Устройство для обнаружения ошибок в приспособлении для обнаружения детонационных стуков

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для обнаружения ошибок в приспособлении для обнаружения детонационных стуков в двигателях внутреннего сгорания. Технический результат заключается в том, что процесс обнаружения детонационных стуков осуществляется параллельно и непрерывно с процессом обнаружения ошибок в приспособлении для обнаружения детонационных стуков. Для этого выходные сигналы датчиков сравниваются с зависящим от частоты вращения и возрастающим с увеличением щупа нормированным эталонным уровнем, в зависимости от результата сравнения обнаруживаются детонационные стуки и при обнаруженном детонационной сгорании вводятся антидетонационные меры, чтобы при неправильной работе датчика детонационного сгорания или соответствующей схемы обработки данных двигатель внутреннего сгорания по ошибке оказался в недопустимых рабочих состояниях, постоянно осуществляется обнаружение ошибок, при котором проверяется, находится ли нормированный эталонный уровень в пределах образованного в зависимости от частоты вращения допустимого диапазона, причем этим диапазоном является или допустимая нормированная полоса эталонного уровня, или диапазон между зависящей от частоты вращения верхней граничной величиной (UGO) и зависящей от частоты вращения нижней граничной величиной (UGU), если этот нормированный эталонный уровень опорного сигнала покидает этот диапазон на заранее задаваемое время, ошибка обнаруживается и вводятся меры безопасности, которые действуют до тех пор, пока эталонный уровень вновь не будет находиться в пределах допустимого диапазона. 8 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение исходит из устройства для обнаружения ошибок в соответствии с ограничительной частью формулы изобретения.

Известно, что в двигателях внутреннего сгорания с регулированием детонационного сгорания необходимо контролировать работоспособность датчика детонационного сгорания, который позволяет обнаруживать детонационные стуки. В противном случае существует опасность того, что при выходе из строя датчика детонационного сгорания или компонентов соответствующей схемы обработки данных детонационное сгорание не обнаруживается и рабочая точка двигателя внутреннего сгорания ошибочно смещается в детонационную область, что может привести к повреждению самого двигателя внутреннего сгорания.

Поэтому в патенте ФРГ N 3128475 предлагается испытательное устройство для устройства регулирования детонационного сгорания в двигателе внутреннего сгорания, в котором контролируется надлежащая работоспособность датчика детонационного сгорания с дополнительно включенной схемой обработки данных, которая при появлении детонационных стуков вызывает смещение угла опережения зажигания.

В известном устройстве обнаружение детонационных стуков осуществляется во время фазы измерения. Для этого известным образом выходной сигнал датчика детонационного сгорания сравнивается с согласуемой опорной величиной. Из результата сравнения распознается детонационное сгорание. Во время фазы испытания выходной сигнал сравнивается с другой более низкой опорной величиной. Затем из этого результата сравнения обнаруживаются неполадки в работе, если выходной сигнал не превышает опорный сигнал.

Известное испытательное устройство для устройства регулирования детонационного сгорания в двигателе внутреннего сгорания имеет недостаток, заключающийся в том, что необходимы фазы измерения и испытания и в фазе измерения невозможен контроль, в то время как в фазе испытания нельзя осуществлять обнаружение детонационных стуков.

Устройство в соответствии с изобретением для обнаружения ошибок в приспособлении для обнаружения детонационных стуков в двигателе внутреннего сгорания имеет по сравнению с известным устройством преимущество, заключающееся в том, что обнаружение детонационных стуков и обнаружение ошибок могут протекать параллельно без прерывания, так что появление детонационного сгорания может быть обнаружено в любой момент времени и также непрерывно может осуществляться обнаружение ошибок.

Эти преимущества достигаются благодаря тому, что эталонный уровень, при превышении которого обнаруживается детонационное сгорание, вначале нормируется таким образом, что он увеличивается с возрастающим шумом двигателя. При этом эталонный уровень с одной стороны используется для обнаружения детонационных стуков и с другой стороны осуществляется сравнение, находится ли нормированный эталонный уровень в пределах допустимой полосы эталонного уровня. Допустимая полоса эталонного уровня устанавливается надлежащим образом, в частности, в зависимости от частоты вращения. Ошибка обнаруживается тогда, когда нормированный эталонный уровень покидает допустимую полосу эталонного уровня. При этом предпочтительным образом обнаружение ошибок осуществляется только тогда, когда нормированный эталонный уровень не только покидает допустимый для нормированного эталонного уровня диапазон, но и еще превышает зависящую от частоты вращения верхнюю предельную величину или не достигает также зависящей от частоты вращения нижней предельной величины.

Другие преимущества изобретения достигаются с помощью указанных в дополнительных пунктах формулы изобретения мер. При этом предпочтительным образом с целью повышения надежности обнаружения ошибок ошибка обнаруживается лишь тогда, когда нормированный эталонный уровень для определенного выбираемого времени находится за пределами допустимой полосы эталонного уровня.

Особенно предпочтительно то, что после обнаружения ошибки автоматически вводятся меры безопасности, которые обеспечивают то, что двигатель внутреннего сгорания постоянно эксплуатируется в безопасной зоне. Для этого, например, после обнаружения ошибки осуществляется регулирование угла опережения зажигания, которое сохраняется по меньшей мере до тех пор, пока не будет обнаружено, что устройство для обнаружения ошибок вновь функционирует правильно.

Чтобы введенные после обнаружения ошибки меры безопасности были завершены не слишком рано, в другом предпочтительном варианте выполнения изобретения прекращение мер безопасности вводится лишь тогда, когда фактический эталонный уровень в течение заранее задаваемого времени вновь остается в пределах полосы эталонного уровня.

Сущность изобретения поясняется ниже, чертежами, на которых показано: на фиг. 1 - схемное выполнение примера выполнения; на фиг. 2 - связь между эталонным уровнем и частотой вращения; на фиг. 3 - блок-схема, которая наглядно показывает образ действий при обнаружении ошибок.

В представленном на фиг. 1 примере выполнения устройство для обнаружения детонационных стуков в двигателе внутреннего сгорания представлено с двумя датчиками 10, 11 детонационного сгорания. Эти датчики 10, 11 детонационного сгорания соединены с помощью схемы обработки данных 12 с входом Е1 микровычислительной машины 13, которая является составной частью не представленного более детально устройства управления.

В микровычислительную машину 13 через вход Е2 могут подаваться другие сигналы, которые, например, характеризуют рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания. Таким сигналом может быть частота вращения n двигателя внутреннего сгорания, которая измеряется с помощью датчика. Микровычислительная машина 13 регулирует в зависимости от сигналов схемы 12 обработки данных, а также от других сигналов, которые подаются на вход Е2, конечную ступень зажигания 14 двигателя внутреннего сгорания и/или при необходимости другие устройства двигателя внутреннего сгорания, например, путем выдачи соответствующих сигналов на выходе А.

Микровычислительная машина 13 может быть выполнена также как схема дискретного действия, точно так же могут быть объединены схема 12 обработки данных, а также микровычислительная машина 13 в единственное вычислительное устройство, ее функция может быть реализована с помощью устройства управления двигателя внутреннего сгорания.

Вместо или альтернативно для воздействия на момент зажигания в качестве меры смещения рабочей точки двигателя внутреннего сгорания из детонационной зоны могут использоваться также другие известные сами по себе меры для воздействия на антидетонационные свойства двигателя внутреннего сгорания, например, обогащение горючей смеси, добавление средств для достижения более высокой детонационной стойкости и т.д.

Схема 12 обработки данных содержит в выбранном примере выполнения по меньшей мере один усилитель 15 с регулируемым коэффициентом усиления, к которому попеременно подаются поставляемые датчиками 10, 11 детонационного сгорания выходные сигналы. В последующем полосовом фильтре 16 усиленные сигналы фильтруются таким образом, что предпочтение отдается составляющим сигнала с типичными для детонационного сгорания частотами.

Непосредственно за полосовым фильтром следует демодулирующая схема 17, например, выпрямитель. Выдаваемые демодулирующей схемой сигналы интегрируются в интеграторе 18, интегрированные сигналы К1 направляются дальше к первому входу блока сравнения 19.

К другому входу блока сравнения подается опорный сигнал или эталонный уровень Ref, который, например, образуется в фильтре нижних частот путем усреднения сигналов датчиков детонационного сгорания с большой постоянной времени. Однако на фактический уровень опорного сигнала оказывается влияние с помощью микровычислительной машины 13 в зависимости от рабочих состояний двигателя внутреннего сгорания. Непосредственное воздействие на уровень выходных сигналов датчиков 10, 11 детонационного сгорания также возможно благодаря тому, что управление усилителем 15 с регулируемым коэффициентом усиления осуществляется надлежащим образом микровычислительной машиной 13.

Точное построение отдельных элементов для понимания изобретения несущественно и поэтому более подробно не указывается. Точно так же только символически представлен двигатель внутреннего сгорания 21, с которым сопряжены датчики 10 и 11 детонационного сгорания.

С помощью представленного на фиг. 1 устройства обнаружение детонационных стуков протекает следующим образом: датчики 10, 11 регистрируют шумы, которые вызваны двигателем внутреннего сгорания 21, и выдают соответствующие сигналы S1, S2 на схему 12 обработки данных. Эти сигналы надлежащим образом фильтруются и усиливаются в усилителе 15 с регулируемым коэффициентом усиления.

Выходные сигналы этого усилителя 15 с регулируемым коэффициентом усиления после обработки в полосовом фильтре 16, демодулирующей схемы 17 и интеграторе 18 сравниваются в блоке сравнения 19 с эталонным уровнем Ref. На выходе блока сравнения 19 появляется сигнал S3, который позволяет обнаружить, имеются ли детонационные стуки или нет, при этом обнаруживаются детонационные стуки, если выходной сигнал интегратора 18 заранее заданным образом превышает эталонный уровень.

Теперь необходимо пояснить возможность образования особенно подходящего опорного сигнала для эталонного уровня Ref. При этом в микровычислительной машине 13 эталонный уровень Ref устанавливается или нормируется таким образом, что от тихого до громкого шума двигателя внутреннего сгорания получается постоянное возрастание в нормированном эталонном уровне.

Определение действительного эталонного уровня Ref осуществляется, например, по следующей формуле: Ref = (F - 1)/F1 + Refa + 1/F1K1, Ref = 15/16 Refa + 1/16K1, где Ref - эталонный уровень; Refa - предыдущий эталонный уровень; K - интеграл детонации; F1=16 - регулируемый коэффициент.

Для образования нормированного эталонного уровня, например, эталонный уровень умножается на коэффициент нормирования V(i), возможной формулой для образования нормированного эталонного уровня является Ref n(i) = (8/V(i))^*Ref(i), где
Ref n - нормированный эталонный уровень;
Ref - эталонный уровень;
V(i) - коэффициент нормирования для нормированного эталонного уровня.

Нормирование осуществляется на выбор путем установки ступени усиления в зависимости от коэффициента усиления. Коэффициент нормирования имеет, например, величины V(i) = 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64.

Для обнаружения работы с ошибками датчиков детонационного сгорания или ошибки в схеме обработки данных определяется, как показано на фиг. 2, допустимая полоса эталонного уровня Ref B с помощью частоты вращения n. Кроме того, в зависимости от частоты вращения определяются нижние и верхние предельные величины UGO, UGU, которые расположены на надлежащем расстоянии от границ допустимой полосы эталонного уровня. При этом расстояние между границами устанавливается эмпирически, может осуществляться также специфическое для транспортного средства согласование.

В микровычислительной машине 13 постоянно контролируется, не доходит ли соответственно определенный действительный эталонный уровень Ref n(i) до нижней или верхней предельной величины или не превышает ли ее. Если это имеет место, в простейшем случае обнаруживается ошибка и микровычислительная машина вводит надлежащие контрмеры, как, например, путем регулирования опережения зажигания или обогащения смеси. При этом обнаружении ошибки вновь отменяются введенные меры безопасности как только действительный эталонный уровень вновь будет находиться в пределах полосы эталонного уровня.

Для повышения надежности обнаружения ошибок возможны другие проверки или меры, которые в случае их невыполнения препятствуют обнаружению дефекта. Одна из этих мер заключается в том, что обнаружение ошибок проводится только тогда, когда частота вращения двигателя внутреннего сгорания выше граничной частоты вращения nG.

Другое ограничение заключается в том, что для обнаружения ошибок проверяется, находится ли нормированный опорный сигнал Ref n(i) для определенного периода времени t₁ за пределами допустимой полосы эталонного уровня, и меры безопасности вводятся только тогда, когда это условие выполнено.

Кроме того, возможно, чтобы введенные меры безопасности отменялись только тогда, когда действительный эталонный уровень для другого заранее задаваемого периода времени t₂ вновь будет находиться в пределах полосы эталонного уровня.

В другом варианте выполнения меры безопасности, как, например, изменение момента зажигания в сторону позднего, вводятся только тогда, когда микровычислительная машина 13 устанавливает, что активно включена система регулирования детонационного сгорания. Однако при этом обнаружение ошибок может также осуществляться только тогда, когда это условие не выполнено.

В системе с несколькими датчиками детонационного сгорания признанный дефектным датчик детонационного сгорания может быть отключен от схемы обработки данных и регулирование детонационного сгорания осуществляется только с помощью признанного работоспособным датчика детонационного сгорания.

В другом варианте выполнения воздействия регулирования детонационного сгорания отключаются, однако система регулирования детонационного сгорания остается активной для устранения ошибок также в зависимости от обнаруженного неисправного состояния фактические изменения момента зажигания в сторону позднего в запоминающем устройстве могут стираться и изменение момента зажигания в сторону позднего устанавливается на нуль, в этом случае адаптационное регулирование детонационного сгорания бездействует.

На фиг. 2 нанесены допустимые уровни опорного сигнала по частоте вращения n. При этом можно обнаружить, что допустимый диапазон уровня опорного сигнала Ref B с увеличением частоты вращения увеличивается. При этом с увеличением частоты вращения увеличивается как минимально допустимый эталонный уровень, так и максимально допустимый эталонный уровень. В целом, однако, это увеличение таково, что с увеличением частоты вращения допустимый диапазон Ref B увеличивается.

Выше допустимого диапазона, а также ниже допустимого диапазона указаны другие границы UGM, UGO, которые соответственно изменяются в зависимости от частоты вращения и в качестве зависимых от частоты вращения характеристик откладываются в запоминающих устройствах микровычислительной машины 13. Если допустимый уровень опорного сигнала превышает верхний предел или падает ниже нижнего предела, ошибка обнаруживается, причем, как уже пояснялось, при необходимости учитываются определенные временные критерии.

В качестве граничной частоты вращения, выше которой активируется распознавание ошибок, на фиг. 2 нанесена величина nG.

На фиг. 3 приведен пример, который наглядно поясняет образ действий при обнаружении ошибок. Описанное на фиг. 3 обнаружение ошибок протекает обычно в устройстве управления двигателя внутреннего сгорания, в котором имеются средства вычисления, накопления и счета. При этом в первой операции S1 устройство управления из поданных в него данных отдельных датчиков, как, например, из сигналов датчика частоты вращения, расходомера воздуха и/или датчика углового перемещения дроссельной заслонки определяет, активна ли динамика нагрузки или частоты вращения. Если это имеет место, в операции S2 образуется фактический эталонный уровень по формуле
Ref = 3/4Refa + 1/4K1.

Если напротив в ходе операции S1 обнаруживается, что нет динамики нагрузки для частоты вращения, в ходе операции S3 образуется фактический эталонный уровень в соответствии с уравнением
Ref = 15/16 Refa + 1/16K1.

Исходя из этих величин фактического эталонного уровня в последующих операциях осуществляется проверка, меньше ли нормированный эталонный уровень Refn граничной величины UGO, или проверяется, больше ли нормированный эталонный уровень нижней граничной величины UGU.

Для этого вначале в ходе операции S4 образуется нормированный эталонный уровень по формуле
Refn = (8VFAK) · Ref.

В ходе операции S5 нормированный эталонный уровень образуется по формуле
(32/VAFK · Ref).

В ходе операций S6 или S7 проверяется, больше ли частота вращения n, чем граничная частота вращения nG, и проверяется, больше ли температура двигателя Tmot, чем критическая величина TNKR. Операции S6 и S7 идентичны, однако они исходят из определенных в ходе операций S4 или S5 нормированных эталонных уровней.

Если в ходе операций S6, S7 обнаруживается, что условия не выполнены, программа вновь начинается с операции S1. Если напротив обнаруживается, что условия выполнены, программа соответственно переходит к выполнению следующей операции S8 или S9. Условие, что температура двигателя должна быть выше критической величины, в операции S6 или S7 может отсутствовать.

В ходе операции S8 проверяется, меньше ли нормированный эталонный уровень Ref, чем верхняя граничная величина на UGO. В ходе операции S9 проверяется, больше ли нормированный эталонный уровень в соответствии с операцией S7, чем нижняя граничная величина UGU. Если условие операции S8 или условие операции S9 выполнено, в ходе операции S10 счетчик ошибок декрементируется, следовательно, отсчет происходит на 1 вниз. В ходе операции S10 проверяется, достиг ли уже счетчик ошибок величины 0. Если этого нет, программа вновь начинается с операции S1, если напротив счетчик ошибок установлен на 0, в ходе операции S12 активизируются запасные меры.

Если в ходе операции S11 обнаруживается, что счетчик ошибок находится не на 0, начинается отработка программы для следующего цилиндра, это символизировано операцией 13. Если в ходе операций S8 или S9 обнаруживается, что нормированная опорная величина Refn меньше, чем верхняя граничная величина UGO, или больше, чем нижняя граничная величина UGU, в ходе операции S14 счетчик устранения ошибок декрементируется, или счетчик ошибок сбрасывается, или возвращается в исходное положение. Тогда в ходе операции S15 проверяется, равно ли числовое значение счетчика устранения ошибок нулю. Если этого нет, программа вновь начинается с операции S1.

Если напротив счетчик устранения ошибок находится на нуле, запасные меры отменяются, причем отмена осуществляется лишь тогда, когда регулирование детонационного сгорания по меньшей мере один раз находилось не в активной фазе. Следовательно, меры безопасности вновь отменяются тогда, когда фактический эталонный уровень находится в пределах заранее заданного порогами опорного напряжения UGO или UGU диапазона. Чтобы при устранении ошибок не появлялись скачки в угле опережения зажигания (крутящем моменте), переход от безопасного изменения момента зажигания в сторону позднего к нормальному режиму осуществляется лишь в первой неактивной фазе регулирования детонационного сгорания в соответствии с установленным устранением ошибок. Накопленные в счетчиках ошибок величины хранятся в памяти длительное время, так что они остаются в памяти даже при включении двигателя внутреннего сгорания.

В ходе управления ошибками или запоминанием ошибок при использовании вентильных схем ИЛИ и триггеров на реле могут устанавливаться условия для введения запасных мер. Точно так же можно определить, когда полностью завершен испытательный цикл для датчика.

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения ошибок в приспособлении для обнаружения детонационных стуков в двигателе внутреннего сгорания по меньшей мере с одним датчиком детонационного сгорания и включенной после него схемой обработки данных, которая сравнивает выходные сигналы датчика детонационного сгорания с переменным эталонным уровнем, который образуется в зависимости от выходных сигналов датчика детонационного сгорания, и в зависимости от результата сравнения обнаруживаются детонационные стуки, отличающееся тем, что эталонный уровень Ref нормируется таким образом, что он с увеличением шума двигателя внутреннего сгорания возрастает, что образуется допустимая полоса эталонного уровня Ref B и ошибка обнаруживается тогда, когда фактическая нормированная величина эталонного уровня Ref n(i) находится за пределами допустимой полосы эталонного уровня Ref B.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ошибка обнаруживается только тогда, когда несколько нормированных величин эталонного уровня Ref n(i) находятся за пределами допустимой полосы эталонного уровня и/или когда нормированный эталонный уровень для заранее задаваемого периода времени t₁ находится за пределами допустимой полосы эталонного уровня Ref B.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что обнаружение ошибок осуществляется лишь тогда, когда нормированная величина эталонного уровня Ref n(i) выше другой зависящей от частоты вращения граничной величины UGO или ниже другой зависящей от частоты вращения граничной величины UGU.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что обе эти граничные величины образуются в зависимости от допустимой полосы эталонного уровня Ref B.

5. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что допустимая полоса эталонного уровня Ref B устанавливается в зависимости от частоты вращения n и с увеличением частоты в целом увеличивается и расширяется.

6. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устанавливается нижняя граничная величина частоты вращения nG и обнаружение ошибок осуществляется только при частоте вращения выше этой граничной величины nG.

7. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что обнаружение ошибок осуществляется только при активном регулировании детонационного сгорания.

8. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что при обнаруженной ошибке вводятся меры, в частности регулирование угла опережения зажигания и/или обогащение горючей смеси, причем меры осуществляются таким образом, что двигатель внутреннего сгорания находится в безопасном состоянии.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что меры вновь заканчиваются тогда, когда эталонный уровень в течение заранее задаваемого периода времени t₂ вновь находится в пределах допустимого диапазона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3