Способ и устройство управления работой двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу и устройству управления работой двигателя внутреннего сгорания. Изобретение позволяет контролировать работу двигателя с высокой степенью надежности. В способе управления работой двигателя внутреннего сгорания двигатель, по меньшей мере, в одном режиме работает на обедненной горючей смеси. При этом в зависимости от заданного значения определяют впрыскиваемое количество топлива, определяют выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдают соответствующий этой продолжительности сигнал. По меньшей мере, от одной из этих величин определяют фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания и сравнивают его с максимально допустимым крутящим моментом, инициируя срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента. Также контролируют, не превышает ли величина, характеризующая концентрацию кислорода в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, заданное предельное значение, инициируя срабатывание на сбой в случае, если измеренное значение не превышает указанного порогового значения. 4 с. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству управления работой двигателя внутреннего сгорания.
Современные системы управления, используемые для управления работой двигателей внутреннего сгорания (ДВС), регулируют в зависимости от входных величин мощность ДВС, управляя его мощностными параметрами. Во избежание нежелательных ситуаций в работе двигателя, которые могут возникнуть вследствие сбоев или неисправностей, прежде всего сбоев в электронном блоке системы управления двигателем, предусмотрены разнообразные меры контроля, обеспечивающие надежную работу ДВС, а также его готовность к работе. В DE 19536038 (патент US 5692472) описана система контроля, контролирующая работу системы управления ДВС на основе крутящего момента. При этом по меньшей мере на основании положения педали акселератора определяется максимально допустимый крутящий момент. Далее, в зависимости от частоты вращения вала двигателя, установленного угла опережения зажигания и нагрузки рассчитывается (по массовому расходу воздуха и иным параметрам) фактический крутящий момент. В целях контроля максимально допустимое значение сравнивается с рассчитанным фактическим значением. В случае превышения фактическим значением максимально допустимого значения предпринимаются ответные меры как реакция на возникший сбой. Описанный выше подход обеспечивает надежный и удовлетворительный контроль за работой ДВС. Очевидно, что такой контроль основан на измерении массового расхода воздуха, подаваемого в ДВС. Однако у двигателей, которые по крайней мере в одном из режимов работают на обедненной горючей смеси, например у бензиновых двигателей с непосредственным впрыскиванием топлива или дизельных двигателей, рассчитанный на основании измеренного массового расхода воздуха крутящий момент не соответствует фактическим показателям, и поэтому вышеописанный метод контроля за работой таких двигателей применим лишь в ограниченной мере. Так, например, у бензиновых двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыскиванием топлива при их работе в режиме с послойным смесеобразованием для расчета фактического крутящего момента недостаточно использовать только такие величины, как измеренный массовый расход воздуха и установленный угол опережения зажигания.
Из заявки DE 19729100.7 известен метод контроля за работой бензиновых ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива. Согласно этой заявке на основании сгорающего количества топлива определяется фактически развиваемый ДВС крутящий момент, который сравнивается с максимально допустимым крутящим моментом, определяемым на основании положения педали акселератора, и при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого, что расценивается как сбой, инициируется срабатывание на этот сбой.
Кроме того, из заявки DE 19841151.0 известен метод контроля за работой ДВС, который по крайней мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси. В соответствии с этим методом по меньшей мере в одном режиме допускают работу ДВС только на приблизительно стехиометрической или обогащенной горючей смеси либо только с ограниченной подачей воздуха и в этом случае работу двигателя контролируют на основании по меньшей мере одного рабочего параметра.
Еще один метод контроля, который является частной мерой, описан в заявке DE 19620038 А1. Согласно этой заявке для контроля системы дозирования топлива контролируют сигнал датчика, определяющего состав отработавших газов (ОГ), на наличие отклонений от задаваемого значения.
Все эти отдельные, частные меры позволяют решить лишь отдельные аспекты проблемы, соответственно ограничивают готовность системы управления к работе. При этом ни в одной из публикаций не описана такая концепция контроля, которая в полной мере позволяла бы решить проблему контроля за работой двигателя с высокой степенью надежности.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать концепцию контроля за системой управления ДВС, который по меньшей мере в некоторых режимах работает на обедненной горючей смеси.
Указанная задача решается с помощью способа управления работой двигателя внутреннего сгорания, который по меньшей мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси, заключающегося в том, что в зависимости от заданного значения определяют впрыскиваемое количество топлива, определяют выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдают соответствующий этой продолжительности сигнал, при этом в зависимости по меньшей мере от одной из этих величин определяют фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания и сравнивают его с максимально допустимым крутящим моментом, инициируя срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента, а также контролируют, не превышает ли величина, характеризующая концентрацию кислорода в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, заданное предельное значение, инициируя срабатывание на сбой в случае, если измеренное значение не превышает указанного порогового значения.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения впрыскиваемое количество топлива предлагается определять на основании продолжительности впрыскивания, при необходимости с учетом давления топлива.
В соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения фактический крутящий момент предлагается вычислять на основании фактически впрыснутого количества топлива и коэффициентов полезного действия таких рабочих параметров, как момент впрыскивания, угол опережения зажигания и степень открытия дроссельной заслонки.
Максимально допустимый крутящий момент предпочтительно определяют по меньшей мере на основании задаваемого водителем значения и на основании частоты вращения вала двигателя таким образом, чтобы двигатель внутреннего сгорания при наименьших задаваемых водителем значениях отдавал только отрицательный крутящий момент, при малых задаваемых водителем значениях максимум отдавал только нулевой крутящий момент, а при более высоких задаваемых водителем значениях зависимость максимально допустимого крутящего момента от задаваемого водителем значения находилась в области положительных значений крутящего момента.
В соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения при превышении вычисленным фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента предлагается отключать подачу топлива по меньшей мере до тех пор, пока фактический крутящий момент снова не станет меньше максимально допустимого крутящего момента.
Величину, характеризующую концентрацию кислорода, предпочтительно контролировать в том случае, когда активизирован режим, при котором не выдается сигнал, характеризующий продолжительность впрыскивания.
В другом варианте впрыскиваемое количество топлива предлагается определять на основании массового расхода впускаемого воздуха и состава отработавших газов.
Поставленная в изобретении задача решается также с помощью способа управления работой двигателя внутреннего сгорания, который по меньшей мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси, заключающегося в том, что в зависимости от заданного значения определяют впрыскиваемое количество топлива, определяют выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдают соответствующий этой продолжительности сигнал, при этом в зависимости по меньшей мере от одной из этих величин определяют фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания и сравнивают его с максимально допустимым крутящим моментом, инициируя срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента, а также сравнивают величину, характеризующую концентрацию кислорода в отработавших газах, с зависящим от рабочих точек разрешенным диапазоном, инициируя срабатывание на сбой при выходе за пределы указанного разрешенного диапазона.
В обоих вариантах осуществления предлагаемого в изобретении способа срабатывание на сбой, инициируемое в зависимости от величины, характеризующей концентрацию кислорода в отработавших газах, предпочтительно заключается в переводе двигателя внутреннего сгорания на работу на стехиометрической горючей смеси, при этом фактический крутящий момент вычисляют на основании измеренного массового расхода воздуха.
Предпочтительно далее дополнительно при наименьших углах поворота педали акселератора при отсутствии особых режимов, таких как защита, нагрев и/или поддержание температурного режима каталитического нейтрализатора отработавших газов, контролировать продолжительность впрыскивания на нулевое значение.
Помимо этого полученный крутящий момент предпочтительно сравнивают с заданным расчетным крутящим моментом, а заданный расчетный крутящий момент в свою очередь сравнивают с максимально допустимым крутящим моментом.
Предлагаемый в изобретении подход обеспечивает полный контроль за системой управления ДВС, который по крайней мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси. При этом он позволяет надежно предотвращать недопустимое по отношению к задаваемому водителем значению повышение индикаторного крутящего момента такого ДВС в результате программного или аппаратного сбоя. Индикаторный крутящий момент двигателя представляет собой тот развиваемый двигателем крутящий момент, который создается непосредственно за счет сгорания горючей смеси. На его основе вычисляется отдаваемый двигателем крутящий момент с учетом значений потерь крутящего момента и значений крутящего момента, отбираемого дополнительными потребителями.
Особое преимущество состоит в повышении точности контроля, поскольку в качестве характерного показателя при определении индикаторного крутящего момента используется не расход проходящего через дроссельную заслонку потока воздуха, а впрыскиваемое в цилиндр количество топлива, которое при работе на обедненных и стехиометрических горючих смесях является величиной, определяющей крутящий момент.
Наиболее предпочтительно определять впрыскиваемое в цилиндр количество топлива на основании продолжительности впрыскивания или же, возможно лишь в определенных режимах работы, определять впрыскиваемое в цилиндр количество топлива на основании массового расхода воздуха, впускаемого в двигатель, и состава ОГ. В некоторых режимах в качестве дополнительных мер контроля за работой ДВС можно осуществлять контроль, например, на основании величины, характеризующей состав ОГ (например, по величине 
, характеризующей содержание кислорода в ОГ), что позволяет более надежно, а тем самым и более эффективно контролировать крутящий момент.
Кроме того, характеристику изменения допустимого крутящего момента предпочтительно задавать в зависимости по меньшей мере от одной из таких величин, как частота вращения, температура двигателя и задаваемое водителем значение, т.е. положение педали акселератора, таким образом, чтобы при очень небольших углах поворота педали акселератора максимально допустимый крутящий момент был меньше нулевой нагрузки, при средних углах поворота педали он максимум равнялся нулевой нагрузке, а при еще больших углах поворота педали он изменялся в соответствии с некоторой заданной зависимостью. Благодаря этому обеспечивается удовлетворительное срабатывание системы контроля за крутящим моментом на сбой.
Еще одно преимущество состоит в том, что при контроле учитываются и особые режимы, такие, например, как активизированные функции по защите, нагреву и/или поддержанию определенного температурного режима каталитического нейтрализатора ОГ.
В изобретении предлагается также устройство управления работой двигателя внутреннего сгорания, который по меньшей мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси, имеющее снабженный по меньшей мере одним микрокомпьютером блок управления, который имеет возможность определять в зависимости от заданного значения впрыскиваемое количество топлива, на основании этого количества определять выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдавать соответствующий этой продолжительности сигнал, определять в зависимости по меньшей мере от одной из этих величин фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, сравнивать его с максимально допустимым крутящим моментом и инициировать срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента, а также принимать величину, характеризующую концентрацию кислорода в отработавших газах, сравнивать ее по меньшей мере с одним заданным предельным значением и инициировать срабатывание на сбой в случае, если указанное пороговое значение не превышено.
В изобретении предлагается далее устройство управления работой двигателя внутреннего сгорания, который по меньшей мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси, имеющее снабженный по меньшей мере одним микрокомпьютером блок управления, который имеет возможность определять в зависимости от заданного значения впрыскиваемое количество топлива, на основании этого количества определять выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдавать соответствующий этой продолжительности сигнал, определять в зависимости по меньшей мере от одной из этих величин фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, сравнивать его с максимально допустимым крутящим моментом и инициировать срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента, а также принимать величину, характеризующую концентрацию кислорода в отработавших газах, сравнивать ее с зависящим от рабочих точек разрешенным диапазоном и инициировать срабатывание на сбой при выходе за пределы указанного разрешенного диапазона.
Другие преимущества и отличительные особенности изобретения представлены в последующем описании вариантов его осуществления.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 и 2 - структура блока управления двигателем внутреннего сгорания,
на фиг.3 - блок-схема программы, выполняемой микрокомпьютером блока управления, иллюстрирующая предпочтительный вариант осуществления предлагаемого в изобретении решения, и
на фиг.4 - показанная в виде характеристической кривой заданная характеристика изменения допустимого крутящего момента в зависимости от частоты вращения вала двигателя согласно предпочтительному варианту.
На фиг.1 показан блок 10 управления, в состав которого по меньшей мере входят один входной контур 12, по меньшей мере один микрокомпьютер 14, выходной контур 16 и соединяющая указанные элементы система 18 связи, предназначенная для обмена данными между этими элементами блока управления. К входному контуру 12 подведены входные линии, по которым от соответствующих измерительных устройств поступают сигналы, которые характеризуют различные рабочие параметры или на основании которых можно определить такие рабочие параметры. Сначала рассмотрены основные величины, которые используются для реализации предлагаемого в изобретении технического решения, описанного ниже, и характеризующие которые сигналы поступают на вход блока управления по входным линиям, показанным на фиг.1. Входная линия 20 соединяет блок управления с измерительным устройством 22, которое определяет величину, характеризующую степень нажатия 
на педаль акселератора. Следующая входная линия 24 проходит от измерительного устройства 26, которое определяет величину Nmot, характеризующую частоту вращения вала двигателя. Далее, входная линия 28 соединяет блок 10 управления с измерительным устройством 30, выходной сигнал которого характеризует массовый расход hfm подаваемого в двигатель воздуха. По входной линии 32 от измерительного устройства 34 передается сигнал, который характеризует величину iges, соответствующую фактическому передаточному отношению в приводной кинематической цепи. Кроме того, предусмотрены входные линии 36-40, по которым от измерительных устройств 42-46 передаются сигналы, характеризующие иные рабочие параметры. В качестве примера таких рабочих параметров, используемых при управлении двигателем внутреннего сгорания, можно назвать температурные параметры, угловое положение дроссельной заслонки и т.д. В показанном на фиг.1 примере для управления двигателем внутреннего сгорания от выходного контура 16 отходят выходные линии 48-52, предназначенные для управления клапанными форсунками 54, а также выходная линия 56 для управления дроссельной заслонкой 58, положение которой регулируется электродвигателем. Помимо вышеописанных, по меньшей мере предусмотрены также не показанные на чертеже линии для управления зажиганием.
На фиг.2 показана схема, поясняющая основную структуру программ управления двигателем и контроля этого управления, выполняемых в микрокомпьютере 14 блока 10 управления. При этом в микрокомпьютере 14 предусмотрено два отдельных программных уровня: уровень 1 и уровень 2. На первом уровне выполняются программы управления, а на втором уровне выполняются программы контроля.
На первом уровне на основании степени нажатия на педаль акселератора ("педаль") осуществляется управление подачей топлива и воздуха с учетом их предварительно установленного соотношения в горючей смеси. В зависимости от степени нажатия на педаль на основании параметрических поверхностей (многопараметровых характеристик) и/или вычислений формируется, при необходимости с учетом частоты вращения вала двигателя, величина, характеризующая задаваемый водителем крутящий момент mdfaw. Этот задаваемый водителем крутящий момент или иной расчетный крутящий момент, задаваемый другой системой управления, представляет собой заданное значение misoll индикаторного крутящего момента. Это значение пересчитывается в заданное значение rksoll впрыскиваемого количества топлива. Затем при необходимости заданное значение впрыскиваемого количества топлива пересчитывается с учетом давления топлива в значение ti, характеризующее продолжительность впрыскивания. В этом случае в выходной каскад одной или нескольких клапанных форсунок (КФВД, клапанные форсунки для впрыскивания топлива под высоким давлением) выдается импульс, длительность которого соответствует указанной продолжительности. В некоторых режимах с помощью электропривода регулируется также положение дроссельной заслонки (ДЗ), что, однако, на чертеже не показано.
Описанный со ссылкой на фиг.2 блок управления служит в зависимости от варианта его выполнения для управления работой двигателя, работающего на обедненных горючих смесях с впрыскиванием во впускной коллектор, для управления работой двигателя с непосредственным впрыскиванием бензина либо для управления работой дизельного двигателя.
Для обеспечения надежной работы, соответственно готовности к работе такой системы управления необходимо контролировать работу описанной выше системы управления. При этом предпочтительно используют представленную ниже схему контроля. Соответствующая программа контроля выполняется на втором уровне (уровень 2).
Вначале на основании выданного блоком управления значения ti продолжительности впрыскивания и при необходимости других параметров, таких, например, как давление топлива, определяется впрыснутое количество топлива rk (UFRKTI). Для расчета продолжительности впрыскивания используют результаты измерений или содержимое ячеек памяти блока управления. После этого полученное значение, характеризующее впрыснутое количество топлива rk, пересчитывается (UFMIST) в значение отдаваемого двигателем крутящего момента mi с учетом значений коэффициентов полезного действия (кпд), таких, например, как кпд момента впрыскивания, момента зажигания, состава отработавших газов (определяемого кислородным датчиком ЛЗ, называемым также лямбда-зондом), степени открытия дроссельной заслонки и т.д. При этом величина кпд учитывает степень влияния отклоняющегося от стандартных значений рабочего параметра на крутящий момент, развиваемый двигателем. Максимально допустимый крутящий момент mizul определяют с помощью параметрической поверхности или упрощенной рабочей модели (UFMZUL) по меньшей мере на основании задаваемого водителем значения (т.е. по положению педали акселератора) и/или при необходимости на основании частоты вращения. Максимально допустимый крутящий момент при этом имеет в принципе такую характеристику, что при небольших углах поворота педали акселератора, например менее 2%, максимально допустимый крутящий момент приводит к созданию на выходном валу двигателя крутящего момента меньше нулевой нагрузки, соответственно нулевого крутящего момента, а при увеличении угла поворота педали, например, до 10% он приводит максимум к получению нулевой нагрузки (нулевой крутящий момент, контроль режима принудительного холостого хода). Нулевой нагрузкой при этом является такая нагрузка двигателя внутреннего сгорания, при которой двигатель перестает отдавать положительный крутящий момент. При еще больших углах поворота педали акселератора, например выше 10%, максимально допустимый крутящий момент задают таким образом, чтобы значения нагрузки превышали нулевую нагрузку. Дополнительно допустимый индикаторный крутящий момент может быть пересчитан с учетом значений крутящего момента, отбираемых дополнительными потребителями, и значений потерь крутящего момента двигателя в отдаваемый крутящий момент, а тем самым и в величину нагрузки двигателя внутреннего сгорания.
Полученное значение крутящего момента mi сравнивается (UFMVER) с максимально допустимым крутящим моментом mizul. В другом варианте полученное значение крутящего момента сравнивается с расчетным крутящим моментом misoll, а сам этот расчетный крутящий момент misoll сравнивается с максимально допустимым крутящим моментом. В первом варианте как сбой расценивается превышение фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента. Во втором случае как сбой расценивается превышение полученным фактическим крутящим моментом заданного расчетного крутящего момента и/или одновременно превышение заданным расчетным крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента.
При небольших углах поворота педали акселератора дополнительно к указанным мерам контроля предусмотрен такой контроль за работой двигателя внутреннего сгорания, когда не должно происходить впрыскивания топлива. Этот контроль производят в условиях, когда не активизированы функции, предусмотренные для особых ситуаций, такие, например, как защита, нагрев или поддержание определенного температурного режима каталитического нейтрализатора ОГ. Как сбой при этих условиях расценивается впрыскивание топлива.
С целью обеспечить надежный контроль крутящего момента при появлении сбоев, таких как утечки, сбои в выходном каскаде, непреднамеренная подача топлива из системы улавливания испарений бензина или из картера, предусмотрен контроль (UFRKC) при отключенном впрыскивании топлива (ti=0 и/или rk=0) за коэффициентом избытка воздуха , измеряемым по содержанию кислорода в ОГ, на достижение им порогового значения ("порог"). Пороговое значение коэффициента избытка воздуха при таком контроле определяется пределами допуска на измеряемые кислородным датчиком ЛЗ значения. Кислородный датчик ЛЗ контролируется двухпозиционным лямбда-зондом на наличие отклонений в тех рабочих точках, где коэффициент избытка воздуха меньше или равен 1. В другом варианте при продолжительности впрыскивания, превышающей нулевые значения, определяется, лежит ли измеренное значение в разрешенном диапазоне, зависящем от рабочих точек. Разрешенный диапазон изменения величины рассчитывается на основании измеренного массового расхода воздуха (определяемого термоанемометрическим пленочным расходомером воздуха ТПР), впускаемого в цилиндры двигателя, и заданного или определенного измерением впрыскиваемого количества топлива с учетом допустимого отклонения измеряемых кислородным датчиком значений в положительную и отрицательную стороны. При срабатывании системы контроля за величиной принимаются ответные меры по устранению сбоя, например в качестве эквивалентной функции задается и контролируется режим работы с коэффициентом избытка воздуха =1. В этом случае фактический крутящий момент рассчитывается не на основании впрыскиваемого количества топлива, а на основании массового расхода воздуха, и работа двигателя контролируется с использованием известной схемы контроля. В другом варианте впрыснутое количество топлива определяется на основании измеренного массового расхода воздуха (ТПР), впускаемого в цилиндры двигателя, и на основании состава ОГ и сравнивается с заданным по меньшей мере для одного режима пороговым значением (например, rk=0).
На фиг.3 показана блок-схема, иллюстрирующая предпочтительный вариант осуществления способа контроля на примере алгоритма компьютерной программы. Эта программа циклически выполняется через заданные интервалы времени.
На первом шаге 100 в качестве входной величины вводится выданное значение продолжительности впрыскивания ti. Под таким выданным значением продолжительности впрыскивания понимается либо измеренный сигнал, снятый, например, в зоне каждой клапанной форсунки или в зоне выхода блока управления, либо выдаваемое микропроцессором значение продолжительности впрыскивания, хранящееся в ячейке памяти. На основании этого введенного значения продолжительности впрыскивания на следующем шаге 102 определяется относительное количество rk фактически впрыснутого топлива. Это относительное количество топлива, т.е. количество топлива в пересчете на стандартное (нормированное) значение, в зависимости от продолжительности впрыскивания предпочтительно вычисляется на основании характеристики, зависящей от давления топлива в топливопроводе высокого давления. На следующем шаге 104 проверяется, равна ли продолжительность впрыскивания нулю, т.е. не активизирован ли режим, при котором подача топлива отключена. Если подача топлива отключена, то на следующем шаге 106 для установления наличия утечек, сбоев в выходном каскаде, непреднамеренной подачи топлива из системы улавливания испарений бензина или из картера проверяется содержание кислорода в ОГ () по соответствующему измеренному значению. С этой целью на шаге 106 в качестве входной величины вводится измеренное кислородным датчиком значение или значение, полученное на основании этого измерительного сигнала, и на следующем шаге 108 проверяется, превышает ли оно заданное пороговое значение (порог.). Указанное пороговое значение определяется пределами допуска на измеряемые кислородным датчиком значения и устанавливается в рамках прикладной программы. Если значение не превышает порогового значения, то это указывает на наличие одного из вышеназванных сбоев и на поступление топлива в цилиндры ДВС несмотря на нулевую продолжительность впрыскивания. В этом случае в соответствии с шагом 106 двигатель переводится на режим работы на стехиометрической горючей смеси, т.е. с коэффициентом избытка воздуха , равным 1. Иными словами, ДВС переводится на режим работы с гомогенным смесеобразованием. Дальнейший контроль осуществляется в этом случае исходя из фактического крутящего момента, вычисляемого на основании величины относительного наполнения цилиндров ДВС, т.е. на основании массового расхода воздуха, впускаемого в цилиндры ДВС, аналогично рассмотренной в начале описания известной методике. На этом выполнение программы завершается, которая вновь запускается по истечении заданного промежутка времени в следующем цикле.
В другом предпочтительном варианте контроль величины осуществляется не только при нулевой продолжительности впрыскивания, но и при продолжительности впрыскивания, превышающей нуль. В этом случае проверяется, попадает ли значение в зависящий от рабочих точек диапазон допустимых значений. При этом диапазон допустимых значений для величины вычисляется на основании измеренного массового расхода воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, и заданного или измеренного количества впрыскиваемого топлива с учетом допустимого отклонения измеряемых кислородным датчиком значений в положительную и отрицательную стороны. Если измеренное значение выходит за заданный верхний или нижний предел допустимого диапазона, то по решению "Нет" вводится соответствующий шагу 110 режим, в остальных же случаях по решению "Да" осуществляется переход к шагу 108.
Если продолжительность впрыскивания в показанном на фиг.3 предпочтительном варианте отлична от нуля (решение "Нет" на шаге 104) или если выполняется проверенное на шаге 108 условие для величины , то в соответствии с шагом 112 в качестве входной величины вводится значение угла поворота педали акселератора или значение задаваемого водителем крутящего момента, определяемое на основании указанного угла поворота педали. Диапазон малых углов поворота педали акселератора, контролируемый на шаге 114, представляет собой в предпочтительном варианте тот диапазон, в котором угол поворота педали составляет менее 2% (при этом 0% соответствуют полностью отпущенной педали, а 100% соответствуют полностью нажатой педали) и в котором принимается, что педаль акселератора не нажата. Таким образом, на этом шаге 114 проверяется, не превышает ли угол поворота педали определенный нижний предел, которым определяется граница между диапазоном малых углов поворота педали, соответственно задаваемых водителем значениями крутящего момента и остальным рабочим диапазоном. Если указанное превышение имеет место, то на шаге 116 проверяется, не активизирован ли особый режим, которым предусматривается незапланированное впрыскивание топлива. Подобными рабочими диапазонами являются, например, такие диапазоны, в которых для защиты либо нагрева или поддержания определенного температурного режима каталитического нейтрализатора ОГ впрыскивается большее количество топлива, чем это необходимо для текущего режима работы двигателя. При наличии такого особого рабочего режима происходит переход к выполнению операций на шагах 118-124, на которых осуществляется описанный ниже контроль крутящего момента при работе двигателя на обедненной горючей смеси, соответственно с послойным смесеобразованием. При отсутствии же указанного особого рабочего режима ДВС работает в режиме принудительного холостого хода. В этом режиме по меньшей мере при значениях частоты вращения, превышающих предельное значение, продолжительность впрыскивания, соответственно впрыскиваемое количество топлива равны нулю вследствие отключенной при нормальном режиме подачи топлива в режиме принудительного холостого хода. Поэтому при превышении частотой вращения вала двигателя определенной величины на шаге 126 проверяется, равны ли нулю продолжительность впрыскивания, соответственно впрыскиваемое количество топлива. Если продолжительность впрыскивания, соответственно впрыскиваемое количество топлива не равны нулю, то это указывает на наличие сбоя, срабатывание в ответ на который инициируется на шаге 124. Такое срабатывание на сбой предпочтительно заключается, например, в ограничении подачи воздуха в двигатель, в переходе на режим работы на стехиометрической горючей смеси с гомогенным смесеобразованием или в ограничении мощности двигателя. После выполнения предусмотренных на шаге 124 операций выполнение программы завершается, которая вновь запускается по истечении заданного промежутка времени в следующем цикле.
При наличии особого режима работы, что определяется на описанном выше шаге 116, когда угол поворота педали акселератора превышает пороговое значение 0, что определяется на шаге 114, а также когда продолжительность впрыскивания, соответственно впрыскиваемое количество топлива равны нулю, осуществляется рассмотренный ниже контроль крутящего момента. С этой целью на шаге 118 на основании по меньшей мере частоты вращения вала двигателя и задаваемого водителем параметра, т.е. задаваемого водителем крутящего момента или угла поворота педали акселератора, определяется максимально допустимый крутящий момент. Для этого используют заданную параметрическую поверхность (многопараметровую характеристику), которая рассмотрена ниже на примере случая, в котором частота вращения вала двигателя является постоянной величиной. Если контроль осуществляется только при углах положения педали ниже порогового значения, достаточно одной параметрической кривой, где максимально допустимый крутящий момент составляет 100% вплоть до максимальной частоты вращения при холостом ходе, а начиная с 1500 об/мин равен нулевой нагрузке, соответственно нагрузке меньше нулевой. Форма подобной параметрической кривой, характеризующей максимально допустимый крутящий момент для рассматриваемого режима, представлена на фиг.4. После определения максимально допустимого крутящего момента на следующем шаге 120 на основании рассчитанного относительного количества впрыскиваемого топлива, а также на основании значений кпд касательно момента впрыскивания топлива, момента зажигания, фактически установленного коэффициента избытка воздуха и фактического положения дроссельной заслонки (степени открытия дроссельной заслонки) и т.д. вычисляется фактический крутящий момент. Это вычисление заключается в умножении количества впрыскиваемого топлива на значения кпд, который характеризует выраженное в процентах влияние отклонения соответствующего рабочего параметра от того нормального значения, для которого описана взаимосвязь между относительным количеством впрыскиваемого топлива и фактическим крутящим моментом.
После выполнения предусмотренных на шаге 120 операций на следующем шаге 122 проверяется, меньше ли фактический крутящий момент максимально допустимого крутящего момента или нет. Если фактический крутящий момент меньше максимально допустимого, то работа системы управления расценивается как корректная, и на этом выполнение программы завершается. Если же фактический крутящий момент превышает максимально допустимый, то это указывает на наличие сбоя, срабатывание в ответ на который инициируется на шаге 140, после чего выполнение программы завершается и она вновь запускается по истечении заданного промежутка времени в следующем цикле. Указанное срабатывание в ответ на сбой заключается предпочтительно во временной приостановке работы двигателя, например путем отключения подачи топлива и/или отключения зажигания, по меньшей мере до тех пор, пока фактический крутящий момент снова не снизится до величины, меньшей максимально допустимого крутящего момента.
Наряду со сравнением фактического крутящего момента с максимально допустимым, что осуществляется на шаге 122, в другом предпочтительном варианте полученный крутящий момент двигателя сравнивается с задаваемым в зависимости от заданного водителем крутящего момента расчетным крутящим моментом, а заданный расчетный крутящий момент в свою очередь сравнивается с максимально допустимым крутящим моментом. В этом случае срабатывание в ответ на сбой происходит тогда, когда полученный крутящий момент двигателя превышает заданный расчетный крутящий момент и/или одновременно заданный расчетный крутящий момент превышает максимально допустимый крутящий момент.
Величину максимально допустимого крутящего момента, зависящую от задаваемого водителем значения и от частоты вращения, определяют с помощью характеристической поверхности (многопараметровой характеристики) или с помощью упрощенной рабочей модели блока управления, позволяющей соотнести измеряемые величины с максимально допустимым крутящим моментом. Основной принцип при этом заключается в том, чтобы максимально допустимый крутящий момент при небольших углах поворота педали всегда был меньше нулевого крутящего момента, т.е. двигатель не должен отдавать положительный крутящий момент. При больших углах поворота педали, при которых активизирован режим принудительного холостого хода, максимально допустимый крутящий момент в предельном случае равен нулевому крутящему моменту. При еще больших углах поворота педали характеристика максимально допустимого крутящего момента имеет вид кривой, возрастающей в соответствии с задаваемым водителем значением. При угле поворота педали акселератора, не превышающем 2% (отпущенная педаль), максимум допустим только отрицательный крутящий момент. При углах поворота педали акселератора в пределах до 10% (также еще отпущенная педаль) допускается только нулевой крутящий момент при приемлемой максимальной частоте вращения. При углах поворота педали акселератора свыше 10% (нажатая педаль) характеристика максимально допустимого крутящего момента имеет вид кривой, возрастающей с увеличением угла поворота педали.
Предпочтительный вариант, в котором контроль предусмотрен только при нахождении педали акселератора в положении, не превышающем порогового значения, представлен на фиг.4. На этом чертеже показана форма характеристической кривой, которая представляет собой зависимость максимально допустимого крутящего момента mizul в пересчете на крутящий момент, отдаваемый двигателем на выходной вал, от частоты вращения Nmot вала двигателя. Максимально допустимый крутящий момент равен 100% вплоть до максимальной частоты вращения при холостом ходе NmotLL (составляющей 1500 об/мин) и равен нулевой нагрузке, соответственно меньше нулевой нагрузки при частоте вращения свыше 1500 об/мин.
Описанный выше принцип контроля применим как в отношении бензиновых двигателей внутреннего сгорания, работающих на обедненных горючих смесях, например в отношении двигателей с непосредственным впрыскиванием бензина, так и в отношении дизельных двигателей.
Формула изобретения
1. Способ управления работой двигателя внутреннего сгорания, который по меньшей мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси, заключающийся в том, что в зависимости от заданного значения определяют впрыскиваемое количество топлива, определяют выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдают соответствующий этой продолжительности сигнал, при этом в зависимости по меньшей мере от одной из этих величин определяют фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания и сравнивают его с максимально допустимым крутящим моментом, инициируя срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента, а также контролируют, не превышает ли величина, характеризующая концентрацию кислорода в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания, заданное предельное значение, инициируя срабатывание на сбой в случае, если измеренное значение не превышает указанного порогового значения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что впрыскиваемое количество топлива определяют на основании продолжительности впрыскивания, при необходимости с учетом давления топлива.
3. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что фактический крутящий момент вычисляют на основании фактически впрыснутого количества топлива и коэффициентов полезного действия таких рабочих параметров, как момент впрыскивания, угол опережения зажигания и степень открытия дроссельной заслонки.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что максимально допустимый крутящий момент определяют по меньшей мере на основании задаваемого водителем значения и на основании частоты вращения вала двигателя таким образом, чтобы двигатель внутреннего сгорания при наименьших задаваемых водителем значениях отдавал только отрицательный крутящий момент, при малых задаваемых водителем значениях максимум отдавал только нулевой крутящий момент, а при более высоких задаваемых водителем значениях зависимость максимально допустимого крутящего момента от задаваемого водителем значения находилась в области положительных значений крутящего момента.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что при превышении вычисленным фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента подачу топлива отключают по меньшей мере до тех пор, пока фактический крутящий момент снова не станет меньше максимально допустимого крутящего момента.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что величину, характеризующую концентрацию кислорода, контролируют в том случае, когда активизирован режим, при котором не выдается сигнал, характеризующий продолжительность впрыскивания.
7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что впрыскиваемое количество топлива определяют на основании массового расхода впускаемого воздуха и состава отработавших газов.
8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что срабатывание на сбой, инициируемое в зависимости от величины, характеризующей концентрацию кислорода в отработавших газах, заключается в переводе двигателя внутреннего сгорания на работу на стехиометрической горючей смеси, а фактический крутящий момент вычисляют на основании измеренного массового расхода воздуха.
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что дополнительно при наименьших углах поворота педали акселератора при отсутствии особых режимов, таких как защита, нагрев и/или поддержание температурного режима каталитического нейтрализатора ОГ, продолжительность впрыскивания контролируют на нулевое значение.
10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что полученный крутящий момент сравнивают с заданным расчетным крутящим моментом, а заданный расчетный крутящий момент, в свою очередь, сравнивают с максимально допустимым крутящим моментом.
11. Способ управления работой двигателя внутреннего сгорания, который по меньшей мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси, заключающийся в том, что в зависимости от заданного значения определяют впрыскиваемое количество топлива, определяют выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдают соответствующий этой продолжительности сигнал, при этом в зависимости по меньшей мере от одной из этих величин определяют фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания и сравнивают его с максимально допустимым крутящим моментом, инициируя срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента, а также сравнивают величину, характеризующую концентрацию кислорода в отработавших газах, с зависящим от рабочих точек разрешенным диапазоном, инициируя срабатывание на сбой при выходе за пределы указанного разрешенного диапазона.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что срабатывание на сбой, инициируемое в зависимости от величины, характеризующей концентрацию кислорода в отработавших газах, заключается в переводе двигателя внутреннего сгорания на работу на стехиометрической горючей смеси, а фактический крутящий момент вычисляют на основании измеренного массового расхода воздуха.
13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что дополнительно при наименьших углах поворота педали акселератора при отсутствии особых режимов, таких как защита, нагрев и/или поддержание температурного режима каталитического нейтрализатора ОГ, продолжительность впрыскивания контролируют на нулевое значение.
14. Способ по любому из пп.11-13, отличающийся тем, что полученный крутящий момент сравнивают с заданным расчетным крутящим моментом, а заданный расчетный крутящий момент, в свою очередь, сравнивают с максимально допустимым крутящим моментом.
15. Устройство управления работой двигателя внутреннего сгорания, который по меньшей мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси, имеющее снабженный по меньшей мере одним микрокомпьютером блок управления, который имеет возможность определять в зависимости от заданного значения впрыскиваемое количество топлива, на основании этого количества определять выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдавать соответствующий этой продолжительности сигнал, определять в зависимости по меньшей мере от одной из этих величин фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, сравнивать его с максимально допустимым крутящим моментом и инициировать срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента, а также принимать величину, характеризующую концентрацию кислорода в отработавших газах, сравнивать ее по меньшей мере с одним заданным предельным значением и инициировать срабатывание на сбой в случае, если указанное пороговое значение не превышено.
16. Устройство управления работой двигателя внутреннего сгорания, который по меньшей мере в одном режиме работает на обедненной горючей смеси, имеющее снабженный по меньшей мере одним микрокомпьютером блок управления, который имеет возможность определять в зависимости от заданного значения впрыскиваемое количество топлива, на основании этого количества определять выдаваемое значение продолжительности впрыскивания и выдавать соответствующий этой продолжительности сигнал, определять в зависимости по меньшей мере от одной из этих величин фактический крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, сравнивать его с максимально допустимым крутящим моментом и инициировать срабатывание на сбой при превышении фактическим крутящим моментом максимально допустимого крутящего момента, а также принимать величину, характеризующую концентрацию кислорода в отработавших газах, сравнивать ее с зависящим от рабочих точек разрешенным диапазоном и инициировать срабатывание на сбой при выходе за пределы указанного разрешенного диапазона.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
