Способ (варианты) и система регулирования мощности нагрева кислородного датчика для уменьшения его деградации под действием воды
Изобретение относится к способу и системе регулирования мощности нагрева нагревателя кислородного датчика в целях снижения вероятности его деградации под действием воды. Согласно одному примеру способ для двигателя содержит регулирование мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика, когда указанная мощность увеличивается на пороговую величину. Способ содержит последующее увеличение мощности нагрева обратно до базового уровня мощности в ответ на снижение температуры нагревательного элемента. Техническим результатом является уменьшение деградации датчика кислорода. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США №61/877,853 «Способ и система регулирования мощности нагревателя кислородного датчика для уменьшения его деградации под действием воды», поданной 13 сентября 2013 года, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и системе регулирования мощности нагрева нагревателя кислородного датчика, в целях снижения вероятности его деградации под действием воды.
Уровень техники
В двигательных системах могут быть использованы один или более датчиков состава газа, таких как кислородные датчики, для измерения концентрации кислорода в воздухе, протекающем через воздушные каналы двигателя. Согласно одному примеру, в составе двигательной системы может быть один или более датчиков (IAO2) содержания кислорода во всасываемом воздухе, расположенных во впускной системе двигателя. Например, датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе может быть расположен во впускном канале после компрессора и охладителя наддувочного воздуха (по ходу воздушного потока), чтобы обеспечивать индикацию потока в контуре системы EGR (от англ. Exhaust Gas Recirculation) рециркуляции отработавшего газа. Согласно другому примеру, двигательная система может содержать один или более датчиков выхлопных газов в выпускной системе двигателя для измерения воздушно-топливного отношения отработавшего газа, выпускаемого из двигателя. При определенных условиях работы двигателя, например, при запуске из холодного состояния или при образовании конденсата, вода может появляться в виде капель и вступать в контакт с кислородным датчиком. Когда вода контактирует с кислородным датчиком, температура датчика понижается. В результате, производится увеличение мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика, чтобы увеличить температуру датчика. Когда мощность нагрева увеличивается и действует в течение продолжительного времени, когда вода присутствует на кислородном датчике, нагревательный элемент может треснуть, и тем самым характеристики кислородного датчика ухудшатся, т.е. произойдет деградация датчика.
Раскрытие изобретения
Согласно одному примеру, вышеописанная проблема может быть решена посредством способа регулирования мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика в ответ на увеличение указанной мощности на пороговую величину. Индикация присутствия водяных капель на кислородном датчике может быть обеспечена, когда мощность нагрева превышает базовый уровень мощности на определенную пороговую величину. Таким образом, мощность нагрева может быть отрегулирована, чтобы снизить деградацию нагревательного элемента кислородного датчика, вызванную присутствием воды на датчике.
Согласно одному примеру, мощность нагрева нагревательного элемента кислородного датчика может быть уменьшена в ответ на появление воды на нагревательном элементе. Согласно одному примеру, индикация контакта воды с кислородным датчиком может быть обеспечена, когда мощность нагрева увеличивается выше базового уровня мощности на пороговую величину. Согласно другому примеру, индикация контакта воды с кислородным датчиком может быть обеспечена, когда ток накачки кислородного датчика уменьшается на пороговую величину. В некоторых примерах, уменьшение мощности нагрева может заключаться в отключении питания нагревательного элемента. По истечении определенного периода снижения мощности нагрева, питание нагревателя может быть снова включено, и мощность нагрева может быть увеличена до базового уровня мощности. Указанный период может быть либо определен заранее, либо может зависеть от того, когда температура нагревательного элемента упадет ниже пороговой температуры, при этом пороговая температура может равняться пороговой температуре растрескивания нагревательного элемента. Таким образом, снижение мощности нагрева, когда происходит индикация присутствия воды на кислородном датчике, может снизить деградацию кислородного датчика, вызванную растрескиванием нагревательного элемента.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые определены и единственным образом изложены далее в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых выше или в любой части данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 схематически изображает пример двигательной системы, содержащей один или более кислородных датчиков.
Фиг. 2 изображает блок-схему алгоритма способа регулирования мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика, в ответ на обнаружение присутствия воды на кислородном датчике.
Фиг. 3 изображает блок-схему алгоритма способа определения параметров для способа регулирования мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика, в зависимости от расположения кислородного датчика.
Фиг. 4 представляет пример графиков изменения параметров работы кислородного датчика в ответ на присутствие воды на указанном датчике.
Осуществление изобретения
Последующее описание относится к системам и способам регулирования мощности нагрева кислородного датчика. Двигательная система, такая как система, изображенная на фиг. 1, может содержать один или более кислородных датчиков. Согласно одному примеру, датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе может быть расположен во впускном канале двигателя. Согласно другому примеру, датчик содержания кислорода в отработавшем газе может быть расположен в выпускном канале двигателя. Каждый из указанных одного или более кислородных датчиков содержит нагревательный элемент с регулируемой мощностью нагрева. Когда вода вступает в контакт с нагревательным элементом кислородного датчика, мощность нагрева может увеличиваться. Если мощность нагрева поддерживать на повышенном уровне, нагревательный элемент может треснуть, что вызовет деградацию кислородного датчика. Согласно некоторым примерам, какие показаны на фиг. 2-3, способ может содержать регулирование мощности нагрева, в основе чего лежит индикация присутствия воды на кислородном датчике. Согласно некоторым примерам, мощность нагрева можно уменьшать в ответ на начальное увеличение мощности нагрева и/или в ответ на уменьшение тока накачки кислородного датчика, что является признаком появления капель воды на датчике. Пример операций регулирования мощности нагрева в ответ на появление капель воды показан на фиг. 4. Когда происходит индикация присутствия воды на кислородном датчике, за счет поддержания уменьшенной мощности нагрева на протяжении некоторого времени, деградация кислородного датчика может быть уменьшена.
На фиг. 1 схематически изображен пример двигателя 10, который может быть включен в состав движительной системы автомобиля. На фиг. 1 двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами или камерами 30 сгорания. Однако, согласно настоящему изобретению, можно использовать любое число цилиндров. Управление двигателем 10 может осуществляться, по меньшей мере, частично посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12, и посредством команды оператора 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала РР (от англ. Pedal Position) пропорционального положению педали. Каждая камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки и расположенный внутри них поршень (не показан). Поршни могут быть связаны с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан, по меньшей мере, с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему 150 коробки передач. Кроме того, с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан мотор стартера для осуществления запуска двигателя 10. Коленчатый вал 40 может также использоваться для привода генератора переменного тока (на фиг. 1 не показан).
Крутящий момент с выхода двигателя может передаваться на преобразователь крутящего момента (не показан) с целью привода системы 150 автоматической коробки передач. Также для приведения автомобиля в движение могут быть задействованы одна или более муфт, включая муфту 154 прямого хода. Согласно одному примеру, преобразователем крутящего момента можно называть некоторый компонент системы 150 коробки передач. Кроме того, система 150 коробки передач может содержать ряд зубчатых муфт 152, которые можно приводить в зацепление, как требуется, чтобы активировать ряд фиксированных передаточных отношений коробки передач. Точнее, путем регулирования зацепления ряда зубчатых муфт 152 коробку передач можно переключать в интервале между повышенной передачей (например, передачей с более низким передаточным отношением) и пониженной передачей (например, передачей с более высоким передаточным отношением). Как таковая, разница передаточных отношений позволяет получить в коробке передач умножение крутящего момента на более низкий коэффициент, когда коробка передач включена на повышенную передачу, и позволяет получить умножение крутящего момента на более высокий коэффициент, когда коробка передач включена на пониженную передачу. В транспортном средстве может быть предусмотрено четыре передачи, причем четвертая передача (передача 4) является наивысшей возможной передачей, а первая передача (передача 1) является наинизшей возможной передачей. В других вариантах, в транспортном средстве может быть предусмотрено более или менее четырех передач. Контроллер может переключать коробку передач (например, переключать коробку на более высокую или более низкую передачу), чтобы регулировать величину крутящего момента, передаваемого через коробку передач и преобразователь момента к колесам 156 транспортного средства (например, крутящего момента от вала двигателя).
Когда происходит переключение коробки передач на более низкую передачу, число (Ne (от нем. Nutzleistung) или RPM (от англ. Revolutions Per Minute)) оборотов двигателя возрастает, увеличивая воздушный поток через двигатель. Разрежение во впускном коллекторе, создаваемое работающим двигателем, может увеличиваться при более высоких оборотах. Согласно некоторым примерам, переключение коробки на более низкую передачу можно использовать для увеличения воздушного потока в двигателе и удаления конденсата, накопившегося в охладителе 80 наддувочного воздуха (САС, от англ. Charge Air Cooler).
Камеры 30 сгорания могут принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44, и могут выпускать отработавшие газы через выпускной коллектор 46 в сторону выпускного канала 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Показано, что топливные форсунки 50 связаны непосредственно с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива в камеру пропорционально длительности импульса FPW (от англ. Fuel Pulse Width), принимаемого от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания, однако, следует понимать, что также возможен и впрыск топлива во впускной канал. Топливо может доставляться к топливной форсунке 50 посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива.
В ходе процесса, называемого зажиганием, осуществляется воспламенение введенного топлива при помощи известных средств зажигания, таких как искровая свеча 52, что приводит к горению топлива. Временем (фазой) осуществления искрового зажигания можно управлять так, чтобы искра возникала до момента времени, который указан производителем, (с опережением), или после момента времени, указанного производителем, (с запаздыванием). Например, искру можно подавать с запаздыванием относительно фазы предельного вращающего момента (МВТ, от англ. Maximum Break Torque) для ограничения детонационного стука двигателя, или с опережением при условиях повышенной влажности. В частности, искру можно подавать с опережением, чтобы компенсировать низкую скорость горения топлива. Согласно одному примеру, искру можно подавать с запаздыванием при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. Согласно другому варианту осуществления изобретения, для зажигания введенного топлива можно использовать воспламенение от сжатия.
Впускной коллектор 44 может принимать воздух из впускного канала 42. Впускной канал 42 содержит дроссель 21, у которого имеется заслонка 22 для регулирования воздушного потока, следующего к впускному коллектору 44. В данном конкретном примере, положение (TP) дроссельной заслонки 22 может варьировать посредством контроллера 12, чтобы осуществить электронное управление дросселем (ETC, от англ. Electronic Throttle Control). Таким образом, дроссель 21 можно приводить в действие, чтобы изменять поток всасываемого воздуха, подаваемого в камеры 30 сгорания. Например, контроллер 12 может отрегулировать дроссельную заслонку 22, чтобы увеличить отверстие дросселя 21. Увеличение отверстия дросселя 21 может привести к увеличению количества воздуха, подаваемого во впускной коллектор 44. В другом случае отверстие дросселя 21 может быть уменьшено или полностью закрыто, чтобы перекрыть поступление воздуха во впускной коллектор 44. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, во впускном канале 42 могут присутствовать дополнительные дроссели, например, дроссель (не показан), расположенный по потоку выше компрессора 60.
Далее, согласно раскрываемым вариантам осуществления изобретения, система EGR (от англ. Exhaust Gas Recirculation) рециркуляции отработавшего газа может направлять требуемую часть отработавшего газа из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал EGR, например, канал 140 системы EGR высокого давления. Количество отработавшего газа, передаваемого по контуру EGR во впускной канал 42, может изменяться при помощи контроллера 12 посредством клапана EGR, например, посредством клапана 142 системы EGR высокого давления. При некоторых условиях систему EGR можно использовать для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. На фиг. 1 показана система EGR высокого давления, в которой отработавший газ передается по каналу 140 контура EGR из точки по потоку выше турбины турбонагнетателя в точку по потоку ниже компрессора турбонагнетателя. На фиг. 1 также показана система EGR низкого давления, в которой отработавший газ передается по каналу 157 контура EGR из точки по потоку ниже турбины турбонагнетателя в точку по потоку выше компрессора турбонагнетателя. Клапан 155 системы EGR низкого давления может управлять количеством отработавшего газа, подаваемого во впускной канал 42. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, двигатель может содержать как систему EGR высокого давления, так и систему EGR низкого давления, как показано на фиг. 1. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, двигатель может содержать либо систему EGR низкого давления, либо систему EGR высокого давления. Когда система EGR задействована, она может вызывать образование конденсата из сжатого воздуха, особенно, когда сжатый воздух охлаждается охладителем наддувочного воздуха, что более подробно будет рассмотрено ниже.
Двигатель 10 может дополнительно содержать устройство сжатия воздуха, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, которое содержит, по меньшей мере, компрессор 60, установленный во впускном канале 42. В случае турбонагнетателя, компрессор 60 может, по меньшей мере, частично приводиться в движение турбиной 62, например, через вал или иное связующее устройство. Турбина 62 может быть установлена в выпускном канале 48. Для привода компрессора могут быть предусмотрены различные устройства. В случае нагнетателя, компрессор 60 может, по меньшей мере, частично приводиться в движение двигателем и/или электрическим генартором, и может быть не оснащен турбиной. Таким образом, величина сжатия, создаваемого в одном или более цилиндрах двигателя посредством турбонагнетателя или нагнетателя, может изменяться посредством контроллера 12.
В варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг. 1, компрессор 60 может приводиться в движение главным образом посредством турбины 62. Турбина 62 может приводиться в движение отработавшими газами, проходящими через выпускной канал 48. Таким образом, задающее движение турбины 62 может приводить в движение компрессор 60. Как таковая, скорость вращения компрессора 60 может определяться скоростью вращения турбины 62. Когда скорость вращения компрессора 60 увеличивается, происходит увеличение давления наддува во впускном канале 42, которое передается во впускной коллектор 44.
Дополнительно, выпускной канал 48 может содержать перепускную заслонку 26 для отведения отработавшего газа от турбины 62. Кроме того, впускной канал 42 может содержать перепускной клапан (или клапан рециркуляции) 27 компрессора (CRV, от англ. Compressor Recirculation Valve), выполненный с возможностью передачи всасываемого воздуха в обход компрессора 60. Перепускной заслонкой 26 и/или CRV 27 может управлять контроллер 12, чтобы открывать заслонку (CRV), когда, например, требуется более низкое давление наддува. Например, в ответ на помпаж компрессора или в ответ на потенциальную угрозу возникновения помпажа контроллер 12 может открывать CRV 27, чтобы снижать давление на выходе компрессора 60. Это может уменьшать интенсивность помпажа или прекращать помпаж компрессора.
Выпускной канал 48 может также содержать датчик 172 выхлопных газов, например, датчик содержания кислорода в отработавшем газе. Датчиком 172 выхлопных газов может служить любой подходящий датчик, который выдает сигнал воздушно-топливного отношения для отработавшего газа, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах, от англ. Universal Exhaust Gas Oxygen), кислородный датчик с двумя состояниями или EGO (от англ. Exhaust Gas Oxygen), или нагреваемый датчик HEGO содержания кислорода в отработавших газах (от англ. Heated Exhaust Gas Oxygen). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, датчик 172 выхлопных газов может быть первым датчиком в ряду датчиков выхлопных газов, расположенных в выпускной системе. Например, по потоку ниже турбины 62 могут быть установлены дополнительные датчики выхлопных газов.
Впускной канал 42 может дополнительно содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (САС) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры всасываемых газов, подвергаемых сжатию турбонагнетателем или нагнетателем. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, охладитель САС 80 может представлять собой воздухо-воздушный теплообменник. Согласно другим вариантам осуществления, охладитель САС 80 может представлять собой воздухо-жидкостной теплообменник. Охладитель САС 80 может также являться охладителем переменного объема. Горячий наддувочный воздух (сжатый воздух) от компрессора 60 поступает на вход охладителя САС 80, охлаждается по мере прохождения через САС, и затем выходит, чтобы далее пройти через дроссель 21 и поступить во впускной коллектор 44. Поток воздуха, находящийся снаружи транспортного средства, может поступить в двигатель 10 через переднюю сторону транспортного средства, пересекая охладитель САС, чтобы помочь охлаждению наддувочного воздуха. В охладителе САС может образовываться и накапливаться конденсат, когда температура наружного воздуха снижается или в условиях влажной и дождливой погоды, когда наддувочный воздух охлаждается ниже температуры точки росы. Также, когда всасываемый воздух, поступающий в охладитель САС, подвергается сжатию (например, давление наддува и/или давление САС превышает атмосферное давление), конденсат может образовываться, если температура охладителя САС падает ниже точки росы. Когда наддувочный воздух содержит отработавшие газы из контура рециркуляции, конденсат может быть кислотообразующим, и может вызывать коррозию корпуса САС. Коррозия может приводить к утечкам всасываемого воздуха в атмосферу, и возможно к утечкам хладагента в случае охладителей воздушно-водяного типа. Кроме того, если конденсат накапливается в охладителе САС, он может засасываться двигателем в моменты, когда воздушный поток увеличивается. В результате, может возникать неустойчивое горение и/или двигатель может работать с перебоями из-за пропусков в зажигании.
Двигатель 10 может дополнительно содержать один или более кислородных датчиков, расположенных во впускном канале 42, или в канале всасывания двигателя. Как таковые, указанные один или более кислородных датчиков можно именовать кислородными датчиками впускной системы. В изображенном варианте осуществления изобретения, кислородный датчик (IAO2) 162 впускной системы расположен по потоку ниже охладителя САС 80, в канале всасывания двигателя. Согласно одному примеру, датчик IAO2 162 может быть расположен на выходе охладителя САС 80. Датчик IAO2 162, как таковой, можно называть кислородным датчиком выхода САС. Согласно другому примеру, датчик IAO2 162 может быть расположен по потоку ниже охладителя САС 80, во впускном коллекторе 44. Согласно еще одному примеру, датчик IAO2 может быть расположен по потоку выше дросселя 21 и ниже охладителя САС 80.
Датчиком IAO2 162 может являться любой датчик, подходящий для индикации концентрации кислорода в наддувочном воздухе (например, воздухе, проходящем через впускной канал 42), например, линейный кислородный датчик, датчик UEGO впускной системы (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), кислородный датчик с двумя состояниями и т.п. При работе, ток накачки кислородного датчика впускной системы может характеризовать количество кислорода в газовом потоке.
Датчик IAO2 162 содержит нагреватель или нагревательный элемент, выполненный с возможностью включения с целью нагревания датчика IAO2 до его рабочей температуры. Точнее, для датчика IAO2 может быть определена заданная температура, например, 800°C. Согласно другому примеру, заданная температура для IAO2 может быть меньше или больше 800°C. Тогда замкнутая система управления датчиком IAO2 может управлять нагревательным элементом, чтобы поддерживать заданную температуру. Например, если температура датчика падает ниже заданной, мощность нагрева нагревательного элемента датчика может быть увеличена, чтобы увеличить температуру датчика. Другими словами, в ответ на падение температуры датчика ниже заданной температуры мощность нагрева нагревательного элемента может быть увеличена выше базового уровня. Другие подробности, касающиеся регулирования мощности нагрева нагревательного элемента для поддержания заданной температуры датчика IAO2, будут рассмотрены ниже. Датчик 172 выхлопных газов также может содержать нагреватель или нагревательный элемент, подобный описанному выше в отношении датчика IAO2 162.
На основе выходного сигнала датчика IAO2 162, для данного момента времени может быть вычислен процент разбавления наддувочного воздуха отработавшим газом из контура системы EGR (например, соотношение отработавшего газа и воздуха во впускном канале двигателя). В частности, когда концентрация кислорода во всасываемом воздухе снижается, можно предполагать увеличение количества отработавшего газа в контуре системы EGR, поскольку присутствие отработавшего газа из контура системы EGR может разбавлять кислород во всасываемом потоке в месте установки датчика IAO2 162. И наоборот, когда концентрация кислорода во всасываемом воздухе увеличивается, можно предполагать снижение количества отработавшего газа в контуре системы EGR. На основе сигнала обратной связи от датчика IAO2 162 контроллер 12 может оценивать процент разбавления наддувочного воздуха отработавшим газом из контура системы EGR. Кроме того, на основе сигнала обратной связи от датчика IAO2 162 контроллер 12 может оценивать количество отработавшего газа, передаваемого в контуре системы EGR, или скорость потока отработавшего газа в контуре системы EGR. Согласно некоторым примерам, контроллер 12 может затем выполнять регулирование одного или более из следующих устройств: клапана 142 системы EGR высокого давления, клапана 155 системы EGR низкого давления, дросселя 21, клапана CRV 27, перепускной заслонки 26, чтобы получить требуемый процент разбавления наддувочного воздуха отработавшим газом из контура системы EGR и/или требуемую скорость потока отработавшего газа в контуре системы EGR.
На фиг. 1 показан контроллер 12 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство (МП) 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенный в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 106, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 108, энергонезависимого запоминающего устройства 110 (ЭЗУ) и шины данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, для реализации различных функций в целях приведения двигателя 10 в действие. Дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, указанные сигналы могут включать: сигнал MAF (от англ. Mass Air Flow) измеренного массового расхода воздуха, наддуваемого в двигатель, от датчика 120 массового расхода; сигнал ЕСТ (от англ. Engine Coolant Temperature) температуры хладагента двигателя от датчика 112, показанного схематически в одном месте в двигателе 10; сигнал PIP (от англ. Profile Ignition Pick-up) профиля зажигания от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; упомянутый выше сигнал TP (от англ. Throttle Position) положения дросселя от датчика положения дроссельной заслонки, и упомянутый выше сигнал MAP (от англ. Manifold Absolute Pressure) абсолютного давления в коллекторе от датчика 122. Сигнал RPM числа оборотов двигателя может быть выработан контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал MAP от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе 44. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, и наоборот. При работе со стехиометрическим отношением, датчик MAP может давать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, указанный датчик, вместе с измеренным числом оборотов двигателя может обеспечивать оценку заряда горючей смеси (включая воздух), вводимой в цилиндр. Согласно одному примеру, датчик 118 на эффекте Холла, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала 40 формировать заданное число равноотстоящих импульсов.
В контроллер 12 могут посылать сигналы и другие датчики, включая датчик 124 температуры и/или давления, установленный на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха, датчик IAO2 162, и датчик 126 давления наддувочного воздуха. Могут присутствовать и другие, не изображенные на чертежах датчики, например, датчик для определения скорости всасываемого воздуха, установленный на входе охладителя наддувочного воздуха, и иные датчики. Согласно некоторым примерам, в постоянное запоминающее устройство 106 могут быть записаны считываемые компьютером данные, представляющие инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством 102 для осуществления способов, которые будут описаны ниже, а также других вариантов, возможность которых предполагается, но которые конкретно не перечислены. Пример алгоритмов представлен на фиг. 2-3.
Система, изображенная на фиг. 1, иллюстрирует систему двигателя, содержащую впускной коллектор, включающий в себя впускной дроссель, охладитель наддувочного воздуха, расположенный по потоку выше впускного коллектора, первый кислородный датчик, расположенный на выходе охладителя наддувочного воздуха, причем кислородный датчик содержит первый нагревательный элемент, и контроллер с инструкциями, считываемыми компьютером, для отключения питания первого нагревательного элемента в ответ на индикацию контакта первого кислородного датчика с водой. Согласно одному примеру, индикация контакта первого кислородного датчика с водой обеспечивается одним или более из следующих фактов: увеличение мощности нагрева первого нагревательного элемента выше базового уровня мощности на первую пороговую величину, или уменьшение тока накачки первого кислородного датчика на вторую пороговую величину. Считываемые компьютером инструкции также содержат последующее включение питания нагревателя после его пребывания в выключенном состоянии в течение некоторого времени, длительность которого зависит от одного или более следующих факторов: времени, необходимого для испарения воды с первого нагревательного элемента, или времени, необходимого для уменьшения температуры первого нагревательного элемента ниже пороговой температуры растрескивания.
Система дополнительно содержит второй кислородный датчик, расположенный в выпускном канале двигателя, при этом второй кислородный датчик содержит второй нагревательный элемент. Считываемые компьютером инструкции дополнительно содержат инструкции для отключения питания второго нагревательного элемента в ответ на индикацию контакта второго кислородного датчика с водой. Индикация контакта второго кислородного датчика с водой обеспечивается одним или более из следующих фактов: увеличение мощности нагрева второго нагревательного элемента выше базового уровня мощности на первую пороговую величину, или уменьшение тока накачки второго кислородного датчика на вторую пороговую величину.
Кислородные датчики двигателя, такие как изображенные на фиг. 1 кислородный датчик 172 выпускной системы и кислородный датчик 162 впускной системы, могут оказываться в условиях, когда датчик контактирует с водой. Например, как показано на фиг. 1, кислородный датчик IAO2 впускной системы расположен по потоку ниже охладителя САС. Как говорилось выше, внутри охладителя может образовываться конденсат, и затем конденсат может выбрасываться из охладителя САС. В результате, выброшенный конденсат может осаждаться на датчике IAO2 (например, забрызгивать его). В условиях запуска двигателя из холодного состояния, кислородные датчики (такие как датчики UEGO) в выпускном канале могут также контактировать с водой, и при этом вода может вступать в контакт с нагревательным элементом.
Как говорилось выше, кислородный датчик (выпускной или впускной системы) может содержать нагревательный элемент для поддержания рабочей температуры датчика. Когда вода находится в контакте с кислородным датчиком или забрызгивает его, температура нагревательного элемента может снижаться. В результате замкнутый регулятор температуры кислородного датчика увеличивает мощность нагрева нагревательного элемента, чтобы поддержать температуру кислородного датчика на заданном уровне. Мощность нагрева можно поддерживать на этом повышенном уровне (например, более высоком, чем базовый уровень) в течение некоторого времени, пока температура кислородного датчика не вернется к заданному значению. Согласно одному примеру, в ответ на контакт воды с датчиком, мощность нагрева может быть увеличена от базового уровня мощности до максимального уровня мощности. Кроме того, когда вода вступает в контакт с кислородным датчиком, она может заполнить защитную трубку, окружающую нагревательный элемент датчика. Поддержание мощности нагрева на повышенном (например, максимальном) уровне в течение продолжительного периода времени, пока вода находится внутри защитной трубки и контактирует с нагревательным элементом, может привести к растрескиванию нагревательного элемента. В результате может произойти деградация кислородного датчика, и не будет возможности поддерживать температуру кислородного датчика на заданном значении.
Согласно одному примеру, деградация нагревательного элемента может быть уменьшена за счет управления мощностью нагрева при забрызгивании датчика водой. Точнее, контроллер двигателя может снижать мощность нагрева кислородного датчика, вместо того, чтобы поддерживать ее на повышенном уровне с целью увеличения температуры кислородного датчика. К примеру, когда вода контактирует с кислородным датчиком, мощность нагрева нагревательного элемента может вначале увеличиться от базового уровня мощности до второго, более высокого (например, максимального) уровня мощности. В ответ на индикацию присутствия водяных брызг на кислородном датчике (например, контакта последнего с водой), контроллер может уменьшить мощность нагрева или отключить питание нагревателя. Таким образом, контроллер может вмешаться в управление или отключить замкнутый регулятор температуры кислородного датчика путем снижения мощности нагрева, не давая осуществлять управление мощностью нагрева только по температуре. Благодаря поддержанию питания нагревателя выключенным или поддержанию мощности нагрева на третьем, более низком уровне (например, на уровне ниже базового уровня мощности), можно избежать растрескивания нагревательного элемента, при наличии контакта воды с кислородным датчиком. После того, как вода испарится с кислородного датчика, а температура нагревательного элемента будет ниже пороговой температуры, питание нагревательного элемента может быть снова включено или мощность нагрева может быть снова увеличена до базового уровня мощности. Как только вода испарится, и нагревательный элемент будет снова включен, температура кислородного датчика вернется (сама по себе) к заданной или стандартной рабочей температуре. Таким образом, не требуется продолжительного поддержания мощности нагрева нагревательного элемента на втором, более высоком уровне, чтобы вернуть кислородный датчик к заданной температуре.
Согласно одному примеру, индикация контакта (например, в виде брызг) воды с кислородным датчиком может быть обеспечена по увеличению мощности нагрева нагревательного элемента (например, мощности, потребляемой нагревательным элементом). Точнее, индикация присутствия воды на кислородном датчике может быть обеспечена, если мощность нагрева нагревательного элемента увеличивается на пороговую величину. Согласно одному примеру, базовый уровень мощности Рбазовая может быть определен при калибровке кислородного датчика. Базовый уровень мощности для кислородного датчика может быть определен при условиях, когда нет никакого контакта воды с датчиком, при сухом или влажном воздухе (например, практически в сухих условиях). Затем, при работе двигателя, если мощность, подводимая к нагревателю, увеличивается выше базового уровня на пороговую величину, контроллером (например, контроллер 12, показанный на фиг. 1) может быть обеспечена индикация присутствия воды на кислородном датчике. Данный принцип можно описать следующей формулой:
ΔΡ=Pизмеренная-Pбазовая,
Где ΔΡ - изменение мощности нагрева при работе датчика, Pизмеренная - измеренное значение мощности нагрева нагревательного элемента, Pбазовая - базовый уровень мощности нагрева нагревательного элемента (при отсутствии контакта воды с датчиком). Если ΔΡ превышает пороговую мощность (например, порог забрызгивания датчика водой), то может быть обеспечена индикация присутствия воды на кислородном датчике. Пороговая мощность или пороговая величина увеличения мощности может определяться пороговым количеством воды, которая может заполнить защитную трубку, окружающую нагревательный элемент, или находиться в контакте с нагревательным элементом, и привести к его растрескиванию, когда мощность нагрева увеличивается. Таким образом, в ответ на начальное увеличение мощности нагрева выше базового уровня мощности, контроллер может откорректировать мощность нагрева, чтобы уменьшить деградацию кислородного датчика из-за растрескивания нагревательного элемента.
Согласно другому примеру, индикация контакта (например, в виде брызг) воды с кислородным датчиком может быть обеспечена по уменьшению тока накачки кислородного датчика. Как говорилось выше, ток накачки кислородного датчика может быть показателем количества кислорода в газовом потоке (в том месте, где находится кислородный датчик). Когда вода попадает на кислородный датчик, испаряющиеся капли воды образуют водяной пар, окружающий кислородный датчик, тем самым снижая концентрацию кислорода. В ответ на снижение концентрации кислорода в воздушном потоке, ток накачки кислородного датчика будет уменьшаться. Таким образом, когда ток накачки кислородного датчика уменьшается на пороговую величину, может быть обеспечена индикация присутствия воды на кислородном датчике. В ответ, контроллер может откорректировать мощность нагрева, чтобы уменьшить деградацию нагревательного элемента.
Таким образом, способ для двигателя может содержать регулирование мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика, в ответ на увеличение мощности нагрева на пороговую величину. Кислородный датчик - это один из следующих датчиков: кислородный датчик выпускной системы, расположенный в выпускной системе двигателя, или кислородный датчик впускной системы, расположенный во впускной системе двигателя. Способ может дополнительно содержать индикацию присутствия капель воды на кислородном датчике, когда мощность нагрева нагревательного элемента увеличивается выше базового уровня мощности на пороговую величину. Согласно одному примеру, регулирование мощности нагрева нагревательного элемента содержит уменьшение мощности нагрева от первого, повышенного уровня, вызванного попаданием водяных капель на нагревательный элемент, до второго уровня, причем указанный второй уровень ниже первого уровня и ниже базового уровня мощности. Согласно некоторым примерам, второй уровень по существу равен нулю, то есть просто производится отключение питания нагревательного элемента.
Согласно одному примеру, после уменьшения мощности нагрева, способ дополнительно содержит увеличение мощности нагрева до базового уровня мощности в ответ на уменьшение температуры нагревательного элемента ниже пороговой температуры, причем пороговая температура зависит от температуры, при которой нагревательный элемент может треснуть в условиях присутствия капель воды. Согласно другому примеру, после уменьшения мощности нагрева, способ дополнительно содержит увеличение мощности нагрева до базового уровня мощности по истечении периода времени, длительность которого зависит от времени испарения воды с нагревательного элемента и уменьшения температуры нагревательного элемента ниже пороговой температуры растрескивания. Согласно другому примеру, способ дополнительно или в качестве альтернативы содержит регулирование мощности нагрева нагревательного элемента в ответ на уменьшение тока накачки кислородного датчика на пороговую величину, которая зависит от концентрации кислорода, при которой происходит индикация присутствия воды на кислородном датчике.
На фиг. 2 изображена блок-схема алгоритма способа 200 регулирования мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика, в ответ на появление водяных брызг на датчике. Точнее, кислородным датчиком может являться один или более из следующих датчиков: кислородный датчик выпускной системы, расположенный в выпускной системе двигателя (например, в выпускном канале), и/или кислородный датчик впускной системы, расположенный во впускной системе двигателя (например, во впускном канале). К примеру, кислородный датчик впускной системы может быть расположен вблизи выхода охладителя САС (например, так, как кислородный датчик 162 впускной системы, показанный на фиг. 1). Согласно другому примеру, кислородный датчик впускной системы может быть расположен во впускном коллекторе двигателя.
Хотя алгоритм способа 200 может быть реализован для любого типа кислородного датчика, параметры, используемые для инициализации и исполнения программы регулирования мощности нагрева в ответ на появление водяных брызг, могут быть различными в зависимости от того, в каком месте системы двигателя расположен кислородный датчик. Например, продолжительность поддержания пониженной мощности нагрева, в ответ на появление капель воды, для датчика выхлопных газов и для кислородного датчика впускной системы может быть различной. Кроме того, порог увеличения мощности нагрева или порог уменьшения тока накачки, которые используются для индикации присутствия водяных брызг на датчике, могут быть различными для датчика выхлопных газов и для кислородного датчика впускной системы из-за различия составов газового потока.
На фиг. 3 изображена блок-схема алгоритма способа 300 определения, какой набор параметров следует использовать в способе 200 в зависимости от того, где кислородный датчик расположен в двигателе. Согласно одному примеру, способ 200 и способ 300 могут быть выполнены контроллером 12, изображенным на фиг. 1. Алгоритм способа 300 начинается на шаге 302, на котором производится определение и/или измерение параметров работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить: обороты двигателя и нагрузка, положение педали, массовый расход воздуха, требуемый крутящий момент, величина потока отработавшего газа в контуре системы EGR, данные измерений от кислородного датчика, условия в охладителе САС (например, температура и давление), температура и давление наружного воздуха и т.п. На шаге 304 производится определение, производит ли контроллер измерение мощности нагрева кислородного датчика (IAO2) впускной системы. Если контроллер производит измерение мощности нагрева указанного IAO2, то, происходит переход к шагу 308, чтобы при регулировании мощности, в соответствии со способом, алгоритм которого изображен на фиг. 2, использовать первую величину продолжительности, первый порог мощности и первый порог тока накачки. Алгоритм способа, изображенный на фиг. 2, можно называть программой защиты датчика. При исполнении программы защиты датчика, которую иллюстрирует алгоритм способа 200, контроллер может использовать первый набор параметров, если выполнение алгоритма производится для датчика IAO2 впускной системы. Первая величина продолжительности может быть использована на шаге 214 алгоритма способа 200. Кроме того, первый порог мощности может являться тем порогом мощности, а первый порог тока накачки может являться тем порогом тока накачки, которые используются на шаге 206 алгоритма способа 200.
С другой стороны, если контроллер производит измерение мощности нагрева датчика выхлопных газов (например, кислородного датчика выпускной системы), то алгоритм способа от шага 306 переходит к шагу 310, чтобы при регулирования мощности, в соответствии со способом, алгоритм которого изображен на фиг. 2, использовать вторую величину продолжительности, второй порог мощности и второй порог тока накачки. Таким образом, при исполнении программы защиты датчика, которую иллюстрирует алгоритм способа 200, контроллер может использовать второй набор параметров, если выполнение алгоритма производится для кислородного датчика выпускной системы. В данном примере, вторая величина продолжительности может быть использована на шаге 214 алгоритма способа 200. Кроме того, второй порог мощности может являться тем порогом мощности, а второй порог тока накачки может являться тем порогом тока накачки, которые используются на шаге 206 алгоритма способа 200.
Согласно одному примеру, первая величина продолжительности, используемая на шаге 308, может быть больше или меньше второй величины продолжительности, используемой на шаге 310. Как говорилось выше, согласно одному примеру, продолжительности выдерживания нагревателя в выключенном состоянии или при уменьшенном уровне мощности могут быть определены заранее во время испытания двигателя. Таким образом, в силу различного расположения кислородных датчиков, указанные датчики могут требовать различной продолжительности для испарения находящейся на них воды. Например, кислородный датчик впускной системы может находиться в более холодном месте (например, по потоку ниже охладителя САС), и для испарения воды с его нагревательного элемента может требоваться первая величина продолжительности. С другой стороны, место расположения датчика выхлопных газов может быть более теплым (например, выпускной канал двигателя), и для испарения воды с нагревательного элемента этого кислородного датчика может требоваться вторая величина продолжительности, причем вторая величина продолжительности меньше первой величины продолжительности.
В других примерах, величины продолжительности, используемые на шагах 308 и 310, могут зависеть от параметров работы двигателя, например, температур двигателя. Например, при запуске двигателя из холодного состояния вторая величина продолжительности может быть больше, чем, когда двигатель полностью прогрет (например, температура двигателя и температура катализатора превышают соответствующие пороговые температуры). Кроме того, в условиях, когда конденсат может удаляться из охладителя САС (например, в периоды увеличенного воздушного потока и/или в условиях образования конденсата), первая величина продолжительности может быть больше, поскольку большее количество воды может находиться на датчике IAO2 в течение более продолжительного времени. Таким образом, может потребоваться, чтобы нагревательный элемент датчика IAO2 находился в выключенном состоянии более продолжительное время.
Аналогично, первый порог мощности и первый порог тока накачки могут быть выше или ниже второго порога мощности и второго порога тока накачки. Например, при работе двигателя, когда двигатель полностью прогрет (например, температура двигателя и температура катализатора превышают соответствующие пороговые температуры), первый порог тока накачки может быть меньше второго порога тока накачки. Когда двигатель не работает в условиях запуска из холодного состояния, и полностью прогрет, контакт воды с датчиком IAO2 более вероятен, чем с датчиком выхлопных газов. Как таковой, первый порог тока накачки для датчика IAO2 может быть меньше второго порога тока накачки, чтобы с большей точностью обнаруживать контакт воды с датчиком IAO2. Таким образом, в способе регулирования мощности нагрева в условиях присутствия водяных брызг, можно использовать различные параметры для датчика IAO2 и датчика выхлопных газов. Эти параметры могут зависеть от расположения кислородного датчика, условий образования конденсата (например, влажности, температуры и давления наружного воздуха, а также температур и давления охладителя САС), температур двигателя (например, при запуске из холодного состояния в сравнении с полностью прогретым состоянием), температур газа и т.п.
После того, как, исходя из расположения кислородного датчика, будет определено, какой набор параметров использовать в алгоритме способа 200, контроллер может выполнить способ 200, как показано на фиг. 2. Выполнение алгоритма способа 200 начинается шагом 202, на котором производится определение и/или измерение параметров работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить: обороты двигателя и нагрузка, положение педали, массовый расход воздуха, требуемый крутящий момент, величина потока отработавшего газа в контуре системы EGR, данные измерений от кислородного датчика, условия в охладителе САС (например, температура и давление), температура и давление наружного воздуха и т.п. На шаге 204 производится определение мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика. Другими словами, на шаге 204 контроллер может определить мощность, потребляемую нагревательным элементом. Затем, на шаге 206 алгоритм способа содержит определение, превышает ли изменение мощности нагрева, ΔP, порог мощности и/или превышает ли изменение тока накачки, ΔIнакачки, порог тока накачки. Согласно одному примеру, на шаге 206 контроллер может определить, превышает ли разность между измеренной мощностью нагрева и базовым уровнем (например, ΔP) мощности нагрева нагревательного элемента определенную пороговую величину. Как говорилось выше, указанная пороговая величина может представлять собой порог мощности или пороговую величину увеличения мощности. Указанная пороговая величина может зависеть от порога увеличения мощности, соответствующего пороговому уровню мощности, который может привести к деградации и растрескиванию нагревательного элемента. Кроме того, пороговая мощность может зависеть от расположения кислородного датчика, как это определено алгоритмом способа 300.
Согласно другому примеру, на шаге 206 контроллер может определить, превышает ли разность между базовым уровнем тока накачки или предыдущим током накачки и измеренным током накачки пороговый ток накачки. Как говорилось выше, в присутствии воды ток накачки кислородного датчика может уменьшиться на пороговую величину. Таким образом, согласно одному примеру, данная пороговая величина может определяться концентрацией кислорода, обеспечивающей индикацию присутствия воды на кислородном датчике. Другими словами, данная пороговая величина может зависеть от снижения концентрации кислорода, обусловленной присутствием воды на кислородном датчике. Кроме того, пороговый ток накачки может зависеть от расположения кислородного датчика, как это определено алгоритмом способа 300.
Если мощность нагрева не увеличивается на величину порога мощности и ток накачки не уменьшается на величину порога тока накачки, то на шаге 208 контроллер поддерживает нагреватель работающим. Точнее, на шаге 208 контроллер может поддерживать мощность нагрева нагревательного элемента, в соответствии с температурой нагревательного элемента и/или сигналами дополнительных органов управления кислородным датчиком. Например, управление мощностью нагрева может осуществляться на основе сигнала обратной связи замкнутого регулятора температуры кислородного датчика. Согласно одному примеру, регулятор температуры может представлять собой PI регулятор, который поддерживает температуру нагревательного элемента в области заданной температуры путем регулирования мощности нагрева.
Однако, если мощность нагрева увеличивается на пороговую величину (мощности) и/или ток накачки уменьшается на пороговую величину (тока накачки), согласно алгоритму способа, происходит переход к шагу 210 для индикации присутствия воды на кислородном датчике. Затем, согласно алгоритму способа, происходит переход к шагу 212 для уменьшения мощности нагрева до нижнего порогового уровня. Согласно одному примеру, нижний пороговый уровень может представлять собой уровень мощности более низкий, чем базовый уровень мощности. Нижний пороговый уровень может определяться уровнем мощности, который не вызывает растрескивания нагревательного элемента. Согласно другому примеру, нижний пороговый уровень может представлять собой по существу нулевой уровень мощности, т.е. может соответствовать отключению нагревательного элемента. Таким образом, согласно одному примеру, контроллер может отключать нагревательный элемент так, что на датчик не будет поступать мощность для его нагрева. Также, на шаге 212 может производиться отключение (например, блокирование) замкнутого регулятора температуры кислородного датчика, который регулирует мощность нагрева в зависимости от температуры нагревательного элемента. Таким образом, мощность нагрева может быть уменьшена или отключена даже в том случае, когда температура кислородного датчика (например, нагревательного элемента) оказывается ниже заданного значения температуры. Таким образом, может не происходить управления мощностью нагрева на основе сигнала обратной связи замкнутого регулятора температуры. Другими словами, управление мощностью нагрева может осуществляться независимо от изменений температуры кислородного датчика до тех пор, пока на шаге 214 температура нагревательного элемента не достигнет порогового значения температуры.
На шаге 214, согласно алгоритму способа, производится определение, является ли температура нагревательного элемента более низкой, чем пороговая температура, и/или достигнута ли определенная продолжительность подачи уменьшенной мощности нагрева (или ее отключения). Согласно одному примеру, пороговая температура может представлять собой пороговую температуру растрескивания. Другими словами, пороговая температура может зависеть от температуры, выше которой может произойти деградация или растрескивание нагревательного элемента. Таким образом, когда температура нагревательного элемента меньше пороговой температуры, согласно алгоритму способа, может произойти переход к шагу 218, чтобы увеличить мощность нагрева нагревательного элемента или снова включить подачу питания на нагревательный элемент. Согласно другому примеру, согласно алгоритму способа может произойти переход к шагу 218, как только будет достигнута первая продолжительность пребывания нагревательного элемента при температуре ниже пороговой температуры. Согласно еще одному примеру, на шаге 214 алгоритма способа может также производиться определение, достигнута ли вторая продолжительность пребывания нагревательного элемента в выключенном состоянии. В некоторых случаях температуру нагревательного элемента бывает невозможно измерить или оценить. В таком случае, по истечении второй продолжительности питание нагревательного элемента может быть снова включено, или может быть увеличена мощность нагрева до базового уровня мощности. Указанная вторая продолжительность может быть задана заранее и может определятся временем испарения воды с нагревательного элемента и/или временем уменьшения температуры нагревательного элемента ниже пороговой температуры растрескивания. Если одно или более условий, определяемых на шаге 214, выполняются, то, согласно алгоритму способа, происходит переход к шагу 218 для того, чтобы снова увеличить мощность нагрева до базового уровня мощности. Согласно некоторым примерам, на шаге 218 алгоритм способа может содержать включение питания, если оно было выключено на шаге 212. Согласно еще одному примеру, на шаге 218 алгоритм способа может содержать постепенное увеличение мощности нагрева до базового уровня мощности. Если на шаге 214 будет установлено, что температура нагревательного элемента не является более низкой, чем пороговая температура, и мощность нагрева не была уменьшена или отключена на некоторую продолжительность, то, согласно алгоритму способа, происходит переход к шагу 216, чтобы поддерживать мощность нагрева на нижнем пороговом уровне. Затем алгоритм в цикле переходит к шагу 214.
Согласно некоторым примерам, алгоритм способа 200 может быть выполнен только для кислородного датчика, расположенного во впускной системе двигателя (например, по потоку ниже охладителя САС), когда двигатель полностью прогрет, и температуры двигателя превышают пороговую температуру. Таким образом, в условиях запуска из холодного состояния алгоритм способа 200 может быть выполнен только для кислородного датчика, расположенного в выпускном канале двигателя (например, кислородного датчика выпускной системы), но не для кислородного датчика, расположенного во впускном канале двигателя (например, кислородного датчика впускной системы). Согласно другим примерам, алгоритм способа 200 может быть выполнен, как для кислородных датчиков впускной системы, так и для кислородных датчиков выпускной системы, как в условиях запуска из холодного состояния, так и при полностью прогретом двигателе. Однако, параметры, используемые в алгоритме способа 200 (например, продолжительность и пороги) могут быть разными для кислородного датчика впускной системы и для кислородного датчика выпускной системы.
На фиг. 4 представлены графики примера регулирования мощности нагрева кислородного датчика, в зависимости от присутствия воды на кислородном датчике. Как говорилось выше, кислородный датчик содержит нагревательный элемент с регулируемой мощностью нагрева. Точнее, среди графиков 400 график 402 демонстрирует изменения температуры нагревательного элемента кислородного датчика, график 404 - мощность нагрева нагревательного элемента, график 406 - изменения тока накачки кислородного датчика и график 408 - присутствие воды на кислородном датчике (например, водяных брызг, покрывающих кислородный датчик). Согласно одному примеру, кислородный датчик может представлять собой кислородный датчик выпускной системы двигателя, расположенный в выпускном канале двигателя. Согласно другому примеру, кислородный датчик может представлять собой кислородный датчик впускной системы двигателя, расположенный во впускном канале двигателя (например, во впускном канале, по потоку ниже охладителя САС).
До момента t1 времени, температура нагревательного элемента может быть близка заданной температуре 410 (график 402). Мощность нагрева может быть близка к базовому уровню мощности Pбазовая (график 404). Кроме того, ток накачки кислородного датчика может иметь первый уровень (график 406). Данный уровень может представлять собой уровень, который указывает наличие на кислородном датчике малого количества воды или на ее отсутствие. Согласно некоторым примерам, указанный первый уровень может соответствовать уровню концентрации кислорода в сухих условиях.
В момент t1 времени, вода может забрызгать кислородный датчик и вступить в контакт с нагревательный элементом (показано на графике 408). В ответ на контакт воды с нагревательным элементом, температура нагревательного элемента уменьшается ниже заданного значения температуры (график 402). В ответ на это, мощность нагрева может увеличиться на первую пороговую величину (обозначена индексом 412) до верхнего порогового уровня мощности Рпороговая (т.е до уровня выше Рбазовая). Согласно одному примеру, уровень Pпороговая может представлять собой максимальный уровень мощности нагрева нагревательного элемента. В то же самое время ток накачки кислородного датчика может уменьшиться на вторую пороговую величину (обозначена индексом 416). Если управление мощностью нагрева продолжает осуществляться на основе температуры нагревательного элемента (посредством замкнутого регулятора температуры датчика), то мощность нагрева может поддерживаться на уровне Рпороговая между моментами t1 и t3 времени, как показано на графике 420. Температура нагревательного элемента может затем увеличиться, как показано на графике 418. После обратного повышения температуры до заданной температуры 410, указанная температура может флуктуировать, поскольку вода может по-прежнему присутствовать в защитной трубке (например, камере), и контактировать с нагревательным элементом. Из-за того, что мощность нагрева продолжает поддерживаться в области уровня Рпороговая, примерно в момент t2 времени нагревательный элемент может треснуть, что показано звездочкой 422 (график 420).
Вместо указанных действий, в ответ на уменьшение тока накачки на вторую пороговую величину (график 408) и/или в ответ на увеличение мощности нагрева на первую пороговую величину (график 404) контроллер уменьшает мощность нагрева ниже базового уровня мощности (график 408). Согласно некоторым примерам, как показано на графике 400, контроллер может уменьшить мощность нагрева по существу до нуля, то есть может отключить нагревательный элемент.
Согласно некоторым примерам, нагревательный элемент может быть выключен (или мощность нагрева может быть уменьшена до нижнего порогового уровня) на период продолжительностью d1. Продолжительность d1 может быть определена заранее и может быть основана на времени, необходимом для испарения воды с датчика и уменьшения температуры нагревательного элемента. Согласно другому примеру, нагревательный элемент можно держать выключенным, пока его температура не упадет до пороговой температуры 414 или ниже нее. Как показано, в момент 12 времени температура нагревательного элемента достигает пороговой температуры 414. Как говорилось выше, пороговая температура 414 может являться пороговой температурой растрескивания. В ответ питание нагревательного элемента может быть обратно включено в момент t2 времени. Затем мощность нагрева увеличивается до базового уровня мощности Рбазовая (график 404). Между моментом возобновления подачи питания нагревательному элементу и нарастанием температуры нагревательного элемента может быть задержка по времени. Как показано на фиг. 4, в момент t3 времени температура нагревательного элемента обратно возрастает до заданной температуры 410. Согласно другим примерам, мощность нагрева может быть постепенно обратно увеличена до базового уровня мощности в момент t2 времени, так чтобы мощность нагрева не достигла базового уровня раньше момента t3 времени.
Как показано, в момент t1 времени на фиг. 4, способ для двигателя может содержать уменьшение мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика, в ответ на увеличение мощности нагрева выше базового уровня мощности на пороговую величину. Далее, как показано, в момент t2 времени данный способ для двигателя может содержать увеличение мощности нагрева до базового уровня мощности только после того, как температура нагревательного элемента упадет ниже пороговой температуры. Согласно одному примеру, уменьшение мощности нагрева заключается в отключении питания нагревательного элемента. Согласно другому примеру, уменьшение мощности нагрева заключается в ее уменьшении до нижнего порогового уровня, который меньше базового уровня мощности.
Для случая, когда температуру нагревательного элемента невозможно определить, данный способ дополнительно содержит уменьшение мощности нагрева на период времени (например, продолжительностью d1 с фиг. 4), причем указанную продолжительность заранее определяют на основе времени, необходимого для испарения воды с нагревательного элемента, а затем обратного увеличение мощности нагрева до базового уровня мощности. Пороговая температура определяется температурой, выше которой, при наличии воды, нагревательный элемент может треснуть (например, деградировать). Как показано на графике 406, данный способ может дополнительно содержать уменьшение мощности нагрева нагревательного элемента в ответ на уменьшение тока накачки на пороговую величину, которая зависит от снижения концентрации кислорода, обусловленного присутствием воды на кислородном датчике. Дополнительно, способ может содержать отключение замкнутого регулятора температуры кислородного датчика во время уменьшения мощности нагрева.
Кроме того, кислородный датчик, рассматриваемый на фиг. 4, может являться кислородным датчиком впускной системы, расположенным по потоку ниже охладителя наддувочного воздуха. В данном примере, уменьшение мощности нагрева в ответ на увеличение мощности нагрева выше базового уровня мощности включает уменьшение мощности нагрева при работе двигателя в полностью прогретом состоянии.
Таким образом, способ может содержать регулирование мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика, когда происходит индикация присутствия воды на кислородном датчике. Согласно одному примеру, индикация присутствия воды на кислородном датчике может быть обеспечена увеличением мощности нагрева выше базового уровня мощности. Согласно другому примеру, индикация присутствия воды на кислородном датчике может быть обеспечена уменьшением тока накачки кислородного датчика. При индикации присутствия воды на кислородном датчике, мощность нагрева может быть уменьшена с начального, более высокого уровня, до второго, более низкого уровня. Согласно некоторым примерам, питание нагревательного элемента может быть отключено на период такой продолжительности, пока вода не испарится с кислородного датчика, и температура нагревательного элемента не упадет ниже пороговой температуры. Как таковой, технический эффект изобретения достигается за счет уменьшения мощности нагрева нагревательного элемента в ответ на индикацию присутствия воды на кислородном датчике. Таким образом, может быть снижена деградация кислородного датчика по причине растрескивания нагревательного элемента.
Следует отметить, что включенные в описание программы управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем транспортного средства. Раскрытые способы управления и программы могут быть сохранены в виде исполняемых инструкций в постоянном запоминающем устройстве. Рассмотренные выше определенные программы могут представлять один или более алгоритмов функционирования, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, рассмотренные различные действия, операции и/или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно, или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок функционирования не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления изобретения, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из рассмотренных действий и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от определенной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять собой код, записываемый в постоянное запоминающее устройство машиночитаемого носителя данных компьютера в системе управления двигателем.
Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и программы по сути являются примерами, и приведенные определенные варианты осуществления нельзя рассматривать, как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Нижеприведенная формула изобретения содержит определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Пункты формулы могут относиться к «одному» элементу или «первому» элементу, или эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.
1. Способ для двигателя, содержащий:
уменьшение мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика в ответ на превышение указанной мощности на пороговую величину; и
регулирование мощности нагрева нагревательного элемента в ответ на уменьшение тока накачки кислородного датчика на пороговую величину, которая зависит от концентрации кислорода, указывающей на присутствие воды на кислородном датчике.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит индикацию присутствия капель воды на кислородном датчике, когда мощность нагрева превышает базовый уровень мощности на пороговую величину.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уменьшение мощности нагрева нагревательного элемента заключается в ее уменьшении от увеличенного первого уровня, вызванного попаданием капель воды на нагревательный элемент, до второго уровня более низкого, чем первый уровень, и более низкого, чем базовый уровень мощности.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что указанный второй уровень по существу равен нулю, что соответствует отключению нагревательного элемента.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что после уменьшения мощности нагрева дополнительно содержит увеличение мощности нагрева до базового уровня мощности в ответ на уменьшение температуры нагревательного элемента ниже пороговой температуры, которая зависит от температуры, при которой нагревательный элемент может треснуть при присутствии на нем капель воды.
6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что после уменьшения мощности нагрева дополнительно содержит увеличение мощности нагрева до базового уровня мощности по истечении периода, продолжительность которого зависит от времени, необходимого для испарения воды с нагревательного элемента и уменьшения температуры нагревательного элемента ниже пороговой температуры растрескивания.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислородный датчик представляет собой один из следующих датчиков: кислородный датчик выпускной системы, расположенный в выпускном канале двигателя, или кислородный датчик впускной системы, расположенный во впускном канале двигателя.
8. Способ для двигателя, содержащий:
уменьшение мощности нагрева нагревательного элемента кислородного датчика в ответ на увеличение мощности нагрева выше базового уровня мощности на пороговую величину,
последующее увеличение мощности нагрева до базового уровня мощности только после того, как температура нагревательного элемента уменьшится ниже пороговой температуры, и уменьшение мощности нагрева, в ответ на уменьшение тока накачки на пороговую величину, которая зависит от уменьшения концентрации кислорода из-за присутствия воды на кислородном датчике.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что уменьшение мощности нагрева заключается в одном из следующих действий: отключении питания или уменьшении мощности нагрева до нижнего порогового уровня, который меньше базового уровня мощности.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что, когда температуру нагревательного элемента определить невозможно, дополнительно содержит уменьшение мощности нагрева на период, продолжительность которого определена заранее и зависит от времени, необходимого для испарения воды с нагревательного элемента, а затем увеличение мощности нагрева обратно до базового уровня мощности.
11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что пороговая температура зависит от температуры, выше которой нагревательный элемент может треснуть.
12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что, при уменьшении мощности нагрева, дополнительно содержит отключение замкнутого регулятора температуры кислородного датчика.
13. Способ по п. 8, отличающийся тем, что указанный кислородный датчик представляет собой кислородный датчик впускной системы, расположенный по потоку ниже охладителя наддувочного воздуха и выше цилиндров двигателя, при этом уменьшение мощности нагрева в ответ на увеличение мощности нагрева выше базового уровня мощности заключается в уменьшении мощности нагрева при работе двигателя в полностью прогретом состоянии.
14. Система для двигателя, содержащая:
впускной коллектор, содержащий дроссель впускной системы,
охладитель наддувочного воздуха, расположенный по потоку выше впускного коллектора,
первый кислородный датчик, расположенный на выходе охладителя наддувочного воздуха, при этом первый кислородный датчик содержит первый нагревательный элемент, и
контроллер с инструкциями, считываемыми компьютером, для отключения питания первого нагревательного элемента в ответ на индикацию присутствия воды, контактирующей с первым кислородным датчиком, причем индикация контакта воды с первым кислородным датчиком обеспечивается одним или более из следующих признаков: увеличение мощности нагрева первого нагревательного элемента выше базового уровня мощности на первую пороговую величину или уменьшение тока накачки первого кислородного датчика на вторую пороговую величину.
15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что считываемые компьютером инструкции дополнительно содержат последующее включение питания нагревательного элемента после пребывания питания в выключенном состоянии в течение периода, длительность которого зависит от одного или более из следующих факторов: времени, необходимого для испарения воды с первого нагревательного элемента, или времени необходимого для уменьшения температуры первого нагревательного элемента ниже пороговой температуры растрескивания.
16. Система по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй кислородный датчик, расположенный в выпускном канале двигателя, при этом второй кислородный датчик содержит второй нагревательный элемент.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что считываемые компьютером инструкции дополнительно содержат команды для отключения питания второго нагревательного элемента в ответ на индикацию контакта воды со вторым кислородным датчиком, причем индикация контакта воды со вторым кислородным датчиком обеспечивается одним или более из следующих признаков: увеличение мощности нагрева второго нагревательного элемента выше базового уровня мощности на первую пороговую величину или уменьшение тока накачки второго кислородного датчика на вторую пороговую величину.
