Способ управления работой многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам управления многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Изобретение позволяет усовершенствовать способ согласования крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, таким образом, чтобы обеспечить возможность коррекции рассогласования крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров, и при малой, и при значительной продолжительности впрыскивания, а также при работе ДВС как в первом, так и во втором режимах. Способ управления работой многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива, заключается в том, что впрыскивание топлива в камеру сгорания этого ДВС через клапанную форсунку осуществляют на такте сжатия в первом режиме работы и на такте впуска во втором режиме работы. Также осуществляют переключение между указанными режимами работы и взаимно согласуют крутящие моменты, развиваемые поршнями в отдельных цилиндрах ДВС. Указанное согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах, осуществляют в первом режиме работы с помощью регулятора. Определяют в нескольких рабочих точках (k) и сохраняют значения предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik), необходимых для коррекции рассогласования (M_f_ik) крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах (1), на основании этих, предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik), определяют величины статического (q_stat) и динамического (q_dyn) рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку. На основании полученных значений рассогласования (q_stat, q_dyn) расхода топлива через клапанную форсунку корректируют количество впрыскиваемого в камеру сгорания топлива. Блок управления для ДВС, прежде всего для ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива, имеет камеру сгорания с возможностью впрыскивания в нее топлива через клапанную форсунку и регулятор, обеспечивающий, по меньшей мере, в первом режиме работы согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах. Блок управления обеспечивает переключение между указанными режимами работы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к способу управления работой многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива, при этом впрыскивание топлива в камеру сгорания этого ДВС через клапанную форсунку осуществляют на такте сжатия в первом режиме работы и на такте впуска во втором режиме работы, а также осуществляют переключение между указанными режимами работы и взаимно согласуют крутящие моменты, развиваемые поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, причем указанное согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах, осуществляют в первом режиме работы с помощью регулятора. Изобретение относится далее к ДВС, прежде всего ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива, имеющему камеру сгорания с возможностью впрыскивания в нее топлива через клапанную форсунку на такте сжатия в первом режиме работы и на такте впуска во втором режиме работы, блок управления, обеспечивающий переключение между указанными режимами работы, и регулятор, обеспечивающий по меньшей мере в первом режиме работы согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах. Помимо этого изобретение относится также к блоку управления для подобного ДВС.
Подобные системы непосредственного впрыскивания топлива в камеру сгорания ДВС общеизвестны. При этом такие системы могут работать в двух режимах, первым из которых является так называемый режим с послойным смесеобразованием (режим с послойным распределением топлива в заряде), а вторым - режим с гомогенным смесеобразованием (режим с однородным распределением топлива в заряде). Режим с послойным смесеобразованием используется прежде всего в диапазоне малых нагрузок, а режим с гомогенным смесеобразованием используется при работе ДВС в диапазоне более высоких нагрузок. В режиме с послойным смесеобразованием топливо впрыскивается в камеру сгорания ДВС на такте сжатия таким образом, что в момент зажигания "облако" топлива (т.е. распыленные капельки топлива) находится непосредственно вблизи от свечи зажигания. При этом сам процесс впрыскивания может происходить различным образом. Так, например, топливо можно впрыскивать таким образом, чтобы уже в процессе впрыскивания, соответственно сразу по завершении процесса впрыскивания "облако" впрыснутого топлива находилось непосредственно вблизи от свечи зажигания, обеспечивающей его воспламенение. Другая возможность состоит в том, что "облако" впрыснутого топлива сначала подводится к свече зажигания путем целенаправленного перемещения заряда к свече и лишь затем воспламеняется. В обоих рассмотренных выше вариантах топливо распределяется в заряде не равномерно, а послойно.
Преимущество послойного смесеобразования состоит в том, что при исключительно малом расходе топлива он обеспечивает возможность отдачи двигателем необходимой в диапазоне малых нагрузок мощности. Однако в диапазоне более высоких нагрузок режим с послойным смесеобразованием уже не позволяет двигателю развивать необходимую мощность.
Поэтому в предусмотренном для работы ДВС в подобном диапазоне повышенных нагрузок режиме с гомогенным смесеобразованием топливо впрыскивается на такте впуска рабочего цикла ДВС, что обеспечивает завихрение топлива и тем самым его эффективное распределение по всему объему камеры сгорания. В этом отношении режим с гомогенным смесеобразованием по существу соответствует обычному принципу работы ДВС, основанному на впрыскивании топлива во впускной коллектор. При необходимости режим с гомогенным смесеобразованием может использоваться и в диапазоне более низких нагрузок.
В режиме с послойным смесеобразованием дроссельная заслонка, установленная в ведущем к камере сгорания впускном трубопроводе, практически полностью открыта, а управление и/или регулирование процессом воспламенения и сгорания рабочей смеси осуществляется в основном лишь за счет варьирования количества впрыскиваемого топлива. В режиме с гомогенным смесеобразованием угол открытия, соответственно закрытия дроссельной заслонки изменяется в зависимости от требуемого крутящего момента, который должен развить двигатель, а управление и/или регулирование количества впрыскиваемого топлива осуществляется в зависимости от количества впускаемого в цилиндр воздуха.
В обоих режимах работы, т.е. в режиме с послойным и в режиме с гомогенным смесеобразованием, управление и/или регулирование количества впрыскиваемого топлива необходимо осуществлять с учетом большого количества других рабочих параметров с целью получения оптимальной величины с точки зрения экономии топлива, снижения токсичности отработавших газов (ОГ) и иных факторов. Подобное управление и/или регулирование, которое различается в каждом из обоих режимов работы, осуществляет блок управления, которым оснащен ДВС.
У ДВС с непосредственным впрыскиванием топливо обычно впрыскивается в их камеры сгорания под высоким давлением через клапанные форсунки. При этом однотипные клапанные форсунки характеризуются определенным разбросом значений давления открытия, что обусловлено производственными допусками и износом. Поскольку, однако, все клапанные форсунки, установленные на двигателе, нагружены одинаковым давлением впрыскивания, преобладающим в общем топливном аккумуляторе высокого давления, топливо впрыскивается в разные камеры сгорания в различном количестве, что приводит к неравномерной работе ДВС, повышению показателя токсичности выбрасываемых ОГ и увеличению расхода топлива.
Из заявки DE 19828279 известны средства координации или согласования работы поршней отдельных цилиндров многоцилиндрового ДВС, позволяющие компенсировать обусловленные производственными допусками и износом различия в характеристиках расхода топлива через клапанные форсунки, используемые для впрыскивания топлива под высоким давлением. При этом крутящие моменты, развиваемые поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, взаимно согласуют (т.е. приводят к единой величине) варьированием количества топлива, впрыскиваемого в соответствующие камеры сгорания. Создание всеми поршнями отдельных цилиндров максимально равномерного крутящего момента положительно сказывается на плавности работы ДВС, на показателях токсичности ОГ и на расходе топлива.
В соответствии с DE 19828279 А1 предлагается предусматривать для каждого цилиндра предназначенную для регулирования с упреждением многопараметровую характеристику, которая определяется адаптивно в процессе работы ДВС. В режиме с послойным смесеобразованием согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, обеспечивается регулятором, при этом подобную предназначенную для регулирования с упреждением многопараметровую характеристику можно использовать для снижения нагрузки на регулятор, используемый для согласования крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, и для улучшения динамических показателей. В режиме с гомогенным смесеобразованием по этой многопараметровой характеристике определяется поправочный коэффициент, используемый для коррекции продолжительности впрыскивания. В режиме с гомогенным смесеобразованием выходной сигнал регулятора имеет постоянную во времени величину, т.е. регулятор пассивен, а управление согласованием крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, осуществляется только на основании значений, выбираемых по многопараметровой характеристике.
Однако согласно заявке DE 19828279 А1 управляемое согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, в режиме с гомогенным смесеобразованием происходит только с учетом статического рассогласования расхода топлива через различные форсунки, т.е. анализу подвергаются только циклы впрыскивания большой продолжительности. При этом величины динамического рассогласования расхода не учитываются. В результате рассогласование крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров, можно корректировать только при значительной длительности впрыскивания, т.е. в тех случаях, когда ДВС должен развивать высокий крутящий момент и работать с высокой нагрузкой. В отличие от этого при малой продолжительности впрыскивания, например при холостом ходе ДВС, не обеспечивается достаточная степень компенсации рассогласования крутящих моментов, что приводит к неравномерной работе ДВС.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать способ согласования крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, таким образом, чтобы обеспечить возможность коррекции рассогласования крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров, и при малой, и при значительной продолжительности впрыскивания, а также при работе ДВС как в первом, так и во втором режимах.
В соответствии с изобретением в отношении способа указанного в начале описания типа эта задача решается благодаря тому, что:
- определяют в нескольких рабочих точках и сохраняют значения предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов, необходимых для коррекции рассогласования крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах,
- на основании этих предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов определяют величины статического и динамического рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку и
- на основании полученных значений рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку корректируют количество впрыскиваемого в камеру сгорания топлива.
Преимущества изобретения
Таким образом, согласно изобретению предлагается сначала определять в нескольких рабочих точках предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты для отдельных цилиндров ДВС. Рабочая точка ДВС определяется, в частности, количеством и составом рабочей смеси, наполняющей цилиндр. Затем эти поправочные коэффициенты после их определения сохраняются в памяти.
Основная причина рассогласования крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров ДВС, состоит в разбросе параметров отдельных клапанных форсунок, прежде всего в разбросе значений расхода топлива через них. Таким образом, рассогласование значений расхода топлива достаточно точно отражают рассогласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах. Согласно изобретению, в котором эффективно используется подобная взаимосвязь, на основании сохраненных в памяти поправочных коэффициентов, предназначенных для коррекции параметров впрыскивания, сначала при нормальной работе ДВС в режиме с послойным и/или гомогенным смесеобразованием определяют величины рассогласования расхода топлива через клапанные форсунки. После этого для согласования крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров, на основании выявленных рассогласований расхода топлива через клапанные форсунки корректируют количество впрыскиваемого в соответствующие камеры сгорания топлива.
Под статическим рассогласованием понимается величина устанавливающегося в статическом состоянии при полностью открытой клапанной форсунке отклонения расхода через нее топлива от номинальной величины. Динамическое рассогласование определяется как величина устанавливающего в статическом состоянии отклонения расхода плюс величина отклонения, возникающего в динамике при открытии и закрытии клапанной форсунки. На количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания цилиндра через клапанную форсунку, и тем самым на развиваемый поршнем этого цилиндра крутящий момент решающее влияние главным образом оказывает величина динамического рассогласования расхода топлива через соответствующую форсунку.
Благодаря тому, что согласно изобретению на основании сохраненных в памяти поправочных коэффициентов, предназначенных для коррекции параметров впрыскивания, определяют величины не только статического, но и динамического рассогласования расхода топлива через отдельные клапанные форсунки ДВС и учитывают эти величины для коррекции количества впрыскиваемого в камеру сгорания топлива, в любой рабочей точке ДВС обеспечивается плавная и равномерная его работа как в режиме с послойным, так и в режиме с гомогенным смесеобразованием.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты предлагается определять только в первом режиме работы, т.е. в режиме с послойным смесеобразованием. Таким образом, в режиме с послойным смесеобразованием рассогласование крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров, полностью компенсируется регулятором, координирующим или согласующим работу поршней отдельных цилиндров. При этом существует пропорциональная зависимость между количеством впрыскиваемого топлива и развиваемым ДВС крутящим моментом. Выдаваемое регулятором регулирующее воздействие соответствует при этом поправочному коэффициенту, предназначенному для коррекции параметров впрыскивания. Таким образом, в режиме с послойным смесеобразованием поправочные коэффициенты могут определяться с особо высокой точностью, что позволяет полностью устранить различия в крутящих моментах, создаваемых поршнями различных цилиндров ДВС.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты для отдельных цилиндров предлагается определять в первом и втором режимах работы, т.е. и в режиме с гомогенным смесеобразованием. Рассмотренная выше система регулирования, предназначенная для координации или согласования работы поршней отдельных цилиндров, эффективна только для режима с послойным смесеобразованием, поскольку в режиме с гомогенным смесеобразованием не обеспечивается пропорциональная зависимость между количеством впрыскиваемого топлива и крутящим моментом. Тем не менее в этом случае может использоваться адаптивное регулирование, позволяющее с относительно большим шагом уменьшать, предпочтительно сводить к нулю, рассогласование крутящих моментов. При этом определяется необходимый для этого поправочный коэффициент, предназначенный для коррекции параметров впрыскивания. Использование адаптивного метода регулирования, обеспечивающего коррекцию параметров впрыскивания в каждом случае только для двух цилиндров с наибольшими величинами рассогласования, позволяет уменьшить разброс в величинах количества топлива, впрыскиваемого в отдельные цилиндры, и тем самым разброс в величинах крутящего момента, создаваемого поршнями отдельных цилиндров.
Несмотря на то, что предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты, определенные в режиме с гомогенным смесеобразованием, имеют меньшую точность по сравнению с поправочными коэффициентами, определенными в режиме с послойным смесеобразованием, тем не менее они благодаря сгоранию рабочей смеси с коэффициентом избытка воздуха, равным 1, обладают более высокой надежностью или достоверностью прежде всего по мере увеличивающего износа узлов ДВС.
При наличии же информации об индивидуальном для каждого цилиндра коэффициенте избытка воздуха рассогласование крутящих моментов можно компенсировать с помощью регулятора и в режиме с гомогенным смесеобразованием. При этом следует отметить, что в отличие от режима с послойным смесеобразованием в режиме с гомогенным смесеобразованием зависимость между количеством впрыскиваемого топлива и развиваемым ДВС крутящим моментом является нелинейной.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения на основании предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов, определенных в первом режиме работы, и на основании предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов, определенных во втором режиме работы, предлагается определять общую величину статического и динамического рассогласования расхода и на основании этой величины осуществлять коррекцию количества впрыскиваемого в камеру сгорания топлива. При этом общие величины рассогласования расхода можно определять на основании предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов с помощью различных математических действий или операций. В качестве примера таких операций можно назвать усреднение, взвешивание или фильтрацию значений таких поправочных коэффициентов.
Общие величины рассогласования расхода можно определять на основании поправочных коэффициентов различными путями. Так, например, общую величину статического рассогласования расхода можно определять на основании величин статического рассогласования расхода, полученных в режиме с послойным и в режиме с гомогенным смесеобразованием. Равным образом на основании величин динамического рассогласования расхода, полученных в режиме с послойным и в режиме с гомогенным смесеобразованием, можно определять общую величину динамического рассогласования расхода. В другом варианте для определения общей величины статического, соответственно динамического рассогласования расхода можно использовать и величины статического, и величины динамического рассогласования расхода.
Другая возможность определения общего рассогласования расхода состоит в использовании в качестве общей величины рассогласования расхода полученных в режиме с послойным смесеобразованием значений статического и динамического рассогласований расхода, если определенные в режиме с послойным, соответственно в режиме с гомогенным смесеобразованием значения рассогласования расхода в первом приближении совпадают. Если же значения рассогласования расхода, полученные в режиме с послойным, соответственно в режиме с гомогенным смесеобразованием, не совпадают, то в качестве общих величин рассогласования расхода используются значения статического и динамического рассогласований расхода, полученные в режиме с гомогенным смесеобразованием. Хотя в последнем случае и существует вероятность не полной компенсации рассогласования крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров, тем не менее подобные значения являются гораздо более достоверными по сравнению со значениями рассогласования расхода, полученными в режиме с послойным смесеобразованием, и поэтому им следует отдавать предпочтение.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения для согласования крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах, в качестве предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов предлагается использовать регулирующие воздействия регулятора, необходимые для коррекции величин рассогласования крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров. При этом определение и сохранение в памяти поправочных коэффициентов, предназначенных для коррекции параметров впрыскивания, происходит известным из заявки DE 19828279 А1 способом. В этом отношении эта публикация DE 19828279 А1 включена в настоящее описание в качестве ссылки.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления изобретения для коррекции количества впрыскиваемого в камеру сгорания топлива предлагается варьировать продолжительность впрыскивания топлива клапанной форсункой. В этом случае на основании обеих, определенных для каждого цилиндра поправок, т.е. величины статического и величины динамического рассогласования расхода, корректируется количество топлива, впрыскиваемого через соответствующую клапанную форсунку. При этом каждое из значений продолжительности впрыскивания корректируется путем умножения на соответствующую величину статического рассогласования расхода и путем сложения со значением динамического рассогласования расхода.
Полученные значения предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов, используемых для согласования крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров, предпочтительно сохранять в виде многопараметровой характеристики. Подобную многопараметровую характеристику предпочтительно сохранять в памяти блока управления ДВС. Такая многопараметровая характеристика отражает зависимость поправочных коэффициентов, во-первых, от частоты вращения вала ДВС и, во-вторых, от развиваемого этим ДВС крутящим моментом. В процессе работы ДВС блок управления может в этом случае обращаться к сохраненным в его памяти поправочным коэффициентам, предназначенным для коррекции параметров впрыскивания, определять величины соответствующего рассогласования расходов топлива через отдельные клапанные форсунки и соответствующим образом корректировать количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления изобретения при значительной продолжительности впрыскивания соответствующий рабочей точке поправочный коэффициент, предназначенный для коррекции параметров впрыскивания, предлагается использовать в качестве величины статического рассогласования расхода. При больших значениях продолжительности впрыскивания такой поправочный коэффициент позволяет получить достоверное значение статического рассогласования расхода, поскольку влияние динамического рассогласования, т.е. рассогласования, обусловленного характеристиками открытия и закрытия клапанной форсунки, с увеличением продолжительности впрыскивания уменьшается.
Аналогичным образом в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения при малой продолжительности впрыскивания соответствующий рабочей точке поправочный коэффициент, предназначенный для коррекции параметров впрыскивания, предлагается использовать в качестве величины динамического рассогласования расхода. Такая возможность обусловлена тем, что с уменьшением продолжительности впрыскивания, т.е. с сокращением промежутка времени, в течение которого клапанная форсунка открывается, соответственно закрывается, влияние динамического рассогласования на общую величину рассогласования расхода топлива через эту форсунку возрастает.
Предлагаемое в изобретении решение позволяет расширить производственные допуски на клапанные форсунки. Такая возможность создается благодаря индивидуальному для каждого цилиндра определению характерных особенностей работы каждой из клапанных форсунок и учету этих характерных особенностей при координации или согласовании крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров. Помимо этого при коррекции рассогласований крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров, согласно изобретению учитываются также величины динамического рассогласования расхода топлива через соответствующую клапанную форсунку, что прежде всего при малой продолжительности впрыскивания полностью скомпенсировать рассогласование крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров.
Особое значение имеет реализация предлагаемого в изобретении способа на базе элемента управления, предназначенного для блока управления ДВС, прежде всего ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива. При этом в памяти такого элемента хранится программа, ориентированная на выполнение в вычислительном устройстве, прежде всего в микропроцессоре, блока управления и предназначенная для осуществления предлагаемого в изобретении способа. Таким образом, в этом случае предлагаемое в изобретении решение реализуется с помощью хранящейся в памяти элемента управления программы, и поэтому подобный элемент управления с заложенной в него программой является одним из объектов изобретения аналогично описанному выше способу, для осуществления которого предназначена эта программа. В качестве элемента управления можно использовать прежде всего электрический носитель данных, например постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или флэш-память.
В отношении двигателя внутреннего сгорания указанного в начале описания типа поставленная в изобретении задача решается благодаря тому, что его блок управления позволяет
- определять в нескольких рабочих точках и сохранять значения предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов, необходимых для коррекции рассогласования крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах,
- определять величины статического и динамического рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку на основании этих предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов и
- корректировать количество впрыскиваемого в камеру сгорания топлива на основании полученных значений рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку.
Помимо этого в отношении блока управления, предназначенного для ДВС указанного в начале описания типа, поставленная в изобретении задача решается благодаря тому, что такой блок управления позволяет
- определять в нескольких рабочих точках и сохранять значения предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов, необходимых для коррекции рассогласования крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах,
- определять величины статического и динамического рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку на основании этих предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов и
- корректировать количество впрыскиваемого в камеру сгорания топлива на основании полученных значений рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку.
При этом в качестве поправочных коэффициентов, предназначенных для коррекции параметров впрыскивания, предпочтительно использовать регулирующие воздействия регулятора, обеспечивающего согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах.
Чертежи
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичное изображение предпочтительного варианта выполнения предлагаемого в изобретении ДВС,
на фиг.2 - другое схематичное изображение ДВС по фиг.1 и
на фиг.3 - схема предпочтительного варианта выполнения предлагаемого в изобретении блока управления.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг.1 схематично показан устанавливаемый на транспортном средстве двигатель 1 внутреннего сгорания (ДВС) с непосредственным впрыскиванием топлива, в цилиндре 3 которого с возможностью возвратно-поступательного движения установлен поршень 2. ДВС 1 имеет z цилиндров 3. В каждом из цилиндров 3 имеется камера 4 сгорания, которая ограничена, в частности, поршнем 2, впускным клапаном 5 и выпускным клапаном 6. Впускной клапан 5 управляет соединением цилиндра с впускным трубопроводом 7, а выпускной клапан 6 управляет его соединением с выпускным трубопроводом 8.
В зоне впускного клапана 5 и выпускного клапана 6 в камеру 4 сгорания выступают клапанная форсунка 9 и свеча 10 зажигания. Клапанная форсунка 9 служит для впрыскивания топлива под высоким давлением во впускной трубопровод 7. Свеча 10 зажигания предназначена для воспламенения поступившего в камеру 4 сгорания топлива. Впрыскивание топлива в камеру 4 сгорания может происходить на такте сжатия при работе ДВС в первом режиме (в режиме с послойным смесеобразованием) и на такте впуска при работе ДВС во втором режиме (в режиме с гомогенным смесеобразованием). Переключение между обоими этими режимами может происходить во время работы ДВС 1.
В результате расширения газов, образующихся при сгорании топлива в камере 4 сгорания, поршень 2 приводится в возвратно-поступательное движение, которое передается на коленчатый вал 11 (см. фиг.2) и развивает на последнем крутящий момент M_ik.
На коленчатом валу 11 установлен зубчатый диск 12, угловое положение которого регистрируется датчиком 13. На цилиндре 3 установлен еще один датчик 14, который, например, регистрирует достижение поршнем 2 его верхней мертвой точки (ВМТ), разделяющей два рабочих цикла четырехтактного ДВС. Сигналы, выдаваемые датчиками 13 и 14, поступают в блок 15 управления, который в рабочей точке k ДВС 1 генерирует командный импульс t_ik на впрыскивание, обеспечивающий срабатывание клапанной форсунки 9 в одном из цилиндров i (i=l...z). К параметрам, определяющим рабочую точку k, относятся, в частности, количество и состав рабочей смеси, наполняющей цилиндр.
Внутреннее устройство блока 15 управления схематично изображено на фиг.3. В этом блоке 15 управления известным из DE 19828279 А1 способом с помощью соответствующих регуляторов R_i (i=l...z), например пропорционально-интегральных регуляторов (ПИ-регуляторов), для каждого из цилиндров i ДВС 1 формируются значения r_ik поправочных коэффициентов, предназначенных для коррекции параметров впрыскивания. В этом отношении указанная публикация DE 19828279 А1 включена в настоящее описание в качестве ссылки. Сигналы от датчиков 13,14 цилиндра i поступают в эти регуляторы R_i.
Указанные поправочные коэффициенты r_ik, предназначенные для коррекции параметров впрыскивания, представляют собой коэффициенты, необходимые для коррекции рассогласования M_f_ik крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах i ДВС 1. Полученные значения этих поправочных коэффициентов r_ik сохраняются в индивидуальной для каждого цилиндра многопараметровой характеристике K_i (i=l...z) в функции рабочей точки. Для определения рабочей точки k такие многопараметровые характеристики K_i устанавливают зависимость выходного параметра от двух или более входных параметров, которыми в данном случае являются частота вращения n_k и крутящий момент M_k ДВС 1.
Поправочные коэффициенты r_ik, предназначенные для коррекции параметров впрыскивания, определяются для отдельных цилиндров i при работе ДВС как в режиме с послойным, так и с гомогенным смесеобразованием. В режиме с послойным смесеобразованием рассогласование M_f_ik крутящих моментов по отдельным цилиндрам полностью компенсируется соответствующим регулятором R_i. При этом существует пропорциональная зависимость между количеством впрыскиваемого топлива и развиваемым ДВС 1 крутящим моментом M_k. Выдаваемые регулятором R_i регулирующие воздействия соответствуют при этом поправочному коэффициенту r_ik, предназначенному для коррекции параметров впрыскивания. Таким образом, в режиме с послойным смесеобразованием поправочные коэффициенты r_ik могут определяться с особо высокой точностью, что позволяет полностью устранить различия M_f_ik в крутящих моментах, создаваемых поршнями различных цилиндров i ДВС 1.
Рассмотренная выше система регулирования эффективна только для режима с послойным смесеобразованием, поскольку в режиме с гомогенным смесеобразованием не обеспечивается пропорциональная зависимость между количеством впрыскиваемого топлива и крутящим моментом M_k. Тем не менее в этом случае может использоваться адаптивное регулирование, позволяющее с относительно большим шагом уменьшать, предпочтительно сводить к нулю, рассогласование M_f_ik крутящих моментов. При этом определяется необходимый для этого поправочный коэффициент r_ik, предназначенный для коррекции параметров впрыскивания. Несмотря на то, что подобные поправочные коэффициенты r_ik, определенные в режиме с гомогенным смесеобразованием, имеют меньшую точность, тем не менее они благодаря сгоранию рабочей смеси с коэффициентом избытка воздуха, равным 1, обладают более высокой надежностью или достоверностью.
При наличии же информации об индивидуальном для каждого цилиндра коэффициенте избытка воздуха рассогласование M_f_ik крутящих моментов можно компенсировать с помощью регулятора R_i и в режиме с гомогенным смесеобразованием вплоть до значения коэффициента избытка воздуха, равного примерно 0,85. При этом следует отметить, что в отличие от режима с послойным смесеобразованием в режиме с гомогенным смесеобразованием зависимость между количеством впрыскиваемого топлива и развиваемым ДВС 1 крутящим моментом M_k является нелинейной.
После этого на основании предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов r_ik в функциональном блоке 17 определяются величины статического q_stat и динамического q_dyn рассогласования расходов. При работе ДВС 1 в режиме с послойным смесеобразованием величины рассогласования q_stat, q_dyn расходов определяются на основании значений формируемых регуляторами R_i поправочных коэффициентов r_ik, предназначенных для коррекции параметров впрыскивания. При работе ДВС 1 в режиме с гомогенным смесеобразованием такие поправочные коэффициенты r_ik определяются для каждой из рабочих точек k по многопараметровой характеристике K_i. Переключение между режимами с послойным смесеобразованием (положение "S") и гомогенным смесеобразованием (положение "Н") осуществляется переключателями 18. Срабатывание переключателей 18 осуществляется по соответствующему управляющему сигналу, выдаваемому управляющим устройством 19 блока 15 управления. Это управляющее устройство 19 определяет текущий режим работы ДВС 1 в зависимости от различных рабочих параметров 20 ДВС 1.
В соответствии с изобретением при значительной продолжительности t_ik впрыскивания соответствующее рабочей точке k значение предназначенного для коррекции параметров впрыскивания поправочного коэффициента r_ik используется в функциональном блоке 17 в качестве величины статического рассогласования q_stat расхода, поскольку динамическое рассогласование q_dyn расхода с увеличением продолжительности t_ik впрыскивания, т.е. с увеличением промежутка времени, в течение которого клапанная форсунка 9 открывается, соответственно закрывается, уменьшается. При малой продолжительности t_ik впрыскивания соответствующее рабочей точке k значение предназначенного для коррекции параметров впрыскивания поправочного коэффициента r_ik используется в качестве величины динамического рассогласования q_dyn расхода, поскольку влияние статического рассогласования q_stat расхода с сокращением продолжительности t_ik впрыскивания, т.е. с сокращением промежутка времени, в течение которого клапанная форсунка 9 остается открытой, уменьшается.
На основании полученных для отдельных цилиндров i значений поправочных коэффициентов r_ik устройство 21 обработки блока 15 управления определяет величину скорректированной продолжительности t_ik впрыскивания для конкретного цилиндра i в конкретной рабочей точке k. Иными словами, каждое из рассчитанных значений продолжительности впрыскивания корректируется путем умножения на соответствующую величину статического рассогласования расхода q_stat, соответственно путем сложения со значением динамического рассогласования q_dyn расхода. Помимо этого в устройстве 21 обработки полученные значения t_ik продолжительности впрыскивания могут подвергаться фильтрации или нормированию.
Таким образом, в соответствии с рассмотренным выше подходом сначала определяются предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты r_ik. В режиме с послойным смесеобразованием, а также в режиме с гомогенным смесеобразованием вплоть до величины коэффициента избытка воздуха, равной 0,85, величины рассогласования M_f_ik крутящего момента уменьшаются с помощью регулятора R_i до нуля. При этом выдаваемые регулятором R_i воздействия соответствуют предназначенным для коррекции параметров впрыскивания поправочным коэффициентам r_ik. При работе в режиме с послойным смесеобразованием между количеством впрыскиваемого топлива и развиваемым ДВС крутящим моментом существует пропорциональная зависимость, а в режиме с гомогенным смесеобразованием вплоть до величины коэффициента избытка воздуха, равной 0,85, существует нелинейная зависимость. Предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты r_ik сохраняются в памяти блока 15 управления в виде индивидуальных для каждого цилиндра многопараметровых характеристик K_i.
При работе ДВС 1 на основании поправочных коэффициентов r_ik, сохраненных в памяти в виде многопараметровых характеристиках K_i для определенной рабочей точки k, определяются величины статического q_stat и динамического q_dyn рассогласования расхода. Далее в зависимости от этих величин рассогласования q_stat, q_dyn расхода корректируется количество впрыскиваемого в камеры 4 сгорания топлива, благодаря чему поршень каждого из цилиндров i вне зависимости от степени погрешности или рассогласования, присущей каждой отдельной клапанной форсунке 9, развивает одинаковый крутящий момент M_ik, что положительно сказывается на плавности работы ДВС 1, на показателях токсичности выбросов ОГ и на расходе топлива.
Предлагаемое в изобретении решение позволяет расширить производственные допуски на клапанные форсунки 9. Такая возможность создается благодаря тому, что при коррекции рассогласований M_f_ik крутящих моментов учитываются также величины динамического рассогласования q_dyn расхода, а также благодаря индивидуальному для каждого цилиндра определению характерных особенностей работы каждой из клапанных форсунок 9 ДВС 1 и учета этих характерных особенностей при координации или согласовании крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах.
1. Способ управления работой многоцилиндрового двигателя (1) внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива, при этом впрыскивание топлива в камеру (4) сгорания этого ДВС через клапанную форсунку (9) осуществляют на такте сжатия в первом режиме работы и на такте впуска во втором режиме работы, а также осуществляют переключение между указанными режимами работы и взаимно согласуют крутящие моменты, развиваемые поршнями в отдельных цилиндрах ДВС, причем указанное согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах, осуществляют в первом режиме работы с помощью регулятора, отличающийся тем, что определяют в нескольких рабочих точках (k) и сохраняют значения предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik), необходимых для коррекции рассогласования (M_f_ik) крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах (i), на основании этих предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik) определяют величины статического (q_stat) и динамического (q_dyn) рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку (9) и на основании полученных значений рассогласования (q_stat, q_dyn) расхода топлива через клапанную форсунку (9) корректируют количество впрыскиваемого в камеру (4) сгорания топлива.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты (r_ik) определяют только в первом режиме работы.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты (r_ik) определяют в первом и втором режимах работы.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что на основании предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik), определенных в первом режиме работы, и на основании предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik), определенных во втором режиме работы, определяют общую величину статического (q_stat) и динамического (q_dyn) рассогласования расхода и на основании этой величины осуществляют коррекцию количества впрыскиваемого в камеру (4) сгорания топлива.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что для согласования крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах, в качестве предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik) используют регулирующие воздействия регулятора, необходимые для коррекции величин рассогласования (M_f_ik) крутящих моментов, развиваемых поршнями отдельных цилиндров (i).
6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что для коррекции количества впрыскиваемого в камеру (4) сгорания топлива варьируют продолжительность впрыскивания.
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что предназначенные для коррекции параметров впрыскивания поправочные коэффициенты (r_ik) сохраняют в виде многопараметровой характеристики (K_i).
8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что при значительной продолжительности впрыскивания соответствующий рабочей точке (k) поправочный коэффициент (r_ik), предназначенный для коррекции параметров впрыскивания, используют в качестве величины статического рассогласования (q_stat) расхода.
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что при малой продолжительности впрыскивания соответствующий рабочей точке (k) поправочный коэффициент (r__ik), предназначенный для коррекции параметров впрыскивания, используют в качестве величины динамического рассогласования (q_dyn) расхода.
10. Блок (15) управления для ДВС (1), прежде всего для ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива, имеющего камеру (4) сгорания с возможностью впрыскивания в нее топлива через клапанную форсунку (9) на такте сжатия в первом режиме работы и на такте впуска во втором режиме работы и регулятор, обеспечивающий по меньшей мере в первом режиме работы согласование крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах, при этом такой блок (15) управления обеспечивает переключение между указанными режимами работы, отличающийся тем, что он позволяет определять в нескольких рабочих точках (k) и сохранять значения предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik), необходимых для коррекции рассогласования (M_f_ik) крутящих моментов, развиваемых поршнями в отдельных цилиндрах (i), определять величины статического (q_stat) и динамического (q_dyn) рассогласования расхода топлива через клапанную форсунку (9) на основании этих предназначенных для коррекции параметров впрыскивания поправочных коэффициентов (r_ik) и корректировать количество впрыскиваемого в камеру (4) сгорания топлива на основании полученных значений рассогласования (q_stat, q_dyn) расхода топлива через клапанную форсунку (9).
