этап М51 промежуточного нагрева по переходу t₁₄.

Показание счетчика COUNTER_INTERMEDIATE_HEATING_STOP времени устанавливается на нуль на каждом вхождении в этап М52 остановки промежуточного нагрева по переходу t₁₅.

Что касается перехода t₀₀ между этапом М11 ожидания нагрева и этапом M12 быстрого предварительного нагрева, то имеется сумма TIME_PRE_BOOST+TIME_BOOST, которая представляет собой первую функцию F1 температуры T_fc охладителя, атмосферного давления Р_atm температуры T_air свежего всасываемого воздуха и напряжения U_bat аккумулятора.

Далее показание счетчика TIME_PRE_BOOST времени представляет собой вторую функцию F2 температуры T_fc охладителя, атмосферного давления P_atm, температуры T_air свежего всасываемого воздуха и напряжения U_bat аккумулятора 4, а показание счетчика TIME_BOOST времени представляет собой третью функцию F3 температуры T_fc охладителя, атмосферного давления P_atm, температуры T_air свежего всасываемого воздуха и напряжения U_bat аккумулятора 4.

Когда F₁ (T_fc; P_atm; T_air; U_bat) является строго положительной, а сумма COUNTER_POWER_LATCH+COUNTER_HEATING_MAINTENANCE_STOP больше, чем временной порог t_{thresh_ref}, переход t₀₀ истинен или, иными словами, осуществляется переход t₀₀.

Далее, когда F₁ (T_fc; P_atm; T_air; U_bat) является строго положительной, когда сумма COUNTER_POWER_LATCH+COUNTER_HEATING_MAINTENANCE_STOP меньше, чем временной порог t_{thresh_ref}, и когда COUNTER_BOOST меньше, чем TIME_PRE_BOOST, переход t₀₀ истинен или, иными словами, осуществляется переход t₀₀.

Что касается перехода t₀₁, то когда F₁ (T_fc; P_atm; T_air; U_bat) является строго положительной, когда сумма COUNTER_POWER_LATCH+COUNTER_HEATING_MAINTENANCE_STOP меньше, чем временной порог t_{thresh_ref}, и когда TIME_PRE_BOOST меньше, чем COUNTER _BOOST, который меньше, чем TIME_PRE_BOOST+TIME_BOOST, переход t₀₁ истинен или, иными словами, осуществляется переход t₀₁.

Для перехода t₀₂, если F₁ (T_fc; P_atm; T_air; U_bat) является строго положительной, когда t_{thresh_-min} меньше, чем сумма COUNTER_POWER_LATCH+COUNTER_HEATING_MAINTENANCE_STOP, меньше, чем t_{thresh_ref}, a COUNTER_BOOST больше, чем сумма TIME_BOOST+TIME_PRE_BOOST, осуществляется переход t₀₂.

Минимальная пороговая задержка t_{thresh_min} соответствует минимальной задержке ожидания от конца этапа М13 быстрого предварительного нагрева, чтобы была возможность перезапуска этапа М13 быстрого предварительного нагрева или этапа M12 быстрого предварительного нагрева.

Переход t₀₃ осуществляется, когда температура T_fc охладителя, атмосферное давление P_atm и температура T_air всасываемого воздуха таковы, что фаза Р1 предварительного нагрева не нужна.

Когда F₁ (T_fc; P_atm; T_air, U_bat) равна нулю, или если сумма COUNTER_POWER_LATCH+COUNTER_HEATING_MAINTENANCE_STOP меньше, чем t_{thresh_min}, a COUNTER_BOOST больше, чем сумма TIME _BOOST+TIME_PRE_BOOST, осуществляется переход t₀₃.

Переход t₁ представляет собой переход от этапа M12 быстрого предварительного нагрева к этапу М13 быстрого предварительного нагрева.

Если COUNTER_BOOST больше, чем TIME_BOOST, то осуществляется переход t₁ и начинается этап М13 быстрого предварительного нагрева.

Переход t₃ представляет собой проход от этапа М13 предварительного нагрева к этапу M14 поддержания нагрева.

Когда COUNTER_BQOST больше, чем сумма TIME_PRE_BOOST+TIME_BOOST, осуществляется переход t₂ и заканчивается этап М13 быстрого предварительного нагрева.

Переход t₃ представляет остановку нагрева, чтобы сохранить состояние вставок 2 предварительного нагрева, если запуск не начался после максимального отрезка TIME_HEATING_MAINTENANCE_MAX времени.

Если COUNTER_HEATING_MAINTENANCE больше, чем TIME_HEATING_MAINTENANCE_MAX, осуществляется переход t₃ и поддержание нагрева останавливается.

Что касается перехода f₄, то если двигатель находится в фазе запуска и температура двигателя 1 меньше, чем максимальная пороговая температура T_{thresh_max}, или если температура двигателя 1 меньше, чем максимальная пороговая температура T_{thresh_max}, и скорость V_mot вращения двигателя 1 больше, чем минимальная пороговая скорость TV_{thresh_min}, осуществляется переход t₄ и выполняется фаза Р2 нагрева во время запуска двигателя 1.

Переход t₅ осуществляется, когда во время фазы Р2 нагрева при запуске двигателя 1 этот двигатель 1 глохнет, и выполняется этап M15 остановки поддержания нагрева.

Переход t₆ осуществляется, когда двигатель 1 считается автономным после запуска, и затем активируется фаза Р3 последующего нагревания.

Переход t₇ осуществляется в конце первого подэтапа М31_а последующего нагрева.

Длительность TIME_POST_HEATING_1 первого подэтапа М31_а последующего нагрева является функцией F₄ от температуры T_fc охладителя, атмосферного давления Р_atm, и температуры T_air свежего всасываемого воздуха, желательных в конце этапа М13 быстрого предварительного нагрева.

Если COUNTER_POST_HEATING_1 больше, чем F₄ (T_ge; P_atm; T_air; T_boost), осуществляется переход t₇, первый этап М31_а последующего нагрева останавливается, чтобы перейти ко второму этапу M31_b последующего нагрева.

Переход t₈ представляет собой остановку этапа М31 последующего нагревания либо вследствие того, что истекла длительность TIME_POST_HEATING_2 второго подэтапа M31_b последующего нагрева, либо вследствие того, что скорость V_rot вращения и вращающий момент C_mot двигателя слишком высоки.

Длительность TIME_POST_HEATING_2 второго подэтапа M31_b последующего нагрева является функцией F₅ от температуры T_fc охладителя, атмосферного давления P_atm, температуры T_air свежего всасываемого воздуха и от температуры, которую предполагается достичь в конце первого подэтапа М31_а последующего нагрева.

Если COUNTER_POST_HEATING_2 больше, чем TIME_POST_HEATING_2 (при TIME_POST_HEATING_2=F5 (T_ge; P_atm; T_air; TEMPERATURE_POST_HEATING_1)), или если скорость V_mot вращения двигателя 1 больше, чем максимальная скорость V_max вращения, и(или) вращающий момент C_mot двигателя больше, чем максимальный вращающий момент C_max двигателя, или если двигатель заглох, то осуществляется переход t₈ и последующий нагрев останавливается.

Переход t₉ используется для повторной активации первого подэтапа М31_а последующего нагрева, пока длительность TIME_POST_HEATING_1 не истекла.

Если COUNTER_POST_HEATING_1 меньше, чем TIME_POST_HEATING_1 и скорость V_mot вращения двигателя 1 меньше, чем минимальная скорость V_min вращения, и (или) вращающий момент C_mot двигателя меньше, чем минимальный вращающий момент C_min двигателя, то осуществляется переход t₉ и повторно активируется первый подэтап М31_а последующего нагрева.

Переход t₁₀ используется для повторной активации второго подэтапа M31_b последующего нагрева, пока максимальная длительность DURATION_MAX__POST_HEATING_1 последующего нагрева не истекла.

Если COUNTER_POST_HEATING меньше, чем DURATION_MAX_POST_HEATING, скорость V_mot вращения двигателя 1 меньше, чем минимальная скорость V_min вращения, и (или) вращающий момент C_mot двигателя меньше, чем минимальный вращающий момент C_min двигателя, то осуществляется переход t₁₀ и повторно активируется второй подэтап M31_b последующего нагрева.

Переход t₁₁ обеспечивает путь пропускания этапа М31 последующего нагрева, если температура двигателя 1 или температура топливовоздушной смеси в двигателе 1 достаточно высока.

Если температура топливовоздушной смеси больше, чем минимальная пороговая температура T_{thresh_min} и двигатель не заглох, осуществляется переход t₁₁ и активируется второй этап М32 остановки последующего нагрева.

Переход t₁₂ осуществляется, если генератор переменного тока запитан (например, сцеплением контактов через прерыватель) и двигатель заглох.

Когда осуществляется переход t₁₂, повторно активируется этап M15 остановки поддержания нагрева.

Переход t₁₃ используется, чтобы окончательно остановить фазу Р3 последующего нагрева.

Если COUNTER POST HEATING больше, чем DURATION_MAX_POST_HEATING, осуществляется переход t₁₃ и фаза Р3 последующего нагрева окончательно останавливается. Активируется фаза Р4 остановки нагрева.

Переход t₁₄ осуществляется, если температура воды двигателя меньше, чем минимальная пороговая температура T_{thresh_min}, вращающий момент C_mot двигателя меньше, чем минимальный вращающий момент C_min двигателя, и атмосферное давление P_atm меньше, чем минимальное атмосферное давление P_min, а напряжение U_bat, подаваемое аккумулятором 4, меньше, чем минимальное пороговое напряжение U_min.

Переход t₁₄ может также осуществляться по запросу помощи к генератору переменного тока в ответ на конкретную необходимость в тепле в камере сгорания двигателя.

Затем активируется этап М51 промежуточного нагрева.

Переход t₁₅ используется для остановки промежуточного нагрева при выходе за длительность TIME_INTERMEDIATE_HEATING, зависящую от рабочих условий двигателя 1.

Когда COUNTER_INTERMEDIATE_HEATING больше, чем TIME_INTERMEDIATE_HEATING, осуществляется переход t₁₅ и активируется этап М52 промежуточного нагрева.

Переход t₁₆ осуществляется, если температура топливовоздушной смеси больше, чем минимальная пороговая температура T_{thresh_min}, или если вращающий момент C_mot двигателя больше, чем минимальный вращающий момент C_min двигателя, или если атмосферное давление P_atm больше, чем минимальное пороговое давление P_min, или если показание счетчика COUNTER_INTERMEDIATE_HEATING_STOP времени больше, чем минимальный порог DURATION_INTERMEDIATE_HEATING_MIN.

Затем нагрев останавливается.

Фиг.3 иллюстрирует пример работы согласно одному объекту изобретения.

В момент i₁ этап M12 быстрого предварительного нагрева начинается с подачи на вставки питания с амплитудой PWM_PRE_BOOST % от максимальной амплитуды PWM_MAX и длительностью TIME_PRE_BOOST. В конце этого этапа температура вставок 2 или топливовоздушной смеси возрастает до T_{pre_boost}.

В момент i₂=i₁+TIME_PRE_BOOST активируется этап М13 быстрого предварительного нагрева, с подачей на вставки 2 максимальной амплитуды PWM_MAX в течение отрезка TIME_BOOST времени. Температура топливовоздушной смеси двигателя сильно возрастает во время этапа М13 быстрого предварительного нагрева, чтобы достичь T_boost.

В момент i₃=i₂+TIME_BOOST активируется этап М14 поддержания нагрева, чтобы поддерживать температуру вставок 2 или топливовоздушной смеси при температуре T_boost. Для этого амплитуда питания, подаваемого на вставки 2 предварительного нагрева, составляет PWM_HEATING_MAINTENANCE % от PWM_MAX до момента i₄, в который начинается фаза Р2 запуска двигателя 1.

В течение фазы Р2 запуска двигателя амплитуда питания вставок составляет PWM_HEATING_START % от PWM_MAX до момента i₅, отмечающего начало первого этапа М31_а последующего нагрева, который следует за запуском двигателя 1.

Таким образом, до момента i₇, отмечающего конец первого этапа М31_а последующего нагрева, источник питания вставок имеет амплитуду, равную PWM_POST_HEATING1_A % от PWM_MAX.

От момента i₆ до момента i₇ активируется второй этап M31_b последующего нагрева с питанием амплитудой PWM_POST_HEATING2 % от PWM_MAX.

Наконец, от момента i₇ до момента i₈ повторно активируется первый этап М31_а последующего нагрева с амплитудой питания на вставки 2 предварительного нагрева, равной PWM_POST_HEATING1_B % от PWM_MAX.

Таким образом, температура топливовоздушной смеси быстро поднимается до уровня, позволяющего двигателю 1 запуститься и позволяющего поддерживать такую температуру после запуска двигателя 1.

Одна трудность состоит в калибровке длительности этапа М13 быстрого предварительного нагрева при учете производственных разбросов вставок 2 предварительного нагрева.

Как иллюстрируется на фиг.4 и 5, производственные разбросы (plug min/plug max) могут быть значительными, если температура, требуемая в конце этапа М13 быстрого предварительного нагрева, больше, чем пороговая температура T_s.

На практике производственный разброс между вставкой 2, нагревающей максимально (plug max) и вставкой 2, нагревающей минимально (plug min), не оказывает влияния ниже пороговой температуры T_s.

Если желательная температура в конце этапа М13 быстрого предварительного нагрева больше, чем T_s (фиг.4), длительность TIME_BOOST этапа М13 быстрого предварительного нагрева определяется из картографии, содержащей в качестве входных параметров температуру T_fc охладителя, атмосферное давление P_atm, температуру T_air впускного воздуха и напряжение U_bat, подаваемое аккумулятором 4.

Если температура, желательная в конце этапа М13 быстрого предварительного нагрева, меньше, чем T_s (фиг.5), длительность TIME_BOOST этапа М13 быстрого предварительного нагрева определяется уравнением:

в котором TIME_BOOST - длительность этапа М13 быстрого предварительного нагрева,

U_bat - напряжение, подаваемое аккумулятором,

TIME_REF - эталонная длительность до достижения желательной температуры вставки при эталонном напряжении от аккумулятора 4 и при температуре окружающей среды 20°С,

U_{bat_ref} - эталонное напряжение аккумулятора.

Далее, возможно выполнять коррекцию амплитуды PWM источника питания на вставки 2.

Фиг.4 иллюстрирует характеристики производственного разброса вставок 2. Видно, что желательную температуру в конце этапа М13 быстрого предварительного нагрева нельзя гарантировать со вставками plug min, обеспечивающими минимальную температуру в температурном диапазоне вследствие производственного разброса. Далее, имеется большой риск плохого запуска или незапуска.

Чтобы преодолеть этот риск плохого запуска или незапуска, амплитуду PWM источника напряжения, подаваемого на вставки, постепенно увеличивают, если обнаруживается плохой запуск или незапуск.

Когда двигатель входит в фазу запуска, предполагается, что вставки 2 запитываются в установившихся состояниях с амплитудой PWM питания меньше, чем 100% (как иллюстрируется на фиг.6).

В этом случае любое контролируемое увеличение амплитуды PWM источника питания или напряжения, подаваемого на вставки 2 (будь то минимальные или максимальные), не приведет к ненормальному перегреву.

Следовательно, если в фазе запуска (этап 20) скорость V_mot вращения двигателя 1 не достигает минимальной скорости V_min за заданное время td_min (этап 21), амплитуду PWM корректируют, как поясняется на фиг.7, чтобы постепенно увеличить температуру вставки.

Подается заранее заданная коррекция р, выраженная как процент, зависящая от текущего значения амплитуды PWM (этап 22).

Происходит коррекция X_i, определяемая уравнением X_i+1=X_i+p (этап 23), чтобы скорректировать заранее заданные амплитуды PWM умножением на коэффициент 1+X_i+1 (этап 25).

Кроме того, X_i не может превосходить заранее заданное максимальное значение X_max (этапы 24 и 26), чтобы гарантировать защиту вставок 2.

Последняя коррекция X_i, применяемая к амплитуде PWM источника питания перед тем как двигатель 1 опознается как автономный, сохраняется в памяти (этапы 27). Она непосредственно используется на следующей итерации (этап 29).

Адаптация заканчивается, когда двигатель 1 становится автономным (этап 28), потому что этот процесс касается только амплитуды PWM при запуске.

Таким образом, этот обучающий процесс дает возможность гарантировать запуск с минимальными вставками (plug min), представляющими температуру T_boost конца быстрого предварительного нагрева, которая много ниже, чем полученная с номинальными вставками.

Кроме того, как представлено на фиг.6, время TIME_BOOST быстрого предварительного нагрева можно регулировать на максимальной вставке (plug max), чтобы дать возможность ограничить подъем температуры или перегрев максимальных вставок, когда применяется этот способ. При необходимости обучающий процесс можно выполнять по нескольким запускам.

Возможно также предусматривать выполнение коррекций, зависящих от рабочих параметров двигателя 1.

Далее, возможно учитывать ухудшение вставок 2 предварительного нагрева и их рабочие изменения во времени (фиг.8).

Старение вставок предварительного нагрева может сильно влиять на работу двигателя 1 (плохой запуск, неустойчивости при замедлении, не удовлетворяются требования горения на высоте, и т.д.).

Таким образом, для преодоления недостатков различных типов амплитуду PWM, подаваемую на вставки 2 во времени, приспосабливают к изменениям в поведении вставок 2.

Скорость V_mot вращения двигателя анализируется в рабочих состояниях двигателя 1 при замедлении (этапы 30 и 31). Анализ можно осуществлять при последующем нагревании или при промежуточном нагревании. В этом отношении условие перехода к промежуточному нагреванию может быть обучающим запросом.

Существенно проверять отсутствие отказов и неактиваций стратегий, которые могут нарушать необходимые измерения (этапы 32, 33 и 34).

Скорость V_mot вращения двигателя выдается датчиком скорости вращения двигателя 1. Скорость V_mot можно оценивать в среднем по одному или нескольким циклам двух вращений двигателя, когда удовлетворяются требуемые рабочие условия двигателя 1 (этап 35).

Эталонная средняя скорость V_ref устанавливается, например, когда двигатель новый. Амплитуду PWM корректируют, когда разность ΔV между измеренной средней скоростью V_avg и эталонной скоростью V_ref превышает минимальный порог ΔV_min. Приспособление осуществляется, пока удовлетворяются требуемые условия и пока разность по абсолютной величине остается больше, чем заранее заданный порог ΔV_min (этап 36 и 37).

Если разность положительна (этап 38), делается попытка увеличить амплитуду PWM (этапы 39 и 40).

Если же, однако, разность отрицательна (этап 38), делается попытка снизить амплитуду PWM (этапы 41 и 40).

Применяется заранее заданная коррекция р, выраженная как процент, зависящая от текущего значения амплитуды PWM. Из этого следует, что коррекция X_i, которая такова, что X_i+1=X_i+p, когда делается попытка увеличить амплитуды PWM (этапы 39 и 40), и такова, что X_i+1=X_i+р, когда делается попытка снизить амплитуды PWM (этапы 41 и 40).

Кроме того, X_i не может превосходить заранее заданную максимальную величину X_max (этапы 42 и 43), чтобы гарантировать защиту вставок 2 предварительного нагрева.

Последняя коррекция X_i, приложенная к амплитуде PWM, сохраняется в памяти. На следующей итерации корректирующий коэффициент F_COR=1+X_i, применяется к заранее заданным амплитудам PWM при нагреве вставок 2 (этап 44).

Как вариант управление управляемой амплитудой напряжения источника питания, подаваемого на вставки, можно приспосабливать автоматически с помощью ПИ (пропорционально-интегрального) корректора или регулятора.

Для этого индикация, представляющая температуру вставок 2 или топливовоздушной смеси должна возвращаться в электронный блок 6 управления.

Либо вставки 2 и (или) управляющий модуль 5 снабжены устройством, которое позволяет непосредственно измерять температуру вставок, либо управляющий модуль 5 снабжен устройством, позволяющим измерять или оценивать напряжение U и ток I, потребляемый нагревающим элементом вставки.

Отношение U/I можно использовать для выведения мгновенного сопротивления нагревательного элемента, и это значение мгновенного сопротивления имеет соответствующее температурное значение вставки или топливовоздушной смеси.

Нахождение установленной температуры для каждого этапа или фазы нагревания вместо управляемой амплитуды PWM заранее определено согласно рабочим условиям двигателя (температура T_fc охладителя, температура T_air впускного воздуха, атмосферное давление P_atm, напряжение U_bat, подаваемое аккумулятором, скорость V_mot вращения двигателя и вращающий момент C_mot двигателя).

Она постоянно или рекуррентно сравнивается с индикацией, представляющей температуру вставки, возвращаемую в электронный блок 6 управления. В зависимости от разности ДТ температур между установленной температурой, представляющей реальную температуру, ПИ регулятор автоматически регулирует управляемую амплитуду PWM для поддержания температуры вставки 2 примерно равной установленной температуре.

Далее из этого следует более хорошее управление фазами быстрого предварительного нагрева, потому что при этой автоматической коррекции PWM в соответствии с температурой вставки, даже если время охлаждения недостаточно, количество энергии, передаваемой на новой фазе быстрого предварительного нагрева, всегда соответствующее. Таким образом, защита вставки и запуск двигателя гарантируются одновременно.

Регулировки ПИ регулятора выполняются посредством традиционных моделей, известных специалистам.

Реферат

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для предварительного нагрева топливовоздушной смеси дизельного двигателя. Техническим результатом является улучшение способа и системы управления предварительного нагрева топливовоздушной смеси. В способе и системе управления запитываемой низковольтным напряжением вставкой (2) для предварительного нагрева топливовоздушной смеси дизельного двигателя (1) вставка (2) питается импульсами с заданными амплитудой и длительностью, причем амплитуда меньше, чем максимальная амплитуда (PWMJMAX). Амплитуда и длительность импульсов напряжения, питающих упомянутую вставку (2), управляются в соответствии с первыми параметрами, включающими в себя длительности предшествующих импульсов и длительности, разделяющие следующие друг за другом предшествующие импульсы. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула