Способ для двигателя (варианты) и система двигателя
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ для двигателя заключается в том, что осуществляют деактивацию индивидуальных клапанных механизмов цилиндра в соответствии со схемой деактивации цилиндров, выбранной исходя из детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. Выбор включает в себя выбор первого цилиндра, детонационная характеристика которого выше порогового значения, для деактивации при поддержании активированным второго цилиндра, детонационная характеристика которого ниже порогового значения. Раскрыты вариант способа для двигателя и система двигателя. Технический результат заключается в уменьшении запаздывания зажигания при контроле детонации. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к способам и системам для управления детонацией в системе двигателя, выполненной с возможностью сжигания топлива с пропусками зажигания.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием могут испытывать анормальные события горения, такие как детонация, при работе с высокой нагрузкой, особенно при работе на топливе с пониженным октановым числом. Внутрицилиндровые температуры могут быть важным индикатором того, возможна ли детонация в цилиндре или нет. В частности, более горячие цилиндры могут иметь большую тенденцию к детонации. Кроме того, исходя из конфигурации двигателя, в частности, расположения каналов охлаждения, а также из ограничений по компоновке двигателя, некоторые цилиндры могут быть более подвержены детонации, чем остальные. Проблема детонации может быть решена посредством запаздывания момента зажигания цилиндров двигателя. Хотя задержка зажигания снижает детонацию, в результате она приводит к пониженному выходному крутящему моменту двигателя и ухудшает топливную экономичность.
В последние годы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием компоновали для работы с переменным числом активированных и деактивированных цилиндров для улучшения топливной экономичности, при этом общее воздушно-топливное отношение смеси отработавших газов опционально поддерживали на уровне стехиометрии. В таких двигателях можно изменять эффективный рабочий объем двигателя путем пропуска подачи топлива к определенным цилиндрам в пронумерованной схеме зажигания в цилиндрах, также называемой схемой «пропусков зажигания». Например, как показано Tripathi в документе US 8,651,091, топливный контроллер двигателя может непрерывно чередовать то, в какие конкретные цилиндры подавать топливо, какие цилиндры пропускать и сколько событий происходит в цилиндрах в данной схеме. Путем пропуска подачи топлива в выбранные цилиндры, активированные цилиндры могут работать практически с оптимальным к.п.д., повышая общий к.п.д. двигателя.
Авторы настоящего изобретения выявили, что величину запаздывания зажигания, применяемого для предотвращения детонационного сгорания (а, следовательно, для снижения расхода топлива, связанного с предотвращением детонационного сгорания), можно понижать, используя индивидуальные механизмы деактивации клапанов цилиндра. В частности, быстрая реакция механизмов деактивации клапанов цилиндра двигателя с пропуском зажигания может использоваться для кратковременной деактивации цилиндров с повышенной частотой детонации, при этом по мере изменения схемы детонации цилиндров и рабочих условий двигателя, изменяют деактивируемые цилиндры. В одном примере подход включает в себя деактивацию индивидуальных механизмов деактивации клапанов цилиндра в соответствии со схемой деактивации цилиндров, выбранной исходя из детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. Таким образом, детонацию можно контролировать с использованием меньшего запаздывания зажигания.
В одном примере, если детонация в некотором цилиндре происходила с большей частотой, контроллер может выборочно деактивировать данный цилиндр на одно или более событий сгорания. Детонирующий цилиндр могут деактивировать путем деактивации работы впускных и выпускных клапанов указанного цилиндра, при этом также отключая подачу топлива и искры зажигания в указанный цилиндр. Например, цилиндр могут деактивировать, когда частота появления детонации в цилиндре превысит пороговое значение. Альтернативно с каждым событием детонации можно увеличивать запаздывание зажигания, удаляясь от граничного значения. Далее, по мере увеличения частоты детонации и когда запаздывание зажигания превысит пороговое значение (т.е., цилиндр станет ограниченным по зажиганию), цилиндр могут деактивировать. Вследствие деактивации цилиндр может начать охлаждаться, в результате чего снижается предрасположенность к дальнейшим появлениям детонации. Когда внутрицилиндровая температура упадет ниже пороговой температуры, цилиндр можно реактивировать. Далее цилиндр может работать с меньшим запаздыванием зажигания, например, момент зажигания реактивированного цилиндра может быть смещен в сторону опережения к оптимальному моменту зажигания (ОМЗ). Альтернативно, по мере того, как цилиндр двигателя охлаждается, и одновременно другой цилиндр двигателя становится горячее и более ограниченным по зажиганию, цилиндр с большим ограничением по зажиганию может быть деактивирован, в то время как охлажденный цилиндр может быть реактивирован.
Таким образом, путем корректировки схемы деактивации цилиндров исходя из частоты появления детонации в цилиндрах, детонацию в двигателе можно контролировать с использованием меньшего запаздывания зажигания. Как результат, можно уменьшить расход топлива, связанный с предотвращением детонационного сгорания. Путем деактивации цилиндров, имеющих большую частоту детонации, до их достаточного охлаждения и затем их реактивации, цилиндры могут работать с зажиганием, близким к ОМЗ. Путем непрерывного изменения схемы деактивированных/активированных цилиндров, например, деактивации цилиндров при увеличении детонации в них и реактивации при уменьшении, температуры цилиндров можно контролировать, снижая предрасположенность к дальнейшим событиям детонации. Путем работы активированных цилиндров с опережением зажигания, смещенным от границы зажигания к ОМЗ, двигатель может работать с меньшей частотой детонации и увеличенной топливной экономичностью.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведен пример осуществления компоновки системы двигателя.
На фиг. 2 приведен местный вид двигателя.
На фиг. 3 приведена высокоуровневая блок-схема корректировки схемы деактивации цилиндров для индивидуальной деактивации цилиндра в ответ на возникновение детонации в цилиндре.
На фиг. 4 приведен пример корректировки деактивации цилиндров, используемой для предотвращения детонационного сгорания и увеличения топливной экономичности.
Осуществление изобретения
Предлагаются способы и системы для корректировки профиля впрыска топлива при работе двигателя, выполненного с возможностью выборочной деактивации цилиндров (здесь также называемой работой с пропусками зажигания), такого как система двигателя на фиг. 1-2. Контроллер может выбирать схему пропусков зажигания в ответ на индикации детонации в цилиндрах. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма, такого как алгоритм на фиг. 3, для выборочной деактивации цилиндра, в котором детонация происходит с большей частотой, на некоторый период до охлаждения цилиндра. Когда цилиндр охладится, его могут реактивировать, и в то же время другой цилиндр, в котором в настоящий момент происходит детонация, деактивируют. Пример корректировки схемы деактивации цилиндров показан на фиг. 4. Таким образом, детонацию в цилиндрах можно снизить при работе с меньшим ограничением по зажиганию.
На фиг. 1 приведен пример двигателя 10, содержащего первый ряд 15а и второй ряд 15б. В показанном примере двигатель 10 является двигателем V8 с первым и вторым рядами, в каждом из которых расположены четыре цилиндра. Двигатель 10 содержит впускной коллектор 16, содержащий дроссель 20, и выпускной коллектор 18, связанный с системой 30 снижения токсичности отработавших газов. Система 30 снижения токсичности отработавших газов содержит один или более каталитических нейтрализаторов и датчиков воздушно-топливного отношения, таких как раскрытые со ссылкой на фиг.2. В одном неограничивающем примере двигатель 10 может быть частью движительной установки пассажирского транспортного средства.
Система 10 двигателя может содержать цилиндры 14 с выборочно деактивируемыми впускными клапанами 50 и выборочно деактивируемыми выпускными клапанами 56. В одном примере впускные клапаны 50 и выпускные клапаны 56 выполнены с электроприводом клапанов (ЭПК) посредством индивидуальных электрических исполнительных клапанных механизмов цилиндра. Не смотря на то, что в изображенном примере показано, что каждый цилиндр содержит одиночный впускной клапан и одиночный выпускной клапан, в альтернативных примерах, как детально показано на фиг. 2, каждый цилиндр может иметь множество выборочно деактивируемых впускных клапанов и/или множество выборочно деактивируемых выпускных клапанов.
В выборочных условиях, например, когда нет необходимости в максимальном крутящем моменте двигателя, один или более цилиндров двигателя 10 могут быть выбраны для выборочной деактивации (здесь также называемой индивидуальной деактивацией цилиндра). Это может включать в себя выборочную деактивацию одного или более цилиндров только в первом ряду 15а, одного или более цилиндров только во втором ряду 15б или одного или более цилиндров в каждом - первом и втором - ряду. Число и номера деактивируемых цилиндров в каждом ряду могут быть симметричными или ассиметричными.
При деактивации выбранные цилиндры могут быть деактивированы путем закрытия индивидуальных клапанных механизмов цилиндра, таких как механизмы впускного клапана, механизмы выпускного клапана или их комбинация. Клапаны цилиндров могут быть выборочно деактивированы посредством подъемных устройств с гидравлическим приводом (например, подъемных устройств, связанных с толкателями клапанов), посредством механизма переключения профиля кулачков, в которых используются выступы кулачков с нулевым подъемом для деактивации клапанов, или посредством клапанных механизмов цилиндра с электроприводом, связанных с каждым цилиндром. Дополнительно, может быть прекращена подача топлива и искры зажигания в деактивированные цилиндры, например, посредством деактивации топливных форсунок цилиндра.
В некоторых примерах система 10 двигателя может содержать выборочно деактивируемые топливные форсунки (прямого впрыска), и выбранные цилиндры могут быть деактивированы путем отключения соответствующих топливных форсунок при поддержании работающими впускных и выпускных клапанов, таким образом, что воздух может продолжать прокачиваться через эти цилиндры.
В то время как выбранные цилиндры отключены, остальные включенные или активированные цилиндры продолжают производить сгорание топлива посредством активированных и работающих топливных форсунок и клапанных механизмов цилиндров. Для удовлетворения требований по крутящему моменту двигатель производит одинаковый по величине крутящий момент в активированных цилиндрах. Для этого требуются более высокие давления в коллекторе, в результате чего снижаются потери на перекачку, и увеличивается к.п.д. двигателя. Также сниженная эффективная площадь поверхности (только включенных цилиндров), подверженная сгоранию топлива, обеспечивает снижение потерь тепла в двигателе, улучшая термический к.п.д. двигателя.
Цилиндры могут быть деактивированы для обеспечения специальной схемы зажигания (или пропусков зажигания) в цилиндрах на основе назначенного алгоритма управления. Более конкретно, выбранные «пропускаемые» рабочие циклы не происходят, в то время как другие «активированные» рабочие циклы происходят. Опционально момент зажигания, связанный с выбранным зажиганием в выбранной рабочей камере может быть также отрегулирован исходя из порядка зажигания или истории зажигания выбранной рабочей камеры. Контроллер 12 двигателя может быть выполнен с подходящей логической схемой, как раскрыто ниже, для определения схемы деактивации цилиндров (или пропусков зажигания) исходя из рабочих условий двигателя.
Двигатель 10 может работать со множеством веществ, которые можно доставлять посредством топливной системы 8. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков 17, связанных с двигателем 10 (и раскрытых со ссылкой на фиг. 2), и отправлять управляющие сигналы на различные исполнительные механизмы 81, связанные с двигателем и/или транспортным средством (как раскрыто со ссылкой на фиг. 2). В число различных датчиков могут быть включены, например, различные датчики температуры, давления и воздушно-топливного отношения. Кроме того, контроллер 12 может получать индикацию детонации в цилиндре или преждевременного зажигания от одного или более датчиков 90 детонации, распределенных вдоль блока цилиндров. Множество датчиков 90 детонации могут быть распределены симметрично или ассиметрично вдоль блока цилиндров. Кроме того, один или более датчиков 90 детонации могут включать в себя акселерометры, датчики ионизации или измерительные преобразователи внутрицилиндрового давления.
Контроллер двигателя может содержать генератор запускающих импульсов и устройство задания последовательности для определения схемы зажигания в цилиндрах исходя из требуемой выходной мощности двигателя при текущих рабочих условиях двигателя. Например, генератор запускающих импульсов может применять адаптивное упреждающее управление для динамического вычисления сигнала запускающего импульса, который указывает, в каких цилиндрах нужно производить зажигание и с какими интервалами для получения требуемой выходной мощности (то есть, схему зажигания/пропусков зажигания в цилиндрах). Схема зажигания в цилиндрах может быть скорректирована для обеспечения требуемой выходной мощности без образования избыточных или неуместных вибраций в двигателе. По существу, схема зажигания в цилиндрах может быть выбрана исходя из конфигурации двигателя, например, исходя из того, является ли двигатель V-образным или рядным, количества цилиндров двигателя и т.д. Исходя из выбранной схемы зажигания в цилиндре, индивидуальные клапанные механизмы цилиндра из выбранных цилиндров могут быть закрыты, а подача топлива и искры зажигания в цилиндры - остановлена.
Так как оптимальный к.п.д. для данного цилиндра почти соответствует максимальной выходной мощности, для снижения выходной мощности можно выбрать меньшую частоту событий зажигания. Например, пропуская каждый второй цилиндр, в среднем можно получить половину мощности. Разнесение событий зажигания так равномерно, насколько это возможно, будет приводить к минимизации вибраций из-за изменяющегося выходного крутящего момента. То, будут ли все цилиндры включены в схему пропусков зажигания, может зависеть от доли требуемой выходной мощности, а также других условий, включая температуру цилиндра.
Таким образом, путем корректировки схемы деактивации индивидуальных клапанных механизмов цилиндра и индивидуальных топливных форсунок цилиндра, можно обеспечивать требуемую выходную мощность двигателя посредством более эффективной работы меньшего числа цилиндров, за счет чего увеличивается топливная экономичность.
На фиг. 2 приведен пример осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может получать управляющие параметры от системы управления, содержащей контроллер 12, и входной сигнал от водителя 130 транспортного средства посредством устройства 132 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали, предназначенный для выработки пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 14 (здесь также называемый «камера сгорания») двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 через трансмиссионную систему может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства. Кроме того, через маховик с коленчатым валом 140 может быть связан стартер, обеспечивающий запуск двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать впускной воздух посредством группы впускных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10, помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут содержать устройство наддува, такое как турбонагнетатель или воздушный нагнетатель. Например, на фиг. 2 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и выпускную турбину 176, расположенную по ходу выпускного канала 148. Компрессор 174 можно, по меньшей мере частично, приводить в движение посредством выпускной турбины 176 через вал 180 в случае, если устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако в других примерах, например, когда двигатель 10 оснащен воздушным нагнетателем, выпускная турбина 176 может опционально отсутствовать, при этом компрессор 174 можно приводить в действие посредством механического воздействия от электромотора или двигателя. Дроссель 20 содержит дроссельную заслонку 164 и может быть установлен по ходу впускного канала двигателя для измерения расхода и/или давления впускного воздуха, доставляемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или альтернативно ниже по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы от других цилиндров двигателя, помимо цилиндра 14. Датчик 128 отработавших газов показан связанным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 128 может представлять собой любой датчик, подходящий для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик, или универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ). датчик оксидов азота (NOx), углеводорода (НС) или окиси углерода (СО). Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или сочетание указанных устройств.
Температуру отработавших газов можно измерять посредством одного или более датчиков температуры (не показаны), помещенных в выпускной канал 148. Альтернативно, температура отработавших газов может быть выведена исходя из рабочих условий двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), задержка зажигания и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может быть вычислена посредством одного или более датчиков 128 отработавших газов. Следует понимать, что температура отработавших газов может быть альтернативно оценена посредством любой комбинации способов оценки температуры, перечисленных в настоящем описании.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан содержащим по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенные в верхней области цилиндра.
Впускным клапаном 150 можно управлять посредством контроллера 12 с помощью кулачкового привода посредством системы 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, выпускным клапаном 156 можно управлять посредством контроллера 12 с помощью системы 153 кулачкового привода. Системы 151 и 153 кулачкового привода, каждая, могут содержать один или более кулачков и могут использовать одну или более из следующих систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для изменения режима работы клапанов. Режим работы впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определен посредством датчиков положения клапанов (не показаны) и/или датчиков 155 и 157 положения распределительного вала соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной и/или выпускной клапаны могут управляться посредством электрического привода клапана, пневматического привода клапана или гидравлического привода клапана. Например, цилиндр 14 может альтернативно содержать впускной клапан, управляемый посредством электрического привода клапана и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления впускными и выпускными клапанами можно управлять посредством общего привода или приводной системы клапанов или привода или приводной системы ИФГ.
Цилиндр 14 может характеризоваться степенью сжатия, которая представляет собой отношение объема, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к объему, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Условно говоря, степень сжатия лежит в диапазоне от 9:1 до 13:1. Однако в некоторых примерах, когда используют различные виды топлива, степень сжатия может возрастать. Это может происходить, например, когда используют топливо с повышенным октановым числом или топливо с повышенной скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может также возрастать, если используют прямой впрыск из-за его влияния на детонацию в двигателе.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициации сгорания топлива. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания в камеру 14 сгорания посредством свечи 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 при выбранных режимах работы.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более форсунками для подачи топлива в цилиндр. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан содержащим две топливные форсунки 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены для подачи топлива, полученного от топливной системы 8 посредством топливного насоса высокого давления и топливной рампы. Альтернативно топливо может быть подано посредством одноступенчатого топливного насоса под низким давлением, и в этом случае момент прямого впрыска топлива может быть в большей степени ограничен во время такта сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, топливный бак может содержать датчик давления, обеспечивающий сигнал контроллеру 12.
Топливная форсунка 166 показана непосредственно связанной с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ-1), принимаемого от контроллера 12 посредством электронного драйвера 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемый прямой впрыск (здесь и далее называемым «ПВ») топлива в цилиндр 14. Не смотря на то, что на фиг. 1 форсунка 166 расположена на одной стороне цилиндра 14, альтернативно она может быть расположена сверху поршня, например, рядом с положением свечи 192 зажигания. Такая позиция может улучшить смешивание и сгорание, когда двигатель работает на спиртосодержащем топливе из-за низкой летучести некоторых спиртосодержащих видов топлива. Альтернативно, форсунка может быть расположена сверху или рядом с впускным клапаном для улучшения смешивания.
Топливная форсунка 170 показана расположенной во впускном канале 146, в отличие от форсунки в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает так называемый впрыск топлива во впускные каналы (далее называемый «ВТВК») во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо, полученное от топливной системы 8 пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ-2), полученного от контроллера 12 посредством электронного драйвера 171. Следует отметить, что можно использовать одиночный драйвер 168 или 171 в обеих системах впрыска топлива или несколько драйверов, например, драйвер 168 для топливной форсунки 166 и драйвер 171 для топливной форсунки 170, как показано.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Они включают в себя различные размеры, например, одна форсунка может иметь большее отверстие для впрыска, чем другая. Другие отличия включают в себя, но не ограничиваются, различными углами распыления, различными рабочими температурами, различной направленностью, различным моментом впрыска, различными характеристиками распыления, различными месторасположениями и т.д. Более того, в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива по форсункам 166 и 170, могут быть достигнуты различные эффекты.
Топливо можно доставлять в цилиндр посредством обеих форсунок в течение одного цикла работы цилиндра. Например, каждая форсунка может доставлять долю суммарного впрыска топлива, которое сгорает в цилиндре 14. По существу, даже для одного события сгорания топлива, впрыскиваемое топливо могут впрыскивать в различные моменты от форсунки прямого впрыска и форсунки впрыска во впускные каналы. Кроме того, для одного события сгорания топлива, может быть выполнено несколько впрысков за цикл. Несколько впрысков может быть выполнено в течение такта расширения, такта впуска или в любой их соответствующей комбинации.
Как раскрыто выше, на фиг. 2 представлен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Как таковой, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров, включая 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более цилиндров. Кроме того, каждый из этих цилиндров может содержать некоторые или все из различных компонентов, раскрытых и показанных на фиг. 2 в отношении цилиндра 14.
Двигатель может также содержать один или несколько каналов рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркуляции части отработавших газов из выпускной системы двигателя во впускную систему. По существу, посредством рециркуляции части отработавших газов, можно повлиять на разбавление в двигателе, что может увеличить производительность двигателя путем уменьшения пиковых температур и давлений сгорания в цилиндрах, потерь на дросселирование, а также выбросов NOx. Кроме того, граница зажигания может быть смещена в сторону опережения, ближе к ОМЗ. В изображенном примере отработавшие газы могут рециркулировать от выпускного канала 148 во впускной канал 144 через канал 141 РОГ. Величину РОГ, поставляемую во впускной канал 144, можно изменять посредством контроллера 12 с помощью клапана 143 РОГ. Кроме того, в канале РОГ может быть расположен датчик 145 РОГ, обеспечивающий индикацию одного или более из следующих параметров: давление, температура и концентрация отработавших газов.
Двигатель 10 может также содержать один (как показано) или несколько датчиков 90 детонации, распределенных вдоль корпуса двигателя (например, вдоль блока двигателя). Множество датчиков детонации, при их наличии, могут быть распределены симметрично или ассиметрично вдоль блока двигателя. Датчик 90 детонации может являться акселерометром, датчиком ионизации или датчиком вибраций. В одном примере контроллер 12 может быть выполнен с возможностью обнаружения и дифференциации вибраций блока цилиндров, образуемых из-за анормальных событий сгорания топлива, таких как детонация или преждевременное зажигание, на основе выходного сигнала (например, сигнала времени, амплитуды, напряженности, частоты и т.п.) от одного или более датчиков 90 детонации. Контроллер может оценивать выходные сигналы датчиков в различных временных интервалах, зависящих от особенностей цилиндров и от природы обнаруживаемой вибрации. Например, анормальные события сгорания топлива в цилиндре, вызванные наличием детонации в работающем цилиндре, могут быть распознаны посредством выходного сигнала датчика детонации, обнаруженного в интервале, идущем после события подачи искры зажигания в цилиндре, в то время как анормальные события сгорания топлива в цилиндре, вызванные преждевременным зажиганием, могут быть распознаны посредством выходных сигналов датчика детонации, обнаруженных в интервале, идущем перед событием подачи искры зажигания в цилиндре. В одном примере интервалы, в которых оценивают сигналы датчиков детонации, могут быть интервалами угла поворота коленчатого вала. Кроме того, порог для преждевременного зажигания может выть выше порога для детонации.
В дальнейших примерах контроллер 12 может быть выполнен с возможностью обнаружения и дифференцирования источников возникновения вибраций исходя из выходного сигнала (например, сигнала времени, амплитуды, напряженности, частоты и т.п.) от одного или более датчиков детонации, а также исходя из скорости измерения параметра, служащего индикатором заряда воздуха в цилиндре, например, скорости изменения давления воздуха в коллекторе (ДВК), массового расхода воздуха (МРВ) и т.д.
Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика ДВК можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе. Среди других датчиков можно упомянуть датчики уровня топлива и датчики состава топлива, связанные с топливным баком (баками) топливной системы.
ПЗУ 110 среды хранения может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, выполняемые процессором 106 для выполнения способов, раскрываемых ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются.
Таким образом, система по фиг. 1-2 допускает способ для двигателя, содержащий: деактивацию индивидуальных клапанных механизмов цилиндра в соответствии со схемой деактивации цилиндров, выбранной исходя из детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. Путем применения деактивации цилиндра для решения проблемы детонации в цилиндре, может быть уменьшен расход топлива, связанный с предотвращением детонационного сгорания. Дополнительно, цилиндры могут работать с зажиганием, смещенным в сторону опережения опережением от границы зажигания в сторону ОМЗ. Это улучшает выходной крутящий момент двигателя и топливную экономичность.
На фиг. 3 показан пример алгоритма 300 для корректировки схемы деактивации цилиндров в ответ на события детонации в цилиндре. Способ позволяет выбрать схему деактивации цилиндров исходя из нагрузки двигателя в условиях, когда двигатель не ограничен детонацией, а когда двигатель ограничен детонацией, схему деактивации цилиндров выбирают исходя из индивидуальных детонационных характеристик цилиндров.
На этапе 302 алгоритм включает в себя оценку и/или измерение рабочих условий двигателя. Оцениваемые рабочие условия могут включать в себя, например, частоту вращения двигателя, запрашиваемый водителем крутящий момент, температуру двигателя, внешние условия, такие как внешняя температура и барометрическое давление (БД), уровень наддува и т.д. На этапе 304, исходя из оцененных условий, могут определять достижение условий деактивации цилиндров. В одном примере достижение условий деактивации цилиндров может иметь место, если нагрузка двигателя меньше порогового значения или запрошенный водителем крутящий момент меньше порогового значения. Если нет достижения условий деактивации цилиндров, то на этапе 305 алгоритм включает в себя поддержание всех цилиндров двигателя активированными. Если имеет место достижение условий деактивации цилиндров, тогда на этапе 306 контроллер может выбрать схему деактивации цилиндров исходя из нагрузки двигателя.
Схема деактивации цилиндров может быть также выбрана исходя из одного или более из следующих параметров: частота вращения двигателя, скорость транспортного средства, температура двигателя, характеристика шума, вибрации, неплавности работы (ШВНР) двигателя и выбранная передача трансмиссии (например, включена ли в данный момент первая передача с первым, понижающим передаточным отношением или включена вторая передача со вторым, повышающим передаточным отношением) Определение схемы деактивации цилиндров включает в себя определение числа и номеров отключаемых цилиндров, а также определение продолжительности деактивации. Например, контроллер может определять число событий сгорания или циклов двигателя, в течение которых нужно поддерживать деактивированными выбранные цилиндры. Общее число деактивированных/активированных цилиндров может зависеть от общего фактического числа цилиндров двигателя и от запрошенного водителем крутящего момента. В качестве неограничивающего примера, могут быть деактивированы два цилиндра для четырехцилиндрового двигателя, три цилиндра - для шестицилиндрового двигателя и четыре цилиндра - для восьмицилиндрового двигателя. В некоторых примерах одинаковый набор цилиндров могут выбирать для деактивации всякий раз, когда достигнуты условия деактивации цилиндров, в то время как в других примерах номера деактивируемых цилиндров могут менять всякий раз, когда достигнуты условия деактивации цилиндров.
В системах двигателя, в которых цилиндры содержат индивидуальные клапанные механизмы цилиндров, связанные с каждым из множества впускных и выпускных клапанов, контроллер может также определять, нужно ли закрывать один или более впускных клапанных механизмов, один или более выпускных клапанных механизмов или комбинацию обоих механизмов при деактивации цилиндра, когда прекращена подача топлива и искры зажигания в указанный цилиндр. Кроме того, контроллер может определять относительный момент закрытия впускного и выпускного клапана для каждого цилиндра, выбранного для деактивации. Например, контроллер может находить схему в справочной таблице, хранимой в памяти контроллера. Схемы деактивации цилиндров можно хранить в справочной таблице, как функцию от нагрузки двигателя для данной конфигурации двигателя. В одном примере при пониженных нагрузках двигателя схема деактивации цилиндров может включать в себя зажигание в каждом втором или третьем цилиндре. Например, в рядном четырехцилиндровом двигателе с нумерацией цилиндров от 1 до 4 и со схемой зажигания в цилиндрах 1-3-4-2 в течение нормальных рабочих условии, когда цилиндры не деактивированы и включены в работу, зажигания в цилиндрах могут происходить в порядке 134213421342 и так далее. В ответ на достижение условий деактивации цилиндров, для обеспечения преимуществ топливной экономичности, контроллер может переключить работу двигателя на схему деактивации цилиндров, в которой зажигание происходит в каждом третьем цилиндре, что в результате приводит к схеме 1хх2хх4хх3хх1хх, где х обозначает пропущенный цилиндр.
После выбора цилиндров, подлежащих деактивации, двигатель может работать с выбранной схемой деактивации цилиндров. В частности, выбранные цилиндры могут быть деактивированы на этапе 306 путем блокировки в закрытом положении впускных и выпускных клапанов данных цилиндров в течение по меньшей мере полного цикла двигателя (например, два оборота коленчатого вала двигателя). Кроме того, прекращают подачу топлива и искры зажигания в деактивированные цилиндры, в то время как двигатель продолжает вращаться, а работу клапанов, подачу топлива и искры зажигания в остальные активированные цилиндры поддерживают. Таким образом, при достижении условий деактивации цилиндров, высший приоритет может быть назначен нагрузке двигателя.
На этапе 308, после деактивации выбранных цилиндров, способ включает в себя оценку и/или измерение детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. По существу, при деактивации одного или более цилиндров, остальные активированные цилиндры работают с повышенной средней нагрузкой цилиндра. Поэтому один или более активированных цилиндров могут стать более горячими и более подверженными детонации. В одном примере детонационная характеристика каждого цилиндра двигателя может быть определена исходя из выходного сигнала от одного или более датчиков детонации, подключенных вдоль блока двигателя или к отдельным цилиндрам двигателя. Детонационная характеристика каждого цилиндра может включать в себя один или более из следующих параметров: частота детонации каждого цилиндра, история детонации каждого цилиндра (например, число детонаций в ездовом цикле) и выходную величину от датчика детонации, связанного с данным цилиндром двигателя.
На этапе 310 могут определять, превышает ли детонационная характеристика цилиндра пороговую характеристику. Пороговая характеристика может определяться индивидуальной историей детонации цилиндра. Например, детонационная характеристика каждого цилиндра может быть сравнена с пороговой характеристикой, которая определяется историей детонации соответствующего цилиндра. Затем по мере увеличения частоты детонации в истории детонации цилиндра (например, по мере увеличения числа событий детонации цилиндра в заданном ездовом цикле), пороговая характеристика может быть уменьшена. Например, пороговая характеристика может быть уменьшена в ответ на то, что момент зажигания цилиндра установлен с большим запаздыванием от порогового зажигания. В альтернативных примерах детонационная характеристика каждого цилиндра может быть сравнена с общей пороговой характеристикой.
Если детонационная характеристика всех цилиндров ниже пороговой характеристики, то это значит, что ни один из цилиндров не имеет достаточной детонации, тогда на этапе 312 все цилиндры двигателя поддерживают активированными. То есть, не выполняют деактивации цилиндров.
Если детонационная характеристика любого цилиндра выше пороговой характеристики, тогда на этапе 314 способ включает в себя работу двигателя с деактивированными цилиндрами, в которых возникает детонация. В частности, контроллер может деактивировать индивидуальные клапанные механизмы детонирующего цилиндра, так же как и отключение подачи топлива и искры зажигания в детонирующий цилиндр. Таким образом, контроллер может деактивировать индивидуальные клапанные механизмы цилиндра в соответствии со схемой деактивации цилиндров, выбранной исходя из детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. В одном примере контроллер может выбирать для деактивации первый цилиндр, имеющий детонационную характеристику, большую пороговой, при этом поддерживая работу второго цилиндра, имеющего детонационную характеристику, меньшую пороговой. При этом второй цилиндр отличен от первого цилиндра. Например, второй цилиндр может быть следующим за первым цилиндром в последовательности зажигания в блоке двигателя. В другом примере второй цилиндр и первый цилиндр могут быть расположены в разных блоках двигателя.
Понятно, что выбор схемы деактивации цилиндров может дополнительно или альтернативно быть основан на моменте зажигания каждого цилиндра двигателя. Например, в ответ на индикацию детонации в цилиндре, момент зажигания цилиндра может быть установлен с запаздыванием относительно ОМЗ. Если цилиндр становится ограниченным по зажиганию, это значит, что момент зажигания данного был установлен с запаздыванием относительно ОМЗ на уровне или почти на уровне границы зажигания (ГЗ), при этом ограниченный по зажиганию цилиндр может быть выбран для деактивации. Таким образом, контроллер может деактивировать первый цилиндр, имеющий большую величину границы зажигания, при этом поддерживая работу второго цилиндра, имеющего меньшую величину границы зажигания. При этом, как говорилось выше, второй цилиндр может быть расположен следующим за первым цилиндром в блоке двигателя или может быть следующим в последовательности зажигания.
Контроллер может поддерживать первый цилиндр деактивированным в течение некоторого числа циклов двигателя, при этом данное число основано на температуре первого цилиндра. По сути, при деактивации детонирующего цилиндра, данный цилиндр может начать охлаждаться. Как только внутрицилиндровая температура упадет, предрасположенность к детонации данного цилиндра также уменьшится. Таким образом, первый цилиндр можно поддерживать деактивированным то тех пор, пока внутрицилиндровая температура не упадет ниже порогового значения, так что детонация в цилиндре уменьшится. Число циклов двигателя, в течение которых первый цилиндр поддерживают деактивированным, можно повысить при повышении температуры первого цилиндра выше порогового значения во время деактивации цилиндра. После прохождения данного числа циклов двигателя первый цилиндр можно реактивировать.
Дополнтиельно или опционально, когда детонирующий цилиндр начинает охлаждаться, а другой цилиндр становится горячее и более подверженным детонации (или более ограниченным по зажиганию), схема деактивации цилиндров может быть скорректирована путем реактивации более холодного цилиндра (ранее детонирующего цилиндра) и деактивации более горячего цилиндра (цилиндра, детонирующего в данный момент), как раскрывалось выше.
На этапе 316 могут определять, ниже ли внутрицилиндроваяя температура детонирующего цилиндра пороговой температуры. То есть, могут определять, достаточно ли охладился детонирующий цилиндр. Если да, то на этапе 322 алгоритм включает в себя реактивацию ранее детонирующего цилиндра. Реактивированный цилиндр далее работает с моментом зажигания, смещенным в сторону опережения от ГЗ к ОМЗ. Другими словами, цилиндр может работать с более ранним зажиганием относительно среднего значения. Это повышает выходной крутящий момент цилиндра и снижает расход топлива, связанный с предотвращением детонационного сгорания в цилиндре. При реактивации первого цилиндра, второй цилиндр, который был активированным во время деактивации, может быть деактивирован. Например, если второй цилиндр стал горячее, более ограничен по зажиганию или ограничен детонацией, этот второй цилиндр может быть деактивирован при реактивации первого цилиндра.
Если внутрицилиндровая температура детонирующего (первого) цилиндра не ниже пороговой температуры, то на этапе 318 могут определять, превышает ли детонационная характеристика другого цилиндра пороговую характеристику. В одном примере при деактивации первого цилиндра остальные активированные цилиндры двигателя работают с большей средней нагрузкой цилиндра. Следовательно, один или более активированных цилиндров могут стать горячее и более подверженными детонации. Дополнительно по мере повышения частоты возникновения детонации в активированном цилиндре, момент зажигания этого активированного цилиндра может постепенно смещаться в сторону запаздывания, в результате чего этот активированный цилиндр становится ограниченным по зажиганию. Таким образом, если детонационная характеристика другого цилиндра повышается во время деактивации, то на этапе 320 ранее детонирующий цилиндр может быть реактивирован при одновременной деактивации цилиндра, детонирующего в данный момент. Как обсуждалось выше, реактивированный цилиндр может работать с моментом зажигания, смещенным в сторону опережения от ГЗ к ОМЗ. В одном примере контроллер может поддерживать первый цилиндр деактивированным до тех пор, пока или детонационная характеристика первого цилиндра не упадет ниже пороговой характеристики, или детонационная характеристика второго цилиндра не поднимется выше пороговой характеристики. Контроллер может затем реактивировать первый цилиндр при деактивации второго цилиндра.
Если внутрицилиндровая температура детонирующего цилиндра (первого цилиндра) не ниже пороговой температуры (на этапе 316), а также если другие цилиндры не становятся ограниченными детонацией при деактивации первого цилиндра (на этапе 318), то на этапе 320 детонирующий цилиндр поддерживают деактивированным до тех пор, пока одно из условий на этапах 316и318не будет достигнуто.
По существу, двигатели со всеми работающими цилиндрами, передающими равный крутящий момент, имеют большие потери на перекачивание и сниженную эффективность использования топлива. Двигатели могут использовать деактивацию цилиндров для снижения потерь на перекачивание. Однако, поскольку они работают с повышенной нагрузкой, они могут характерно стать ограниченными по зажиганию. Путем корректировки того, какие цилиндры нужно поддерживать активированными, а какие - деактивировать, исходя из индивидуальной частоты детонации цилиндров, обеспечивают периодическое охлаждение и уменьшение ограничения по зажиганию активированных цилиндров. Путем возможности их работы с более ранним моментом зажигания (моментом зажигания, находящееся ближе к ОМЗ), обеспечивают более эффективную работу цилиндров, что в результате приведет к снижению расхода топлива.
На фиг. 4 представлена диаграмма 400, показывающая пример корректировки схемы деактивации цилиндров в ответ на детонацию в цилиндрах. На диаграмме 400, на графике 402 изображен рабочий режим (деактивирован или реактивирован) первого цилиндра (цилиндр 1), на графике 404 - рабочий режим второго цилиндра (цилиндр 2), на графике 406 - детонационная характеристика первого цилиндра, на графике 408 - детонационная характеристика второго цилиндра, на графике 410 - задержка зажигания первого цилиндра, и на графике 412 - задержка зажигания второго цилиндра. Все графики показаны в зависимости от времени по оси X.
До момента t1 двигатель может работать со всеми активированными цилиндрами. Между моментами t0 и t1 детонационная характеристика второго цилиндра может быть меньше порогового значения. Например, во втором цилиндре детонация может не происходить. В то же время, в первом цилиндре может периодически происходить детонация, как показано прерывистыми подъемами детонационной характеристики первого цилиндра. Соответственно, момент зажигания второго цилиндра можно поддерживать существенно на уровне ОМЗ. Для сравнения, момент зажигания первого цилиндра может постепенно перемещаться к ГЗ по мере увеличения частоты детонации. К моменту t1 первый цилиндр может быть ограниченным детонацией и ограниченным по зажиганию.
В момент t1 первый цилиндр можно выборочно деактивировать при поддержании активированным второго цилиндра. Вследствие деактивации первый цилиндр может начать охлаждаться, и детонационная характеристика первого цилиндра снижается к моменту t2, когда цилиндр уже не является ограниченным детонацией. Одновременно с этим, вследствие работы второго цилиндра с повышенной средней нагрузкой цилиндра, второй цилиндр становится горячее, а детонационная характеристика второго цилиндра может начать увеличиваться. В результате между моментами t1 и 12 момент зажигания второго цилиндра может постепенно смещаться в сторону запаздывания от ОМЗ к ГЗ, так что к моменту t2 второй цилиндр является ограниченным детонацией.
В момент t2, в ответ на то, что второй цилиндр становится ограниченным по зажиганию, первый цилиндр может быть реактивирован с одновременной деактивацией второго цилиндра. Кроме того, реактивированный первый цилиндр может работать с моментом зажигания, смещенным в сторону опережения от ГЗ к ОМЗ. К моменту t3 момент зажигания первого цилиндра может быть установлен с опережением, ближе к ОМЗ.
Между моментами t2 и t3 второй цилиндр поддерживают деактивированным до его достаточного охлаждения. В момент t3, в ответ на снижение детонационной характеристики второго цилиндра, второй цилиндр может быть реактивирован. Кроме того, реактивированный второй цилиндр может работать с моментом зажигания, смещенным в сторону опережения от ГЗ к ОМЗ. К моменту t4 момент зажигания второго цилиндра может быть установлен с опережением, ближе к ОМЗ.
Таким образом, контроллер может деактивировать первый цилиндр в ответ на индикацию детонации в первом цилиндре; и реактивировать первый цилиндр в ответ на индикацию детонации во втором цилиндре. Кроме того, контроллер может деактивировать второй цилиндр с одновременной реактивацией первого цилиндра в ответ на индикацию детонации во втором цилиндре. Деактивация первого цилиндра или второго цилиндра включает в себя деактивацию индивидуальных клапанных механизмов цилиндра при отключении подачи топлива и искры зажигания. Контроллер может также поддерживать второй цилиндр деактивированным в течение некоторого числа циклов двигателя, исходя из внутрицилиндровой температуры второго цилиндра, при этом указанное число циклов двигателя повышается по мере повышения внутрицилиндровой температуры, оцененной во время деактивации второго цилиндра. Контроллер может быть также сконфигурирован для реактивации второго цилиндра при деактивации первого цилиндра после снижения внутрицилиндровой температуры второго цилиндра ниже порогового значения, которое корректируют исходя из истории детонации второго цилиндра. В одном примере деактивацию выполняют, когда нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки или запрошенный водителем крутящий момент ниже порогового крутящего момента.
В другом примере система двигателя содержит первый и второй цилиндры двигателя, каждый из которых содержит впускные и выпускные клапаны с электроприводом; датчик детонации для обнаружения детонации как в первом, так и во втором цилиндре; первый и второй датчики температуры для определения внутрицилиндровой температуры первого и второго цилиндра соответственно; и контроллер. Контроллер может быть сконфигурирован с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в энергонезависимой памяти для того: в ответ на то, что детонационная характеристика первого цилиндра превышает первое пороговое значение, в то время как детонационная характеристика второго цилиндра ниже второго порогового значения, деактивации первого цилиндра на некоторое число событий сгорания до тех пор, пока или внутрицилиндровая температура первого цилиндра не упадет ниже пороговой температуры, или детонационная характеристика второго цилиндра не поднимется выше второго порогового значения; и реактивации первого цилиндра при деактивации второго цилиндра. При этом первое пороговое значение зависит от частоты детонации первого цилиндра, при этом первое пороговое значение обратно пропорционально частоте детонации первого цилиндра, и при этом второе пороговое значение зависит от частоты детонации второго цилиндра, при этом второе пороговое значение обратно пропорционально частоте детонации второго цилиндра. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для установки опережения момента зажигания второго цилиндра в сторону ОМЗ во время деактивации первого цилиндра и для установки опережения момента зажигания первого цилиндра в сторону ОМЗ во время деактивации второго цилиндра.
Таким образом, технический эффект корректировки номеров цилиндров, выбранных для индивидуальной деактивации исходя из их истории детонации состоит в том, что проблема детонации в цилиндрах может быть решена с уменьшением задержки зажигания. В частности, активированные цилиндры могут работать с более ранним моментом зажигания (ближе к ОМЗ). Путем варьирования активированных цилиндров таким образом, чтобы обеспечить их охлаждение между периодами работы, можно обеспечить меньшее ограничение по зажиганию. Путем уменьшения предрасположенности к детонации активированных цилиндров при работе двигателя с деактивацией цилиндров, можно достичь увеличения топливной экономичности, как положительного эффекта от деактивации цилиндров. Кроме того, можно достичь большей топливной экономичности путем устранения детонации в цилиндрах с уменьшением общего запаздывания зажигания и работы активированных цилиндров двигателя с более ранним средним моментом зажигания.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к способам и системам для управления детонацией в системе двигателя, выполненной с возможностью сжигания топлива с пропусками зажигания.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием могут испытывать анормальные события горения, такие как детонация, при работе с высокой нагрузкой, особенно при работе на топливе с пониженным октановым числом. Внутрицилиндровые температуры могут быть важным индикатором того, возможна ли детонация в цилиндре или нет. В частности, более горячие цилиндры могут иметь большую тенденцию к детонации. Кроме того, исходя из конфигурации двигателя, в частности, расположения каналов охлаждения, а также из ограничений по компоновке двигателя, некоторые цилиндры могут быть более подвержены детонации, чем остальные. Проблема детонации может быть решена посредством запаздывания момента зажигания цилиндров двигателя. Хотя задержка зажигания снижает детонацию, в результате она приводит к пониженному выходному крутящему моменту двигателя и ухудшает топливную экономичность.
В последние годы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием компоновали для работы с переменным числом активированных и деактивированных цилиндров для улучшения топливной экономичности, при этом общее воздушно-топливное отношение смеси отработавших газов опционально поддерживали на уровне стехиометрии. В таких двигателях можно изменять эффективный рабочий объем двигателя путем пропуска подачи топлива к определенным цилиндрам в пронумерованной схеме зажигания в цилиндрах, также называемой схемой «пропусков зажигания». Например, как показано Tripathi в документе US 8,651,091, топливный контроллер двигателя может непрерывно чередовать то, в какие конкретные цилиндры подавать топливо, какие цилиндры пропускать и сколько событий происходит в цилиндрах в данной схеме. Путем пропуска подачи топлива в выбранные цилиндры, активированные цилиндры могут работать практически с оптимальным к.п.д., повышая общий к.п.д. двигателя.
Авторы настоящего изобретения выявили, что величину запаздывания зажигания, применяемого для предотвращения детонационного сгорания (а, следовательно, для снижения расхода топлива, связанного с предотвращением детонационного сгорания), можно понижать, используя индивидуальные механизмы деактивации клапанов цилиндра. В частности, быстрая реакция механизмов деактивации клапанов цилиндра двигателя с пропуском зажигания может использоваться для кратковременной деактивации цилиндров с повышенной частотой детонации, при этом по мере изменения схемы детонации цилиндров и рабочих условий двигателя, изменяют деактивируемые цилиндры. В одном примере подход включает в себя деактивацию индивидуальных механизмов деактивации клапанов цилиндра в соответствии со схемой деактивации цилиндров, выбранной исходя из детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. Таким образом, детонацию можно контролировать с использованием меньшего запаздывания зажигания.
В одном примере, если детонация в некотором цилиндре происходила с большей частотой, контроллер может выборочно деактивировать данный цилиндр на одно или более событий сгорания. Детонирующий цилиндр могут деактивировать путем деактивации работы впускных и выпускных клапанов указанного цилиндра, при этом также отключая подачу топлива и искры зажигания в указанный цилиндр. Например, цилиндр могут деактивировать, когда частота появления детонации в цилиндре превысит пороговое значение. Альтернативно с каждым событием детонации можно увеличивать запаздывание зажигания, удаляясь от граничного значения. Далее, по мере увеличения частоты детонации и когда запаздывание зажигания превысит пороговое значение (т.е., цилиндр станет ограниченным по зажиганию), цилиндр могут деактивировать. Вследствие деактивации цилиндр может начать охлаждаться, в результате чего снижается предрасположенность к дальнейшим появлениям детонации. Когда внутрицилиндровая температура упадет ниже пороговой температуры, цилиндр можно реактивировать. Далее цилиндр может работать с меньшим запаздыванием зажигания, например, момент зажигания реактивированного цилиндра может быть смещен в сторону опережения к оптимальному моменту зажигания (ОМЗ). Альтернативно, по мере того, как цилиндр двигателя охлаждается, и одновременно другой цилиндр двигателя становится горячее и более ограниченным по зажиганию, цилиндр с большим ограничением по зажиганию может быть деактивирован, в то время как охлажденный цилиндр может быть реактивирован.
Таким образом, путем корректировки схемы деактивации цилиндров исходя из частоты появления детонации в цилиндрах, детонацию в двигателе можно контролировать с использованием меньшего запаздывания зажигания. Как результат, можно уменьшить расход топлива, связанный с предотвращением детонационного сгорания. Путем деактивации цилиндров, имеющих большую частоту детонации, до их достаточного охлаждения и затем их реактивации, цилиндры могут работать с зажиганием, близким к ОМЗ. Путем непрерывного изменения схемы деактивированных/активированных цилиндров, например, деактивации цилиндров при увеличении детонации в них и реактивации при уменьшении, температуры цилиндров можно контролировать, снижая предрасположенность к дальнейшим событиям детонации. Путем работы активированных цилиндров с опережением зажигания, смещенным от границы зажигания к ОМЗ, двигатель может работать с меньшей частотой детонации и увеличенной топливной экономичностью.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведен пример осуществления компоновки системы двигателя.
На фиг. 2 приведен местный вид двигателя.
На фиг. 3 приведена высокоуровневая блок-схема корректировки схемы деактивации цилиндров для индивидуальной деактивации цилиндра в ответ на возникновение детонации в цилиндре.
На фиг. 4 приведен пример корректировки деактивации цилиндров, используемой для предотвращения детонационного сгорания и увеличения топливной экономичности.
Осуществление изобретения
Предлагаются способы и системы для корректировки профиля впрыска топлива при работе двигателя, выполненного с возможностью выборочной деактивации цилиндров (здесь также называемой работой с пропусками зажигания), такого как система двигателя на фиг. 1-2. Контроллер может выбирать схему пропусков зажигания в ответ на индикации детонации в цилиндрах. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма, такого как алгоритм на фиг. 3, для выборочной деактивации цилиндра, в котором детонация происходит с большей частотой, на некоторый период до охлаждения цилиндра. Когда цилиндр охладится, его могут реактивировать, и в то же время другой цилиндр, в котором в настоящий момент происходит детонация, деактивируют. Пример корректировки схемы деактивации цилиндров показан на фиг. 4. Таким образом, детонацию в цилиндрах можно снизить при работе с меньшим ограничением по зажиганию.
На фиг. 1 приведен пример двигателя 10, содержащего первый ряд 15а и второй ряд 15б. В показанном примере двигатель 10 является двигателем V8 с первым и вторым рядами, в каждом из которых расположены четыре цилиндра. Двигатель 10 содержит впускной коллектор 16, содержащий дроссель 20, и выпускной коллектор 18, связанный с системой 30 снижения токсичности отработавших газов. Система 30 снижения токсичности отработавших газов содержит один или более каталитических нейтрализаторов и датчиков воздушно-топливного отношения, таких как раскрытые со ссылкой на фиг.2. В одном неограничивающем примере двигатель 10 может быть частью движительной установки пассажирского транспортного средства.
Система 10 двигателя может содержать цилиндры 14 с выборочно деактивируемыми впускными клапанами 50 и выборочно деактивируемыми выпускными клапанами 56. В одном примере впускные клапаны 50 и выпускные клапаны 56 выполнены с электроприводом клапанов (ЭПК) посредством индивидуальных электрических исполнительных клапанных механизмов цилиндра. Не смотря на то, что в изображенном примере показано, что каждый цилиндр содержит одиночный впускной клапан и одиночный выпускной клапан, в альтернативных примерах, как детально показано на фиг. 2, каждый цилиндр может иметь множество выборочно деактивируемых впускных клапанов и/или множество выборочно деактивируемых выпускных клапанов.
В выборочных условиях, например, когда нет необходимости в максимальном крутящем моменте двигателя, один или более цилиндров двигателя 10 могут быть выбраны для выборочной деактивации (здесь также называемой индивидуальной деактивацией цилиндра). Это может включать в себя выборочную деактивацию одного или более цилиндров только в первом ряду 15а, одного или более цилиндров только во втором ряду 15б или одного или более цилиндров в каждом - первом и втором - ряду. Число и номера деактивируемых цилиндров в каждом ряду могут быть симметричными или ассиметричными.
При деактивации выбранные цилиндры могут быть деактивированы путем закрытия индивидуальных клапанных механизмов цилиндра, таких как механизмы впускного клапана, механизмы выпускного клапана или их комбинация. Клапаны цилиндров могут быть выборочно деактивированы посредством подъемных устройств с гидравлическим приводом (например, подъемных устройств, связанных с толкателями клапанов), посредством механизма переключения профиля кулачков, в которых используются выступы кулачков с нулевым подъемом для деактивации клапанов, или посредством клапанных механизмов цилиндра с электроприводом, связанных с каждым цилиндром. Дополнительно, может быть прекращена подача топлива и искры зажигания в деактивированные цилиндры, например, посредством деактивации топливных форсунок цилиндра.
В некоторых примерах система 10 двигателя может содержать выборочно деактивируемые топливные форсунки (прямого впрыска), и выбранные цилиндры могут быть деактивированы путем отключения соответствующих топливных форсунок при поддержании работающими впускных и выпускных клапанов, таким образом, что воздух может продолжать прокачиваться через эти цилиндры.
В то время как выбранные цилиндры отключены, остальные включенные или активированные цилиндры продолжают производить сгорание топлива посредством активированных и работающих топливных форсунок и клапанных механизмов цилиндров. Для удовлетворения требований по крутящему моменту двигатель производит одинаковый по величине крутящий момент в активированных цилиндрах. Для этого требуются более высокие давления в коллекторе, в результате чего снижаются потери на перекачку, и увеличивается к.п.д. двигателя. Также сниженная эффективная площадь поверхности (только включенных цилиндров), подверженная сгоранию топлива, обеспечивает снижение потерь тепла в двигателе, улучшая термический к.п.д. двигателя.
Цилиндры могут быть деактивированы для обеспечения специальной схемы зажигания (или пропусков зажигания) в цилиндрах на основе назначенного алгоритма управления. Более конкретно, выбранные «пропускаемые» рабочие циклы не происходят, в то время как другие «активированные» рабочие циклы происходят. Опционально момент зажигания, связанный с выбранным зажиганием в выбранной рабочей камере может быть также отрегулирован исходя из порядка зажигания или истории зажигания выбранной рабочей камеры. Контроллер 12 двигателя может быть выполнен с подходящей логической схемой, как раскрыто ниже, для определения схемы деактивации цилиндров (или пропусков зажигания) исходя из рабочих условий двигателя.
Двигатель 10 может работать со множеством веществ, которые можно доставлять посредством топливной системы 8. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков 17, связанных с двигателем 10 (и раскрытых со ссылкой на фиг. 2), и отправлять управляющие сигналы на различные исполнительные механизмы 81, связанные с двигателем и/или транспортным средством (как раскрыто со ссылкой на фиг. 2). В число различных датчиков могут быть включены, например, различные датчики температуры, давления и воздушно-топливного отношения. Кроме того, контроллер 12 может получать индикацию детонации в цилиндре или преждевременного зажигания от одного или более датчиков 90 детонации, распределенных вдоль блока цилиндров. Множество датчиков 90 детонации могут быть распределены симметрично или ассиметрично вдоль блока цилиндров. Кроме того, один или более датчиков 90 детонации могут включать в себя акселерометры, датчики ионизации или измерительные преобразователи внутрицилиндрового давления.
Контроллер двигателя может содержать генератор запускающих импульсов и устройство задания последовательности для определения схемы зажигания в цилиндрах исходя из требуемой выходной мощности двигателя при текущих рабочих условиях двигателя. Например, генератор запускающих импульсов может применять адаптивное упреждающее управление для динамического вычисления сигнала запускающего импульса, который указывает, в каких цилиндрах нужно производить зажигание и с какими интервалами для получения требуемой выходной мощности (то есть, схему зажигания/пропусков зажигания в цилиндрах). Схема зажигания в цилиндрах может быть скорректирована для обеспечения требуемой выходной мощности без образования избыточных или неуместных вибраций в двигателе. По существу, схема зажигания в цилиндрах может быть выбрана исходя из конфигурации двигателя, например, исходя из того, является ли двигатель V-образным или рядным, количества цилиндров двигателя и т.д. Исходя из выбранной схемы зажигания в цилиндре, индивидуальные клапанные механизмы цилиндра из выбранных цилиндров могут быть закрыты, а подача топлива и искры зажигания в цилиндры - остановлена.
Так как оптимальный к.п.д. для данного цилиндра почти соответствует максимальной выходной мощности, для снижения выходной мощности можно выбрать меньшую частоту событий зажигания. Например, пропуская каждый второй цилиндр, в среднем можно получить половину мощности. Разнесение событий зажигания так равномерно, насколько это возможно, будет приводить к минимизации вибраций из-за изменяющегося выходного крутящего момента. То, будут ли все цилиндры включены в схему пропусков зажигания, может зависеть от доли требуемой выходной мощности, а также других условий, включая температуру цилиндра.
Таким образом, путем корректировки схемы деактивации индивидуальных клапанных механизмов цилиндра и индивидуальных топливных форсунок цилиндра, можно обеспечивать требуемую выходную мощность двигателя посредством более эффективной работы меньшего числа цилиндров, за счет чего увеличивается топливная экономичность.
На фиг. 2 приведен пример осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может получать управляющие параметры от системы управления, содержащей контроллер 12, и входной сигнал от водителя 130 транспортного средства посредством устройства 132 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали, предназначенный для выработки пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 14 (здесь также называемый «камера сгорания») двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 через трансмиссионную систему может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства. Кроме того, через маховик с коленчатым валом 140 может быть связан стартер, обеспечивающий запуск двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать впускной воздух посредством группы впускных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10, помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут содержать устройство наддува, такое как турбонагнетатель или воздушный нагнетатель. Например, на фиг. 2 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и выпускную турбину 176, расположенную по ходу выпускного канала 148. Компрессор 174 можно, по меньшей мере частично, приводить в движение посредством выпускной турбины 176 через вал 180 в случае, если устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако в других примерах, например, когда двигатель 10 оснащен воздушным нагнетателем, выпускная турбина 176 может опционально отсутствовать, при этом компрессор 174 можно приводить в действие посредством механического воздействия от электромотора или двигателя. Дроссель 20 содержит дроссельную заслонку 164 и может быть установлен по ходу впускного канала двигателя для измерения расхода и/или давления впускного воздуха, доставляемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или альтернативно ниже по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы от других цилиндров двигателя, помимо цилиндра 14. Датчик 128 отработавших газов показан связанным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 128 может представлять собой любой датчик, подходящий для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик, или универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ). датчик оксидов азота (NOx), углеводорода (НС) или окиси углерода (СО). Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или сочетание указанных устройств.
Температуру отработавших газов можно измерять посредством одного или более датчиков температуры (не показаны), помещенных в выпускной канал 148. Альтернативно, температура отработавших газов может быть выведена исходя из рабочих условий двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), задержка зажигания и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может быть вычислена посредством одного или более датчиков 128 отработавших газов. Следует понимать, что температура отработавших газов может быть альтернативно оценена посредством любой комбинации способов оценки температуры, перечисленных в настоящем описании.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан содержащим по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенные в верхней области цилиндра.
Впускным клапаном 150 можно управлять посредством контроллера 12 с помощью кулачкового привода посредством системы 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, выпускным клапаном 156 можно управлять посредством контроллера 12 с помощью системы 153 кулачкового привода. Системы 151 и 153 кулачкового привода, каждая, могут содержать один или более кулачков и могут использовать одну или более из следующих систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для изменения режима работы клапанов. Режим работы впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определен посредством датчиков положения клапанов (не показаны) и/или датчиков 155 и 157 положения распределительного вала соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной и/или выпускной клапаны могут управляться посредством электрического привода клапана, пневматического привода клапана или гидравлического привода клапана. Например, цилиндр 14 может альтернативно содержать впускной клапан, управляемый посредством электрического привода клапана и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления впускными и выпускными клапанами можно управлять посредством общего привода или приводной системы клапанов или привода или приводной системы ИФГ.
Цилиндр 14 может характеризоваться степенью сжатия, которая представляет собой отношение объема, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к объему, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Условно говоря, степень сжатия лежит в диапазоне от 9:1 до 13:1. Однако в некоторых примерах, когда используют различные виды топлива, степень сжатия может возрастать. Это может происходить, например, когда используют топливо с повышенным октановым числом или топливо с повышенной скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может также возрастать, если используют прямой впрыск из-за его влияния на детонацию в двигателе.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициации сгорания топлива. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания в камеру 14 сгорания посредством свечи 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 при выбранных режимах работы.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более форсунками для подачи топлива в цилиндр. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан содержащим две топливные форсунки 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены для подачи топлива, полученного от топливной системы 8 посредством топливного насоса высокого давления и топливной рампы. Альтернативно топливо может быть подано посредством одноступенчатого топливного насоса под низким давлением, и в этом случае момент прямого впрыска топлива может быть в большей степени ограничен во время такта сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, топливный бак может содержать датчик давления, обеспечивающий сигнал контроллеру 12.
Топливная форсунка 166 показана непосредственно связанной с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ-1), принимаемого от контроллера 12 посредством электронного драйвера 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемый прямой впрыск (здесь и далее называемым «ПВ») топлива в цилиндр 14. Не смотря на то, что на фиг. 1 форсунка 166 расположена на одной стороне цилиндра 14, альтернативно она может быть расположена сверху поршня, например, рядом с положением свечи 192 зажигания. Такая позиция может улучшить смешивание и сгорание, когда двигатель работает на спиртосодержащем топливе из-за низкой летучести некоторых спиртосодержащих видов топлива. Альтернативно, форсунка может быть расположена сверху или рядом с впускным клапаном для улучшения смешивания.
Топливная форсунка 170 показана расположенной во впускном канале 146, в отличие от форсунки в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает так называемый впрыск топлива во впускные каналы (далее называемый «ВТВК») во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо, полученное от топливной системы 8 пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ-2), полученного от контроллера 12 посредством электронного драйвера 171. Следует отметить, что можно использовать одиночный драйвер 168 или 171 в обеих системах впрыска топлива или несколько драйверов, например, драйвер 168 для топливной форсунки 166 и драйвер 171 для топливной форсунки 170, как показано.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Они включают в себя различные размеры, например, одна форсунка может иметь большее отверстие для впрыска, чем другая. Другие отличия включают в себя, но не ограничиваются, различными углами распыления, различными рабочими температурами, различной направленностью, различным моментом впрыска, различными характеристиками распыления, различными месторасположениями и т.д. Более того, в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива по форсункам 166 и 170, могут быть достигнуты различные эффекты.
Топливо можно доставлять в цилиндр посредством обеих форсунок в течение одного цикла работы цилиндра. Например, каждая форсунка может доставлять долю суммарного впрыска топлива, которое сгорает в цилиндре 14. По существу, даже для одного события сгорания топлива, впрыскиваемое топливо могут впрыскивать в различные моменты от форсунки прямого впрыска и форсунки впрыска во впускные каналы. Кроме того, для одного события сгорания топлива, может быть выполнено несколько впрысков за цикл. Несколько впрысков может быть выполнено в течение такта расширения, такта впуска или в любой их соответствующей комбинации.
Как раскрыто выше, на фиг. 2 представлен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Как таковой, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров, включая 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более цилиндров. Кроме того, каждый из этих цилиндров может содержать некоторые или все из различных компонентов, раскрытых и показанных на фиг. 2 в отношении цилиндра 14.
Двигатель может также содержать один или несколько каналов рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркуляции части отработавших газов из выпускной системы двигателя во впускную систему. По существу, посредством рециркуляции части отработавших газов, можно повлиять на разбавление в двигателе, что может увеличить производительность двигателя путем уменьшения пиковых температур и давлений сгорания в цилиндрах, потерь на дросселирование, а также выбросов NOx. Кроме того, граница зажигания может быть смещена в сторону опережения, ближе к ОМЗ. В изображенном примере отработавшие газы могут рециркулировать от выпускного канала 148 во впускной канал 144 через канал 141 РОГ. Величину РОГ, поставляемую во впускной канал 144, можно изменять посредством контроллера 12 с помощью клапана 143 РОГ. Кроме того, в канале РОГ может быть расположен датчик 145 РОГ, обеспечивающий индикацию одного или более из следующих параметров: давление, температура и концентрация отработавших газов.
Двигатель 10 может также содержать один (как показано) или несколько датчиков 90 детонации, распределенных вдоль корпуса двигателя (например, вдоль блока двигателя). Множество датчиков детонации, при их наличии, могут быть распределены симметрично или ассиметрично вдоль блока двигателя. Датчик 90 детонации может являться акселерометром, датчиком ионизации или датчиком вибраций. В одном примере контроллер 12 может быть выполнен с возможностью обнаружения и дифференциации вибраций блока цилиндров, образуемых из-за анормальных событий сгорания топлива, таких как детонация или преждевременное зажигание, на основе выходного сигнала (например, сигнала времени, амплитуды, напряженности, частоты и т.п.) от одного или более датчиков 90 детонации. Контроллер может оценивать выходные сигналы датчиков в различных временных интервалах, зависящих от особенностей цилиндров и от природы обнаруживаемой вибрации. Например, анормальные события сгорания топлива в цилиндре, вызванные наличием детонации в работающем цилиндре, могут быть распознаны посредством выходного сигнала датчика детонации, обнаруженного в интервале, идущем после события подачи искры зажигания в цилиндре, в то время как анормальные события сгорания топлива в цилиндре, вызванные преждевременным зажиганием, могут быть распознаны посредством выходных сигналов датчика детонации, обнаруженных в интервале, идущем перед событием подачи искры зажигания в цилиндре. В одном примере интервалы, в которых оценивают сигналы датчиков детонации, могут быть интервалами угла поворота коленчатого вала. Кроме того, порог для преждевременного зажигания может выть выше порога для детонации.
В дальнейших примерах контроллер 12 может быть выполнен с возможностью обнаружения и дифференцирования источников возникновения вибраций исходя из выходного сигнала (например, сигнала времени, амплитуды, напряженности, частоты и т.п.) от одного или более датчиков детонации, а также исходя из скорости измерения параметра, служащего индикатором заряда воздуха в цилиндре, например, скорости изменения давления воздуха в коллекторе (ДВК), массового расхода воздуха (МРВ) и т.д.
Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика ДВК можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе. Среди других датчиков можно упомянуть датчики уровня топлива и датчики состава топлива, связанные с топливным баком (баками) топливной системы.
ПЗУ 110 среды хранения может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, выполняемые процессором 106 для выполнения способов, раскрываемых ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются.
Таким образом, система по фиг. 1-2 допускает способ для двигателя, содержащий: деактивацию индивидуальных клапанных механизмов цилиндра в соответствии со схемой деактивации цилиндров, выбранной исходя из детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. Путем применения деактивации цилиндра для решения проблемы детонации в цилиндре, может быть уменьшен расход топлива, связанный с предотвращением детонационного сгорания. Дополнительно, цилиндры могут работать с зажиганием, смещенным в сторону опережения опережением от границы зажигания в сторону ОМЗ. Это улучшает выходной крутящий момент двигателя и топливную экономичность.
На фиг. 3 показан пример алгоритма 300 для корректировки схемы деактивации цилиндров в ответ на события детонации в цилиндре. Способ позволяет выбрать схему деактивации цилиндров исходя из нагрузки двигателя в условиях, когда двигатель не ограничен детонацией, а когда двигатель ограничен детонацией, схему деактивации цилиндров выбирают исходя из индивидуальных детонационных характеристик цилиндров.
На этапе 302 алгоритм включает в себя оценку и/или измерение рабочих условий двигателя. Оцениваемые рабочие условия могут включать в себя, например, частоту вращения двигателя, запрашиваемый водителем крутящий момент, температуру двигателя, внешние условия, такие как внешняя температура и барометрическое давление (БД), уровень наддува и т.д. На этапе 304, исходя из оцененных условий, могут определять достижение условий деактивации цилиндров. В одном примере достижение условий деактивации цилиндров может иметь место, если нагрузка двигателя меньше порогового значения или запрошенный водителем крутящий момент меньше порогового значения. Если нет достижения условий деактивации цилиндров, то на этапе 305 алгоритм включает в себя поддержание всех цилиндров двигателя активированными. Если имеет место достижение условий деактивации цилиндров, тогда на этапе 306 контроллер может выбрать схему деактивации цилиндров исходя из нагрузки двигателя.
Схема деактивации цилиндров может быть также выбрана исходя из одного или более из следующих параметров: частота вращения двигателя, скорость транспортного средства, температура двигателя, характеристика шума, вибрации, неплавности работы (ШВНР) двигателя и выбранная передача трансмиссии (например, включена ли в данный момент первая передача с первым, понижающим передаточным отношением или включена вторая передача со вторым, повышающим передаточным отношением) Определение схемы деактивации цилиндров включает в себя определение числа и номеров отключаемых цилиндров, а также определение продолжительности деактивации. Например, контроллер может определять число событий сгорания или циклов двигателя, в течение которых нужно поддерживать деактивированными выбранные цилиндры. Общее число деактивированных/активированных цилиндров может зависеть от общего фактического числа цилиндров двигателя и от запрошенного водителем крутящего момента. В качестве неограничивающего примера, могут быть деактивированы два цилиндра для четырехцилиндрового двигателя, три цилиндра - для шестицилиндрового двигателя и четыре цилиндра - для восьмицилиндрового двигателя. В некоторых примерах одинаковый набор цилиндров могут выбирать для деактивации всякий раз, когда достигнуты условия деактивации цилиндров, в то время как в других примерах номера деактивируемых цилиндров могут менять всякий раз, когда достигнуты условия деактивации цилиндров.
В системах двигателя, в которых цилиндры содержат индивидуальные клапанные механизмы цилиндров, связанные с каждым из множества впускных и выпускных клапанов, контроллер может также определять, нужно ли закрывать один или более впускных клапанных механизмов, один или более выпускных клапанных механизмов или комбинацию обоих механизмов при деактивации цилиндра, когда прекращена подача топлива и искры зажигания в указанный цилиндр. Кроме того, контроллер может определять относительный момент закрытия впускного и выпускного клапана для каждого цилиндра, выбранного для деактивации. Например, контроллер может находить схему в справочной таблице, хранимой в памяти контроллера. Схемы деактивации цилиндров можно хранить в справочной таблице, как функцию от нагрузки двигателя для данной конфигурации двигателя. В одном примере при пониженных нагрузках двигателя схема деактивации цилиндров может включать в себя зажигание в каждом втором или третьем цилиндре. Например, в рядном четырехцилиндровом двигателе с нумерацией цилиндров от 1 до 4 и со схемой зажигания в цилиндрах 1-3-4-2 в течение нормальных рабочих условии, когда цилиндры не деактивированы и включены в работу, зажигания в цилиндрах могут происходить в порядке 134213421342 и так далее. В ответ на достижение условий деактивации цилиндров, для обеспечения преимуществ топливной экономичности, контроллер может переключить работу двигателя на схему деактивации цилиндров, в которой зажигание происходит в каждом третьем цилиндре, что в результате приводит к схеме 1хх2хх4хх3хх1хх, где х обозначает пропущенный цилиндр.
После выбора цилиндров, подлежащих деактивации, двигатель может работать с выбранной схемой деактивации цилиндров. В частности, выбранные цилиндры могут быть деактивированы на этапе 306 путем блокировки в закрытом положении впускных и выпускных клапанов данных цилиндров в течение по меньшей мере полного цикла двигателя (например, два оборота коленчатого вала двигателя). Кроме того, прекращают подачу топлива и искры зажигания в деактивированные цилиндры, в то время как двигатель продолжает вращаться, а работу клапанов, подачу топлива и искры зажигания в остальные активированные цилиндры поддерживают. Таким образом, при достижении условий деактивации цилиндров, высший приоритет может быть назначен нагрузке двигателя.
На этапе 308, после деактивации выбранных цилиндров, способ включает в себя оценку и/или измерение детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. По существу, при деактивации одного или более цилиндров, остальные активированные цилиндры работают с повышенной средней нагрузкой цилиндра. Поэтому один или более активированных цилиндров могут стать более горячими и более подверженными детонации. В одном примере детонационная характеристика каждого цилиндра двигателя может быть определена исходя из выходного сигнала от одного или более датчиков детонации, подключенных вдоль блока двигателя или к отдельным цилиндрам двигателя. Детонационная характеристика каждого цилиндра может включать в себя один или более из следующих параметров: частота детонации каждого цилиндра, история детонации каждого цилиндра (например, число детонаций в ездовом цикле) и выходную величину от датчика детонации, связанного с данным цилиндром двигателя.
На этапе 310 могут определять, превышает ли детонационная характеристика цилиндра пороговую характеристику. Пороговая характеристика может определяться индивидуальной историей детонации цилиндра. Например, детонационная характеристика каждого цилиндра может быть сравнена с пороговой характеристикой, которая определяется историей детонации соответствующего цилиндра. Затем по мере увеличения частоты детонации в истории детонации цилиндра (например, по мере увеличения числа событий детонации цилиндра в заданном ездовом цикле), пороговая характеристика может быть уменьшена. Например, пороговая характеристика может быть уменьшена в ответ на то, что момент зажигания цилиндра установлен с большим запаздыванием от порогового зажигания. В альтернативных примерах детонационная характеристика каждого цилиндра может быть сравнена с общей пороговой характеристикой.
Если детонационная характеристика всех цилиндров ниже пороговой характеристики, то это значит, что ни один из цилиндров не имеет достаточной детонации, тогда на этапе 312 все цилиндры двигателя поддерживают активированными. То есть, не выполняют деактивации цилиндров.
Если детонационная характеристика любого цилиндра выше пороговой характеристики, тогда на этапе 314 способ включает в себя работу двигателя с деактивированными цилиндрами, в которых возникает детонация. В частности, контроллер может деактивировать индивидуальные клапанные механизмы детонирующего цилиндра, так же как и отключение подачи топлива и искры зажигания в детонирующий цилиндр. Таким образом, контроллер может деактивировать индивидуальные клапанные механизмы цилиндра в соответствии со схемой деактивации цилиндров, выбранной исходя из детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя. В одном примере контроллер может выбирать для деактивации первый цилиндр, имеющий детонационную характеристику, большую пороговой, при этом поддерживая работу второго цилиндра, имеющего детонационную характеристику, меньшую пороговой. При этом второй цилиндр отличен от первого цилиндра. Например, второй цилиндр может быть следующим за первым цилиндром в последовательности зажигания в блоке двигателя. В другом примере второй цилиндр и первый цилиндр могут быть расположены в разных блоках двигателя.
Понятно, что выбор схемы деактивации цилиндров может дополнительно или альтернативно быть основан на моменте зажигания каждого цилиндра двигателя. Например, в ответ на индикацию детонации в цилиндре, момент зажигания цилиндра может быть установлен с запаздыванием относительно ОМЗ. Если цилиндр становится ограниченным по зажиганию, это значит, что момент зажигания данного был установлен с запаздыванием относительно ОМЗ на уровне или почти на уровне границы зажигания (ГЗ), при этом ограниченный по зажиганию цилиндр может быть выбран для деактивации. Таким образом, контроллер может деактивировать первый цилиндр, имеющий большую величину границы зажигания, при этом поддерживая работу второго цилиндра, имеющего меньшую величину границы зажигания. При этом, как говорилось выше, второй цилиндр может быть расположен следующим за первым цилиндром в блоке двигателя или может быть следующим в последовательности зажигания.
Контроллер может поддерживать первый цилиндр деактивированным в течение некоторого числа циклов двигателя, при этом данное число основано на температуре первого цилиндра. По сути, при деактивации детонирующего цилиндра, данный цилиндр может начать охлаждаться. Как только внутрицилиндровая температура упадет, предрасположенность к детонации данного цилиндра также уменьшится. Таким образом, первый цилиндр можно поддерживать деактивированным то тех пор, пока внутрицилиндровая температура не упадет ниже порогового значения, так что детонация в цилиндре уменьшится. Число циклов двигателя, в течение которых первый цилиндр поддерживают деактивированным, можно повысить при повышении температуры первого цилиндра выше порогового значения во время деактивации цилиндра. После прохождения данного числа циклов двигателя первый цилиндр можно реактивировать.
Дополнтиельно или опционально, когда детонирующий цилиндр начинает охлаждаться, а другой цилиндр становится горячее и более подверженным детонации (или более ограниченным по зажиганию), схема деактивации цилиндров может быть скорректирована путем реактивации более холодного цилиндра (ранее детонирующего цилиндра) и деактивации более горячего цилиндра (цилиндра, детонирующего в данный момент), как раскрывалось выше.
На этапе 316 могут определять, ниже ли внутрицилиндроваяя температура детонирующего цилиндра пороговой температуры. То есть, могут определять, достаточно ли охладился детонирующий цилиндр. Если да, то на этапе 322 алгоритм включает в себя реактивацию ранее детонирующего цилиндра. Реактивированный цилиндр далее работает с моментом зажигания, смещенным в сторону опережения от ГЗ к ОМЗ. Другими словами, цилиндр может работать с более ранним зажиганием относительно среднего значения. Это повышает выходной крутящий момент цилиндра и снижает расход топлива, связанный с предотвращением детонационного сгорания в цилиндре. При реактивации первого цилиндра, второй цилиндр, который был активированным во время деактивации, может быть деактивирован. Например, если второй цилиндр стал горячее, более ограничен по зажиганию или ограничен детонацией, этот второй цилиндр может быть деактивирован при реактивации первого цилиндра.
Если внутрицилиндровая температура детонирующего (первого) цилиндра не ниже пороговой температуры, то на этапе 318 могут определять, превышает ли детонационная характеристика другого цилиндра пороговую характеристику. В одном примере при деактивации первого цилиндра остальные активированные цилиндры двигателя работают с большей средней нагрузкой цилиндра. Следовательно, один или более активированных цилиндров могут стать горячее и более подверженными детонации. Дополнительно по мере повышения частоты возникновения детонации в активированном цилиндре, момент зажигания этого активированного цилиндра может постепенно смещаться в сторону запаздывания, в результате чего этот активированный цилиндр становится ограниченным по зажиганию. Таким образом, если детонационная характеристика другого цилиндра повышается во время деактивации, то на этапе 320 ранее детонирующий цилиндр может быть реактивирован при одновременной деактивации цилиндра, детонирующего в данный момент. Как обсуждалось выше, реактивированный цилиндр может работать с моментом зажигания, смещенным в сторону опережения от ГЗ к ОМЗ. В одном примере контроллер может поддерживать первый цилиндр деактивированным до тех пор, пока или детонационная характеристика первого цилиндра не упадет ниже пороговой характеристики, или детонационная характеристика второго цилиндра не поднимется выше пороговой характеристики. Контроллер может затем реактивировать первый цилиндр при деактивации второго цилиндра.
Если внутрицилиндровая температура детонирующего цилиндра (первого цилиндра) не ниже пороговой температуры (на этапе 316), а также если другие цилиндры не становятся ограниченными детонацией при деактивации первого цилиндра (на этапе 318), то на этапе 320 детонирующий цилиндр поддерживают деактивированным до тех пор, пока одно из условий на этапах 316и318не будет достигнуто.
По существу, двигатели со всеми работающими цилиндрами, передающими равный крутящий момент, имеют большие потери на перекачивание и сниженную эффективность использования топлива. Двигатели могут использовать деактивацию цилиндров для снижения потерь на перекачивание. Однако, поскольку они работают с повышенной нагрузкой, они могут характерно стать ограниченными по зажиганию. Путем корректировки того, какие цилиндры нужно поддерживать активированными, а какие - деактивировать, исходя из индивидуальной частоты детонации цилиндров, обеспечивают периодическое охлаждение и уменьшение ограничения по зажиганию активированных цилиндров. Путем возможности их работы с более ранним моментом зажигания (моментом зажигания, находящееся ближе к ОМЗ), обеспечивают более эффективную работу цилиндров, что в результате приведет к снижению расхода топлива.
На фиг. 4 представлена диаграмма 400, показывающая пример корректировки схемы деактивации цилиндров в ответ на детонацию в цилиндрах. На диаграмме 400, на графике 402 изображен рабочий режим (деактивирован или реактивирован) первого цилиндра (цилиндр 1), на графике 404 - рабочий режим второго цилиндра (цилиндр 2), на графике 406 - детонационная характеристика первого цилиндра, на графике 408 - детонационная характеристика второго цилиндра, на графике 410 - задержка зажигания первого цилиндра, и на графике 412 - задержка зажигания второго цилиндра. Все графики показаны в зависимости от времени по оси X.
До момента t1 двигатель может работать со всеми активированными цилиндрами. Между моментами t0 и t1 детонационная характеристика второго цилиндра может быть меньше порогового значения. Например, во втором цилиндре детонация может не происходить. В то же время, в первом цилиндре может периодически происходить детонация, как показано прерывистыми подъемами детонационной характеристики первого цилиндра. Соответственно, момент зажигания второго цилиндра можно поддерживать существенно на уровне ОМЗ. Для сравнения, момент зажигания первого цилиндра может постепенно перемещаться к ГЗ по мере увеличения частоты детонации. К моменту t1 первый цилиндр может быть ограниченным детонацией и ограниченным по зажиганию.
В момент t1 первый цилиндр можно выборочно деактивировать при поддержании активированным второго цилиндра. Вследствие деактивации первый цилиндр может начать охлаждаться, и детонационная характеристика первого цилиндра снижается к моменту t2, когда цилиндр уже не является ограниченным детонацией. Одновременно с этим, вследствие работы второго цилиндра с повышенной средней нагрузкой цилиндра, второй цилиндр становится горячее, а детонационная характеристика второго цилиндра может начать увеличиваться. В результате между моментами t1 и 12 момент зажигания второго цилиндра может постепенно смещаться в сторону запаздывания от ОМЗ к ГЗ, так что к моменту t2 второй цилиндр является ограниченным детонацией.
В момент t2, в ответ на то, что второй цилиндр становится ограниченным по зажиганию, первый цилиндр может быть реактивирован с одновременной деактивацией второго цилиндра. Кроме того, реактивированный первый цилиндр может работать с моментом зажигания, смещенным в сторону опережения от ГЗ к ОМЗ. К моменту t3 момент зажигания первого цилиндра может быть установлен с опережением, ближе к ОМЗ.
Между моментами t2 и t3 второй цилиндр поддерживают деактивированным до его достаточного охлаждения. В момент t3, в ответ на снижение детонационной характеристики второго цилиндра, второй цилиндр может быть реактивирован. Кроме того, реактивированный второй цилиндр может работать с моментом зажигания, смещенным в сторону опережения от ГЗ к ОМЗ. К моменту t4 момент зажигания второго цилиндра может быть установлен с опережением, ближе к ОМЗ.
Таким образом, контроллер может деактивировать первый цилиндр в ответ на индикацию детонации в первом цилиндре; и реактивировать первый цилиндр в ответ на индикацию детонации во втором цилиндре. Кроме того, контроллер может деактивировать второй цилиндр с одновременной реактивацией первого цилиндра в ответ на индикацию детонации во втором цилиндре. Деактивация первого цилиндра или второго цилиндра включает в себя деактивацию индивидуальных клапанных механизмов цилиндра при отключении подачи топлива и искры зажигания. Контроллер может также поддерживать второй цилиндр деактивированным в течение некоторого числа циклов двигателя, исходя из внутрицилиндровой температуры второго цилиндра, при этом указанное число циклов двигателя повышается по мере повышения внутрицилиндровой температуры, оцененной во время деактивации второго цилиндра. Контроллер может быть также сконфигурирован для реактивации второго цилиндра при деактивации первого цилиндра после снижения внутрицилиндровой температуры второго цилиндра ниже порогового значения, которое корректируют исходя из истории детонации второго цилиндра. В одном примере деактивацию выполняют, когда нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки или запрошенный водителем крутящий момент ниже порогового крутящего момента.
В другом примере система двигателя содержит первый и второй цилиндры двигателя, каждый из которых содержит впускные и выпускные клапаны с электроприводом; датчик детонации для обнаружения детонации как в первом, так и во втором цилиндре; первый и второй датчики температуры для определения внутрицилиндровой температуры первого и второго цилиндра соответственно; и контроллер. Контроллер может быть сконфигурирован с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в энергонезависимой памяти для того: в ответ на то, что детонационная характеристика первого цилиндра превышает первое пороговое значение, в то время как детонационная характеристика второго цилиндра ниже второго порогового значения, деактивации первого цилиндра на некоторое число событий сгорания до тех пор, пока или внутрицилиндровая температура первого цилиндра не упадет ниже пороговой температуры, или детонационная характеристика второго цилиндра не поднимется выше второго порогового значения; и реактивации первого цилиндра при деактивации второго цилиндра. При этом первое пороговое значение зависит от частоты детонации первого цилиндра, при этом первое пороговое значение обратно пропорционально частоте детонации первого цилиндра, и при этом второе пороговое значение зависит от частоты детонации второго цилиндра, при этом второе пороговое значение обратно пропорционально частоте детонации второго цилиндра. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для установки опережения момента зажигания второго цилиндра в сторону ОМЗ во время деактивации первого цилиндра и для установки опережения момента зажигания первого цилиндра в сторону ОМЗ во время деактивации второго цилиндра.
Таким образом, технический эффект корректировки номеров цилиндров, выбранных для индивидуальной деактивации исходя из их истории детонации состоит в том, что проблема детонации в цилиндрах может быть решена с уменьшением задержки зажигания. В частности, активированные цилиндры могут работать с более ранним моментом зажигания (ближе к ОМЗ). Путем варьирования активированных цилиндров таким образом, чтобы обеспечить их охлаждение между периодами работы, можно обеспечить меньшее ограничение по зажиганию. Путем уменьшения предрасположенности к детонации активированных цилиндров при работе двигателя с деактивацией цилиндров, можно достичь увеличения топливной экономичности, как положительного эффекта от деактивации цилиндров. Кроме того, можно достичь большей топливной экономичности путем устранения детонации в цилиндрах с уменьшением общего запаздывания зажигания и работы активированных цилиндров двигателя с более ранним средним моментом зажигания.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
1. Способ для двигателя, содержащий следующие шаги:
деактивацию индивидуальных клапанных механизмов цилиндра в соответствии со схемой деактивации цилиндров, выбранной исходя из детонационной характеристики каждого цилиндра двигателя, причем указанный выбор включает в себя выбор первого цилиндра, детонационная характеристика которого выше порогового значения, для деактивации при поддержании активированным второго цилиндра, детонационная характеристика которого ниже порогового значения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выбор осуществляют также исходя из момента зажигания каждого цилиндра.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что детонационная характеристика каждого цилиндра включает в себя один или несколько выходных сигналов датчика детонации, связанного с каждым цилиндром, норму детонации и историю детонации каждого цилиндра.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пороговую детонационную характеристику определяют исходя из истории детонации цилиндра.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выбранная схема деактивации цилиндров включает в себя деактивацию первого цилиндра, имеющего большее значение границы зажигания при поддержании активированным второго цилиндра, имеющего меньшее значение границы зажигания.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддерживают деактивированным первый цилиндр в течение некоторого числа циклов двигателя, зависящего от температуры первого цилиндра, при этом указанное число циклов двигателя возрастает при увеличении температуры первого цилиндра выше порогового значения, при этом температура цилиндра включает в себя измеренную или выведенную температуру внутри цилиндра.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что также содержит реактивацию первого цилиндра после прохождения указанного числа циклов.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что также содержит деактивацию второго цилиндра во время реактивации первого цилиндра.
9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что также содержит поддержание первого цилиндра деактивированным до тех пор, пока температура первого цилиндра не упадет ниже пороговой температуры, а детонационная характеристика второго цилиндра не станет выше пороговой детонационной характеристики, и затем реактивируют первый цилиндр при деактивации второго цилиндра.
10. Способ для двигателя, содержащий:
деактивацию первого цилиндра в ответ на индикацию детонации в первом цилиндре и реактивацию первого цилиндра в ответ на индикацию детонации во втором цилиндре.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что также содержит деактивацию второго цилиндра во время реактивации первого цилиндра в ответ на индикацию детонации во втором цилиндре.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что деактивация первого или второго цилиндра включает в себя деактивацию индивидуальных клапанных механизмов цилиндра с одновременным отключением подачи топлива и искры зажигания в цилиндр.
13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что также содержит поддержание второго цилиндра деактивированным в течение некоторого числа циклов двигателя, исходя из внутрицилиндровой температуры второго цилиндра, которую оценивают посредством датчика температуры или выводят исходя из внутрицилиндровых условий.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что указанное число циклов двигателя возрастает по мере возрастания внутрицилиндровой температуры во втором цилиндре, оцененной во время деактивации второго цилиндра.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что дополнительно содержит, после того как внутрицилиндровая температура второго цилиндра упадет ниже порогового значения, реактивацию второго цилиндра и одновременную деактивацию первого цилиндра, при этом пороговое значение корректируют исходя из истории детонации второго цилиндра.
16. Способ по п. 10, отличающийся тем, что деактивацию выполняют, пока нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки или запрошенный водителем крутящий момент ниже порогового крутящего момента.
17. Система двигателя, содержащая:
первый и второй цилиндры двигателя, каждый из которых содержит независимо приводимые в действие впускные и выпускные клапаны;
датчик детонации для обнаружения детонации как в первом, так и во втором цилиндрах;
первый и второй датчики температуры для оценки внутрицилиндровой температуры первого и второго цилиндров соответственно и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в энергонезависимом запоминающем устройстве, предназначенный для:
в ответ на то, что детонационная характеристика первого цилиндра выше первого порогового значения, в то время как детонационная характеристика второго цилиндра ниже второго порогового значения,
деактивации первого цилиндра на некоторое число событий сгорания до тех пор, пока или внутрицилиндровая температура первого цилиндра не упадет ниже пороговой температуры, или детонационная характеристика второго цилиндра не станет выше второго порогового значения; и
реактивации первого цилиндра при деактивации второго цилиндра.
18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что первое пороговое значение зависит от частоты детонации первого цилиндра, при этом первое пороговое значение обратно пропорционально частоте детонации первого цилиндра, и при этом второе пороговое значение зависит от частоты детонации второго цилиндра, при этом второе пороговое значение обратно пропорционально частоте детонации второго цилиндра.
19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для установки опережения момента зажигания второго цилиндра в сторону оптимального момента зажигания (ОМЗ) во время деактивации первого цилиндра и для установки опережения момента зажигания первого цилиндра в сторону ОМЗ во время деактивации второго цилиндра.
