Способ аварийного пуска двигателя внутреннего сгорания при выходе из строя датчика частоты вращения

Способ аварийного пуска двигателя внутреннего сгорания при выходе из строя датчика частоты вращения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу аварийного пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при вышедшем из строя датчике или датчиках частоты вращения, обеспечивающему ограниченную эксплуатацию автотранспортного средства. Следствием отказа датчика частоты вращения является невозможность сопоставить или соотнести при пуске двигателя сигнал датчика углового положения распределительного вала, называемого также датчиком фазы, с угловым положением коленчатого вала.

Из заявки DE 4026232 известна система для контроля датчика частоты вращения. В состав этой системы входит стартер с датчиком частоты вращения, выходной сигнал которого пропорционален частоте вращения. При этом предусмотрены также устройство для измерения напряжения бортовой сети и блок управления, в котором выходной сигнал датчика частоты вращения сопоставляется с напряжением бортовой сети, при этом предусмотрена возможность выявления сбоев в работе датчика частоты вращения. Для выявления подобных сбоев анализируют изменение напряжения бортовой сети в процессе пуска ДВС. Сигнал о выявленном сбое выдается лишь в том случае, когда напряжение бортовой сети имеет типичную для процесса пуска характеристику, но при этом отсутствует выходной сигнал датчика частоты вращения.

При выходе из строя датчика частоты вращения, которым непрерывно сканируется установленный на коленчатом валу ДВС зубчатый диск, возможна эксплуатация автомобиля в аварийном режиме, для чего анализу и обработке подвергают сигнал датчика фазы. На основании этого сигнала датчика фазы формируется пропорциональный частоте вращения сигнал, что допускает ограниченную аварийную эксплуатацию транспортного средства (например, позволяет доехать до ближайшей станции техпомощи). Если же ДВС эксплуатируется в режиме, в котором изменяют фазы газораспределения, что достигается за счет регулирования распределительного вала, то при пуске ДВС отсутствует информация об угловом положении распределительного вала, а тем самым и угловом положении коленчатого вала, поскольку датчик фазы установлен на распределительном валу, угловое положение которого не поддается определению. В результате рассогласование между угловыми положениями распределительного и коленчатого валов могут достигать 40°.

При пуске ДВС транспортного средства невозможно соотнести характеризующий угловое положение распределительного вала сигнал датчика фазы с фактическим угловым положением коленчатого вала. В результате остальные устройства системы впрыскивания топлива будут не в состоянии осуществлять в необходимый момент времени ни впрыскивание топлива, ни воспламенение рабочей смеси. Поэтому пуск ДВС в режиме, в котором предусмотрено изменение фаз газораспределения путем регулирования распределительного вала, при вышедшем из строя датчике частоты вращения невозможен.

В изобретении предлагается способ пуска ДВС, оснащенного стартером и датчиком частоты вращения, выходной сигнал которого пропорционален частоте вращения вала ДВС. При этом предусмотрено также устройство для измерения напряжения аккумуляторной батареи, определяющее изменение напряжения аккумуляторной батареи в период пуска и после пуска ДВС.

В соответствии с изобретением предлагается при вышедшем из строя датчике частоты вращения в период пуска ДВС при работающем стартере по изменению напряжения аккумуляторной батареи определять угловое положение коленчатого вала.

При работающем стартере изменение напряжения аккумуляторной батареи может происходить на первом уровне, зависящем от окружающей температуры.

При работе стартера, запитываемого от автомобильной аккумуляторной батареи, в отдельных цилиндрах запускаемого ДВС вне зависимости от того, является ли такой ДВС 4- или 6-цилиндровым, цилиндры совершают циклически повторяющиеся такты сжатия и расширения. Моменты окончания этих тактов сжатия, соответственно расширения в отдельных цилиндрах ДВС по существу совпадают с достижением их поршнями нижней мертвой точки (н.м.т.) и верхней мертвой точки (в.м.т.). Электрический ток, потребляемый стартером от аккумуляторной батареи, в режиме стартерного пуска двигателя изменяется в соответствии с рабочей нагрузкой стартера в результате смены тактов сжатия и расширения в отдельных цилиндрах по определенному закону, позволяющему определить моменты достижения соответствующими поршнями в.м.т. и н.м.т. Поэтому в соответствии с предлагаемым решением в период пуска ДВС при работающем стартере можно определять максимальные и минимальные значения изменения напряжения аккумуляторной батареи. По изменению напряжения аккумуляторной батареи может определяться достижение поршнями в цилиндрах в.м.т. и н.м.т. Если за время работы стартера коленчатый вал совершает несколько оборотов, то становится возможным точно соотнести или сопоставить отдельные в.м.т., соответственно н.м.т. с выявленными максимумами, соответственно минимумами изменения напряжения аккумуляторной батареи. При установлении такого точного соответствия между такими минимумами и максимумами и конкретными в.м.т. и н.м.т. может происходить впрыскивание топлива в соответствующие цилиндры ДВС с помощью механизма газораспределения и воспламенение рабочей смеси в соответствии с заданной в электронной системе управления двигателем последовательностью работы цилиндров.

В период пуска ДВС его стартер можно оставлять во включенном состоянии до тех пор, пока не станет возможным точно сопоставить или соотнести максимальные значения и минимальные значения напряжения с верхней мертвой точкой, соответственно с нижней мертвой точкой поршней в цилиндрах ДВС.

В частном варианте осуществления способа может быть предусмотрено определение корреляционной зависимости между в.м.т., соответственно н.м.т. поршней цилиндров ДВС и максимальными, соответственно минимальными значениями изменения напряжения аккумуляторной батареи ДВС и сохранение этой корреляционной зависимости в многопараметровой характеристике, устанавливающей зависимость от частоты вращения и нагрузки, либо в виде соответствующей корреляционной таблицы. Такая многопараметровая характеристика или корреляционная таблица в дальнейшем может использоваться по мере необходимости.

После сопоставления или соотнесения в.м.т. и н.м.т. поршней цилиндров ДВС с выявленными максимальными значениями и минимальными значениями изменения напряжения аккумуляторной батареи может произойти первое впрыскивание топлива и воспламенение рабочей смеси.

Полученная характеристика изменения напряжения аккумуляторной батареи может использоваться в дальнейшем для диагностики или для контроля датчика частоты вращения, соответственно датчика углового положения коленчатого вала и/или датчика фазы, соответственно датчика углового положения распределительного вала.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - характеристика изменения напряжения аккумуляторной батареи и частоты вращения вала двигателя при работе стартера и после пуска ДВС и

фиг.2 - импульсные сигналы для шестицилиндрового ДВС в период его пуска и после пуска.

На фиг.1 представлена диаграмма изменения напряжения аккумуляторной батареи и частоты вращения вала в период пуска двигателя и после его пуска.

На этой показанной на фиг.1 диаграмме кривая 3 отражает изменение напряжения автомобильной аккумуляторной батареи в период пуска 1 и после пуска ДВС. Напряжение электрического тока, отдаваемого источником тока, которым служит автомобильная аккумуляторная батарея, в период пуска 1, в течение которого стартер прокручивает коленчатый вал ДВС на несколько полных оборотов, находится на первом уровне 9. В зависимости от окружающей температуры, внутреннего сопротивления и степени разряженности аккумуляторной батареи этот первый уровень 9 напряжения может лежать значительно ниже того уровня, который создается и поддерживается генератором после пуска ДВС. Согласно кривой 3 изменения напряжения, которая после периода пуска асимптотически приближается к граничному значению, создаваемое генератором ДВС напряжение достигает второго уровня 10, который в принципе должен соответствовать номинальному напряжению в электрической бортовой сети автомобиля, составляющему 12 В. Этот второй уровень напряжения не зависит от степени разряженности аккумуляторной батареи, окружающей температуры, соответственно от внутреннего сопротивления, поскольку он создается и поддерживается генератором ДВС.

Над временной осью 2, которая в показанном на фиг.1 варианте охватывает промежуток времени длительностью примерно в 4,5 с, представлены характеристики изменения напряжения аккумуляторной батареи (кривая 3) и частоты вращения вала ДВС. На том участке кривой 3 изменения напряжения, который соответствует периоду пуска 1, напряжение, как это видно на диаграмме, изменяется синусоидально между минимальными значениями 4.1-4.n и максимальными значениями 5.1-5.n. Каждый из максимумов 5.1, 5.2, 5.3,... 5.n совпадает с нижней мертвой точкой н.м.т. 13, поскольку в этой точке нагрузка на стартер минимальна.

Каждое из показанных на диаграмме минимальных значений 4.1, 4.2, 4.3,..., 4.n характеризует соответствующие верхние мертвые точки в.м.т. 12 поршней имеющего четыре или более цилиндров запускаемого ДВС. Непосредственно перед достижением поршнем одного из цилиндров ДВС соответствующей в.м.т. 12 создается наибольшая нагрузка на стартер, поскольку все клапаны, управляющие соединением впускного и выпускного трубопроводов с камерой сгорания, закрыты, в камере сгорания преобладает повышенное давление, такт сжатия завершен и может происходить впрыскивание топлива, а в случае ДВС с принудительным зажиганием может соответственно происходить воспламенение рабочей смеси. Процессы впрыскивания и воспламенения создают на аккумуляторную батарею дополнительную нагрузку, которая, однако, в рассматриваемом случае имеет второстепенное значение. Между отдельными максимальными значениями 5.1, 5.2, 5.3,..., 5.n и минимальными значениями 4.1, 4.2,..., 4.n на кривой 3 изменения напряжения имеются участки нарастания (фронты 7) и падения (срезы 8) напряжения, которые соответствуют тактам сжатия и расширения в соответствующем цилиндре и на основании которых уже можно получить сигналы, характеризующие угловое положение коленчатого вала.

С целью обеспечить возможность соотнесения или сопоставления отдельных максимумов 5.1,..., 5.n или минимумов 4.1,..., 4.n с конкретными цилиндрами запускаемого ДВС стартер в период пуска должен работать достаточно длительное время. Указанное соотнесение должно произойти при первом воспламенении, поскольку рассогласование между моментом воспламенения и фактическим угловым положением коленчатого вала порядка 40° может привести к обратному вращению вала ДВС или к обратным вспышкам во впускном трубопроводе, чего, однако, следует в любом случае избегать.

На фиг.2 показана диаграмма, на которой схематично представлены импульсные сигналы для шестицилиндрового ДВС в период пуска 1 и при его работе, например на холостом ходу 10.

Временная ось 2 охватывает, как и на фиг.1, промежуток времени, включающий период пуска 1 и первую фазу работы ДВС, длительностью около 4,5 с. В период пуска 1 шестицилиндрового ДВС соответствующие отдельным цилиндрам 1-6 импульсы 16 имеют первую длительность, а при запущенном ДВС появляются согласно фиг.2 существенно более короткие импульсы 17.

В процессе пуска ДВС возникает основанная на изменении напряжения аккумуляторной батареи в соответствии с кривой 3 корреляционная зависимость между верхней мертвой точкой 12, соответственно нижней мертвой точкой 13 и минимальными значениями 4.1,..., 4.n, соответственно максимальными значениями 5.1,..., 5.n напряжения, которую можно, например, заархивировать в виде многопараметровой характеристики, устанавливающей зависимость от частоты вращения/нагрузки, и впоследствии использовать по мере необходимости либо сохранить в табличной форме в памяти, например в кольцевом буфере электронного блока управления ДВС.

1. Способ пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), оснащенного стартером и датчиком частоты вращения, выходной сигнал которого пропорционален частоте вращения вала ДВС, при этом предусмотрено также устройство для измерения напряжения аккумуляторной батареи, определяющее изменение (3) напряжения аккумуляторной батареи в период пуска (1) и после пуска (1) ДВС, отличающийся тем, что в период пуска (1) ДВС при работающем стартере по изменению (3) напряжения аккумуляторной батареи определяют угловое положение коленчатого вала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в период пуска (1) при работающем стартере определяют максимальные значения (5.1-5.n) и минимальные значения (4.1-4.n) изменения (3) напряжения аккумуляторной батареи.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по изменению (3) напряжения аккумуляторной батареи определяют достижение поршнями в цилиндрах ДВС верхней мертвой точки (12) и нижней мертвой точки (13).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в период пуска (1) ДВС его стартер оставляют во включенном состоянии до тех пор, пока не станет возможным точно сопоставить или соотнести максимальные значения (5.1-5.n) и минимальные значения (4.1-4.n) напряжения с верхней мертвой точкой (12), соответственно с нижней мертвой точкой (13) поршней в цилиндрах ДВС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при работающем стартере изменение (3) напряжения аккумуляторной батареи происходит на первом уровне (9), зависящем от окружающей температуры.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что определяют корреляционную зависимость между верхней мертвой точкой (12), соответственно нижней мертвой точкой (13) поршней цилиндров ДВС и максимальными значениями (5.1-5.n), соответственно минимальными значениями (4.1-4.n) изменения (3) напряжения аккумуляторной батареи ДВС и эту корреляционную зависимость сохраняют в многопараметровой характеристике, устанавливающей зависимость от частоты вращения и нагрузки.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после сопоставления или соотнесения верхней мертвой точки (12) и нижней мертвой точки (13) поршней цилиндров ДВС с выявленными максимальными значениями (5.1-5.n) и минимальными значениями (4.1-4.n) изменения (3) напряжения аккумуляторной батареи происходит первое впрыскивание топлива и воспламенение (11) рабочей смеси.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что характеристику изменения напряжения аккумуляторной батареи используют для диагностики или для контроля датчика частоты вращения, соответственно датчика углового положения коленчатого вала и/или датчика фазы, соответственно датчика углового положения распределительного вала.