Способ и система контроля преждевременного зажигания

Способ и система контроля преждевременного зажигания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее описание относится к способам и системам управления автомобильным двигателем при обнаружении преждевременного зажигания.

Уровень техники

В определенных рабочих условиях двигатели с высокой степенью сжатия или наддувом для повышения удельной мощности могут иметь тенденцию к воспламенению от преждевременного зажигания на низких оборотах. Раннее возгорание из-за преждевременного зажигания может приводить к очень высокому давлению в цилиндре и волнам давления сгорания, подобным детонации, но с большей интенсивностью. Разработаны стратегии прогнозирования и/или раннего обнаружения преждевременного зажигания на основании рабочих условий двигателя. Дополнительно, после обнаружения, могут быть предприняты различные шаги по предупреждению преждевременного зажигания.

Один из примеров подхода к решению проблемы преждевременного зажигания продемонстрирован Миядзаки с соавторами в патенте США №7275519. В этом подходе после выявления риска преждевременного зажигания немедленно осуществляется впрыск богатой смеси топлива в цилиндры в такте сжатия. После этого возобновляется впрыск топлива стехиометрического состава. В альтернативных подходах может осуществляться немедленный впрыск бедной смеси топлива в цилиндры с целью уменьшения риска преждевременного зажигания. Тем не менее, потенциальная проблема при реализации таких подходов заключается в том, что внезапное изменение соотношения между воздухом и топливом может привести к снижению эффективности катализатора, что приведет к ухудшению уровня выбросов выхлопных газов.

Раскрытие изобретения

Таким образом, в одном случае проблема может быть решена таким способом управления двигателем, при котором при появлении признака преждевременного зажигания в цилиндре в него подается топливо в смеси с воздухом богаче стехиометрической с первым коэффициентом избытка воздуха в течение первого периода времени, после чего переходят с первого коэффициента избытка воздуха на второй коэффициент избытка воздуха, отвечающий смеси беднее стехиометрического, в течение второго периода времени. При этом одно или более значений вторых коэффициентов избытка воздуха и вторых периодов времени могут определяться на основании одного или более значений первых коэффициентов избытка воздуха и первых периодов времени.

Например, контроллер двигателя может выполнить упреждающую оценку вероятности возникновения преждевременного зажигания, исходя из рабочих условий двигателя (таких как частота вращения двигателя, температура наддувочного воздуха, давление в коллекторе, октановое число топлива, количество случаев преждевременного зажигания в двигателе и т.д.), и может ограничить нагрузку на двигатель, исходя из вероятности возникновения преждевременного зажигания. Например, нагрузка на двигатель может быть ограничена по мере увеличения температуры наддувочного воздуха. Ограничивая нагрузку, а затем, медленно наращивая ограниченную нагрузку, можно сократить число случаев аномальных воспламенений, связанных с преждевременным зажиганием.

Однако преждевременное зажигание может возникнуть и после ограничения нагрузки. Преждевременное зажигание может быть выявлено на основе таких рабочих условий двигателя, как интенсивность детонации (определенная датчиком детонации), ускорение коленчатого вала (определенное датчиком коленчатого вала), ионизация свечи зажигания и/или на основе изменений давления в цилиндре, вызванных случаями аномальных воспламенений в цилиндре. В ответ на выявление признака преждевременного зажигания контроллер двигателя может выполнить операцию по подавлению преждевременного зажигания путем регулирования впрыска топлива. В таком случае затронутый цилиндр может снабжаться обогащенной смесью на протяжении некоторого периода времени, по прошествии которого цилиндр может снабжаться обедненной смесью в течение другого периода времени. Кроме того, исходя из истории преждевременных зажиганий цилиндра (например, определенной счетчиком преждевременных зажиганий), нагрузка на двигатель может ограничиваться еще более.

Во время операции по уменьшению преждевременного зажигания путем регулирования впрыска топлива контроллер двигателя может обогатить смесь в цилиндре, впрыскивая в цилиндр смесь топлива с первым коэффициентом избытка воздуха богаче стехиометрического в течение первого периода времени, которым может быть, например, первое число воспламенений. Такие условия обогащения (то есть в течение первого периода времени и при степени обогащения, отвечающей первому коэффициенту избытка воздуха) могут назначаться, исходя из рабочих условий двигателя (например, частоты вращения двигателя и нагрузки), обратной связи по преждевременному зажиганию (например, сигнал преждевременного зажигания), количества случаев и истории преждевременных зажиганий и характера преждевременного зажигания (например, является ли оно прерывистым или непрерывным). Например, в случае, если история показывает более частые случаи возникновения преждевременного зажигания (например, при большем числе случаев преждевременного зажигания), обогащение может выполняться в течение более длительного времени, и/или впрыскиваемая смесь может быть богаче. В другом случае, когда признак преждевременного зажигания основан на уровне давления сгорания в цилиндре или интенсивности детонации, обогащение может осуществляться в течение более длительного времени, а степень обогащения может быть повышена при более высоком давлении сгорания в цилиндре, более интенсивной вибрации или более интенсивной детонации в период преждевременного зажигания.

В данном случае путем обогащения цилиндра в ответ на возникновение преждевременного зажигания может быть достигнуто охлаждение воздуха, поступающего в цилиндр, что может снизить вероятность последующих аномальных воспламенений. Однако в результате впрыска смеси более богатой, чем при стехиометрическом соотношении воздуха к топливу (AFR), содержание кислорода в выхлопных газах также может снизиться, тем самым ухудшая эффективность катализатора в устройстве для снижения токсичности выхлопа.

Таким образом, в целях замедления потери свойств каталитического нейтрализатора из-за обогащения смеси в цилиндре, по окончании первого периода контроллер двигателя может перевести цилиндр от первого коэффициента избытка воздуха ко второму коэффициенту избытка воздуха, определяющему смесь беднее стехиометрической, для второго периода, который может определяться, например, вторым числом воспламенений. Один или более вторых периодов и вторых коэффициентов избытка воздуха при обеднении могут определяться на основании первого периода и первого коэффициента избытка воздуха во время предшествующего обогащения. Например, при увеличении степени обогащения первого впрыска богатой смеси может быть увеличен второй период впрыска бедной смеси (например, для большего числа воспламенений) и/или может быть увеличена степень обеднения впрыска топлива (то есть впрыскивается более бедная смесь). В одном случае контроллер может просуммировать количество избытка топлива, впрыснутого во время обогащения (или несгоревшего топлива, оставшегося после обогащения) и соответственно этому определить обеднение таким образом, чтобы количество избытка топлива, впрыснутого во время первого периода, компенсировалось количеством избытка кислорода в выхлопном газе, образованного во время второго периода. В альтернативном примере контроллер может просуммировать увеличение потребления кислорода по составу выхлопного газа и определить потенциальную потерю эффективности катализатора за (первый) период впрыска богатой смеси и соответственно откорректировать впрыск бедной смеси топлива таким образом, чтобы эффективность катализатора могла быть восстановлена. Например, впрыск бедной смеси топлива может продолжаться до тех пор, пока эффективность катализатора не вернется к пороговому значению. Корректируя таким образом впрыски богатого и бедного топлива, среднее соотношение воздуха к топливу на протяжении всего периода работы цилиндра может поддерживаться практически на уровне или близко к стехиометрическому. По окончании (второго) периода впрыска бедной смеси топлива контроллер может возобновить стехиометрический впрыск топлива в цилиндр в зависимости от рабочих условий двигателя.

Помимо операции по предотвращению преждевременного зажигания путем регулирования впрыска топлива, в ответ на появление признака преждевременного зажигания может быть ограничена нагрузка на двигатель. Например, нагрузка на двигатель может быть ограничена снижением расхода воздуха на двигатель одним или несколькими из следующих способов: уменьшением открытия заслонки, уменьшением наддува двигателя, регулировкой синхронизации распределительного вала, управлением срабатыванием клапанов или регулировкой перепускного клапана. Кроме того, сниженная нагрузка может затем увеличиваться с такой скоростью, чтобы скоординировать процесс ограничения нагрузки с процессом обогащения. Например, сниженная нагрузка может увеличиваться с такой скоростью, чтобы процесс обогащения и рост нагрузки завершились практически одновременно. Несмотря на то, что снижение нагрузки на двигатель еще более сокращает количество случаев преждевременного зажигания, эффект этого влияния на преждевременное зажигание может быть задержан до установления устойчивого расхода воздуха.

Более того, в дополнение к обогащению и ограничению нагрузки, можно изменять установку угла опережения зажигания на некоторую величину. В частности, можно сместить угол опережения зажигания относительно угла, имевшего место в момент обнаружения преждевременного зажигания, в направлении более раннего зажигания, в сторону МВТ. Величину угла опережения зажигания можно регулировать, исходя из текущей скорости вращения двигателя и/или степени обогащения. Таким образом, когда степень обогащения и/или длительность обогащения повышается, можно увеличить угол опережения зажигания. Так как в период обогащения цилиндр может быть менее чувствительным к углу опережения из-за смеси более богатой, чем отвечающая стехиометрическому соотношению воздуха к топливу, угол опережения можно успешно использовать вместе с регулированием обогащения для поддержания IMEP (среднего индикаторного эффективного давления) в условиях обогащенной смеси в цилиндре.

Таким образом, обогащение топлива в цилиндре может использоваться для быстрого (и по сути немедленного) контроля преждевременного зажигания цилиндра, в то время как корректировка расхода воздуха и нагрузки на двигатель может использоваться для дополнительного, но при этом медленного контроля преждевременного зажигания цилиндра. Обогащая цилиндр в ответ на признак преждевременного зажигания, для подавления преждевременных зажиганий можно использовать эффект охлаждения воздуха во впрыскиваемой смеси. Обедняя смесь в цилиндре по окончании периода обогащения, можно возвращать уровни кислорода в выхлопных газах в определенные пределы таким образом, чтобы эффективность катализаторов выбросов не ухудшалась. Таким образом, преждевременное зажигание может быть предотвращено без ухудшения эффективности катализатора и уровня выбросов в выхлопе.

Следует понимать, что изложенное выше краткое описание приведено в качестве концепции в упрощенной форме, которая более досконально описана в приведенном ниже подробном описании. Это описание не предназначено для выявления ключевых или существенных особенностей заявленного изобретения, объем которого определяется формулой изобретения, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленное изобретение не ограничивается вариантами исполнения, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в какой-либо части данного документа.

Краткое описание чертежей

ФИГ.1 представляет пример камеры сгорания.

ФИГ.2 является блок-схемой на верхнем уровне алгоритма контроля преждевременного зажигания, основанного на упреждающей оценке вероятности преждевременного зажигания, а также на обратной связи по сигналу преждевременного зажигания.

ФИГ.3 является блок-схемой на верхнем уровне алгоритма ограничения нагрузки на двигатель на основе упреждающей оценки вероятности преждевременного зажигания в двигателе.

ФИГ.4 является блок-схемой на верхнем уровне алгоритма обновления счетчика преждевременного зажигания и последующего ограничения нагрузки на двигатель в ответ на появление признака преждевременного зажигания.

ФИГ.5 представляет собой схему процесса подавления преждевременных зажиганий.

ФИГ.6 является блок-схемой на верхнем уровне процесса осуществления впрыска топлива с контролем преждевременного зажигания в соответствии с данным изобретением.

ФИГ.7 является блок-схемой на верхнем уровне процесса регулирования характеристик обогащения и ограничения нагрузки в цилиндре, блоке или двигателе, на основании показаний счетчика преждевременных зажиганий и характера преждевременного зажигания.

ФИГ.8 и 9 демонстрируют пример осуществления впрыска топлива в соответствии с данным изобретением.

Осуществление изобретения

Настоящее описание относится к системам и способам снижения риска аномального воспламенения, связанного с преждевременным зажиганием, в системе двигателя, подобного изображенному на ФИГ.1. Как показано на ФИГ.2-5, контроллер двигателя может сначала определить вероятность преждевременного зажигания на основании рабочих условий двигателя и ограничить нагрузку на двигатель на основании вычисленной вероятности. Далее, в ответ на сигнал преждевременного зажигания, контроллер может обновить историю преждевременных зажиганий (включая подсчет их количества) и далее ограничивать нагрузку на двигатель. Затем контроллер может регулировать впрыск топлива в один или несколько цилиндров для контроля преждевременного зажигания без ухудшения уровня выбросов в выхлопе. Например, контроллер может быть сконфигурирован на выполнение управляющей программы, подобной изображенной на ФИГ.6, для обогащения цилиндров в течение первого периода, охлаждения воздуха, поступающего в цилиндр, и снижения риска дальнейших аномальных воспламенений в цилиндре. Обогащение и ограничение нагрузки можно регулировать с учетом рабочих условий двигателя, характера преждевременного зажигания, его счетчика и пр. Например, контроллер может выполнять программу (ФИГ.7) повышения степени и длительности обогащения и увеличения ограничения нагрузки, когда увеличиваются показания счетчика преждевременных зажиганий и/или когда преждевременные зажигания становятся более частыми. После обогащения цилиндры могут переходить на обедненную смесь на время второго периода. Обеднение можно регулировать на основании предыдущего обогащения таким образом, чтобы вернуть уровни кислорода в выхлопе в диапазон, при котором эффективность катализа выбросов не снижается. После выполнения процесса впрыска, подавляющего преждевременное зажигание, контроллер может вернуться к стехиометрическому впрыску. Пример выполнений процесса впрыска топлива приведен на ФИГ.8-9. Контроллер может сохранять подробную информацию о преждевременном зажигании в базе данных для совершенствования оценки вероятности преждевременных зажиганий в будущем.

На ФИГ.1 представлен пример конструкции камеры сгорания или цилиндра двигателя внутреннего сгорания 10. Двигатель 10 может воспринимать управляющие параметры от системы управления, включающей контроллер 12, и входные сигнала от водителя 130 через входное устройство 132. В данном примере входное устройство 132 включает педаль акселератора и датчик положения педали 134 для генерирования сигнала, пропорционального положению педали, PP. Цилиндр 14 (также называемый «камерой сгорания») двигателя 10 может включать стенки камеры сгорания 136 и поршень 138, расположенный внутри нее. Поршень 138 может соединяться с коленчатым валом 140 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может соединяться по крайней мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через трансмиссию. Далее, стартер может соединяться с коленчатым валом 140 через маховик для запуска двигателя 10.

Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через ряд каналов для всасывания воздуха 142, 144 и 146. Помимо цилиндра 14, канал всасывания воздуха 146 может быть связан и с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько каналов всасывания могут включать устройство наддува, например, турбокомпрессор или нагнетатель. Например, на ФИГ.1 двигатель 10 оснащен турбокомпрессором, включающим компрессор 174 между каналами всасывания 142 и 144 и газовую турбину 176 в канале всасывания 148. Компрессор 174 может по крайней мере частично приводиться в движение от газовой турбины 176 через вал 180, когда устройство наддува представляет собой турбокомпрессор. Однако в других случаях, когда двигатель 10 оснащен нагнетателем, газовой турбиной 176 можно пренебречь, когда компрессор 174 может механически соединяться с электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. Дроссель 20, включающий дроссельную заслонку 164, предусмотрен в канале всасывания двигателя для изменения расхода и/или давления воздуха, всасываемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 расположен после компрессора 174 (ФИГ.1) или, как вариант, перед компрессором 174.

Выхлопные газы могут поступать в выхлопной канал 148 не только из цилиндра 14, но и дополнительно из других цилиндров двигателя 10. Датчик выхлопного газа 128 показан подключенным к выхлопному каналу 148 перед устройством снижения токсичности выхлопа 178. Датчик 128 может быть взят из ряда подходящих датчиков, обеспечивающих индикацию соотношения топлива и воздуха в выхлопном газе, как например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопном газе), датчик кислорода с двумя состояниями или EGO (как на чертеже), HEGO (EGO с обогревом), датчик NOx (окислов азота), НС (углеводородов) или СО (угарного газа). Устройством снижения токсичности выхлопа 178 может быть трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушка окислов азота, различные другие устройства или их сочетания.

Температура выхлопа может измеряться одним или несколькими термодатчиками (не показаны) в выхлопном канале 148. Альтернативно, эта температура может рассчитываться по таким рабочим параметрам двигателя, как скорость вращения, нагрузка, отношение воздух/топливо в смеси или коэффициент избытка воздуха (AFR), задержка искры и др. Кроме того, эта температура может вычисляться по одному или нескольким сигналам от датчиков выхлопного газа 128. Должно быть очевидно, что температура выхлопа альтернативно может быть оценена любым сочетанием указанных здесь методов определения температуры.

Каждый цилиндр двигателя 10 может включать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, показан цилиндр 14 с одним впускным тарельчатым клапаном 150 и одним выпускным тарельчатым клапаном 156, расположенными в верхней части цилиндра 14. В некоторых реализациях каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, оснащен не менее чем двумя впускными тарельчатыми клапанами и не менее чем двумя выпускными тарельчатыми клапанами в верхней части цилиндра.

Впускной клапан 150 может регулироваться контроллером 12 через систему привода распределительного вала 151. Аналогично, выпускной клапан 156 может регулироваться контроллером 12 через систему привода распределительного вала 153. Каждая система 151 и 153 может включать один или несколько распределительных валов и использовать системы переключения профилей кулачков (CPS), регулирования синхронизации распределительного вала (VCT), управления срабатыванием клапанов (VVT) и/или регулирования хода клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 с целью варьирования работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответственно датчиками 155 и 157 положения клапанов. В альтернативных реализациях изобретения впускной и/или выпускной клапан может регулироваться электроприводом. Например, цилиндр 14 может дополнительно содержать впускной клапан, регулируемый электроприводом, и выпускной клапан, регулируемый приводом распределительного вала, включая системы CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления изобретения впускные и выпускные клапаны могут регулироваться общим исполнительным механизмом или системой привода клапанов, или исполнительным механизмом или системой привода регулируемых фаз газораспределения.

Степень сжатия цилиндра 14 представляет собой отношение объема с поршнем 138 в нижней точке к объему с поршнем 138 в верхней точке. Общепринято, что степень сжатия лежит в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых случаях, связанных с использованием различных топлив, степень сжатия может повышаться. Это может произойти, например, когда используются топлива с более высоким октановым числом или топлива с более высокой скрытой энтальпией парообразования. При прямом впрыске степень сжатия также может повышаться из-за того, что степень сжатия влияет на детонацию двигателя.

В некоторых реализациях изобретения каждый цилиндр двигателя 10 может включать свечу зажигания 192 для инициирования воспламенения. Система зажигания 190 может создавать искру зажигания в камере сгорания 14 с помощью свечи зажигания 192 в ответ на сигнал угла опережения зажигания SA от контроллера 12, в соответствии с выбранными рабочими режимами. Однако в некоторых реализациях свеча зажигания 192 может отсутствовать, например, когда двигатель 10 может инициировать возгорание топлива самовоспламенением или впрыском топлива, что возможно, например, в некоторых дизельных двигателях.

В некоторых реализациях каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. Например (но без ограничения рамками данного примера), показан цилиндр 14, включающий топливную форсунку 166. Показанная топливная форсунка 166 непосредственно подключена к цилиндру 14 для прямого впрыска топлива в этот цилиндр пропорционально длительности импульса сигнала FPW, получаемого от контроллера 12 через электронное устройство управления 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает прямой впрыск (далее - DI) топлива в камеру сгорания 14. Несмотря на то, что на ФИГ.1 форсунка 166 показана как боковая, она может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 192. Такое положение может улучшить смешение и воспламенение при работе двигателя с топливом на основе спирта из-за его низкой летучести. Как альтернатива, форсунка может быть расположена вверху рядом с впускным клапаном для улучшения смешения. Топливо может подаваться в форсунку 166 из топливной системы высокого давления 8, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливного распределителя. Как альтернатива, топливо подается одноступенчатым насосом под низким давлением, при этом синхронизация прямого впрыска во время такта сжатия может ограничиваться больше, чем при использовании топливной системы высокого давления. Также (не показано) топливные баки могут оснащаться датчиком давления, сигнал которого поступает в контроллер 12. Понятно, что в альтернативной реализации изобретения форсунка 166 может впрыскивать топливо во впускной канал, расположенный выше цилиндра 14.

Также очевидно, что, несмотря на то, что в изображенном варианте изобретения топливо впрыскивается через одну прямую форсунку, в альтернативных вариантах могут использоваться две форсунки (например, прямая форсунка и форсунка впрыска во впускной канал), причем может варьироваться относительная величина впрыска от каждой форсунки.

Топливо может подаваться форсункой в цилиндр в течение отдельного цикла работы цилиндра. Более того, распределение и/или относительное количество топлива, поступающего через форсунку, может изменяться пропорционально рабочим условиям. Более того, для одного воспламенения за цикл может осуществляться несколько впрысков поступающего топлива. Множественные впрыски могут осуществляться в течение такта сжатия, такта впуска или какой-либо соответствующей их комбинации. Также (ФИГ.6) топливо может впрыскиваться в течение цикла для регулировки коэффициента избытка воздуха (AFR) при горении. Например, топливо впрыскивается, обеспечивая стехиометрический AFR. Датчик AFR может быть введен для оценки AFR в цилиндре. В одном случае датчик AFR является датчиком выхлопного газа (например, EGO 128). Датчик может определить AFR, измеряя количество остаточного кислорода (для обедненных смесей) или несгоревших углеводородов (для богатых смесей) в выхлопном газе. При этом AFR может быть выражен значением лямбда (λ), т.е. отношением фактического AFR к стехиометрическому для данной смеси. Таким образом, значение λ=1,0 означает стехиометрическую смесь, λ<1,0 означает смесь богаче стехиометрической, λ>1,0 - смесь беднее стехиометрической.

Как указано выше, на ФИГ.1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Каждый цилиндр аналогично может включать свой набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку(-и), свечу зажигания и др.

В топливных баках топливной системы 8 может находиться топливо различного качества, например, различного состава. Такие различия включают различное содержание спиртов, различные октановые числа, различные теплоты парообразования, различные смеси и/или их сочетания и др.

Как видно на ФИГ.2-7, на основании рабочих условий двигателя и истории преждевременных зажиганий в цилиндре контроллер двигателя может определять вероятность преждевременных зажиганий и упреждающе регулировать нагрузку на двигатель. В ответ на последующее преждевременное зажигание в цилиндре, контроллер может ограничить нагрузку на двигатель и отрегулировать впрыск топлива в цилиндр на определенное число последующих воспламенений с целью обогащения цилиндра и уменьшения таких преждевременных зажиганий. В одном случае выявление преждевременного зажигания может включать в себя обнаружение аномального воспламенения и отличие такого воспламенения из-за детонации от воспламенения из-за преждевременного зажигания. Например, для индикации аномального воспламенения в цилиндре комбинируются входные сигналы от датчика детонации внутри цилиндра и датчика ускорения коленчатого вала, Датчиком детонации может быть акселерометр на блоке цилиндров или датчик ионизации, встроенный в свечу зажигания каждого цилиндра. На основании сигнала датчика детонации, например, фазы, амплитуды, интенсивности, частоты и т.д. сигнала и/или на основании сигнала ускорения коленчатого вала, контроллер идентифицирует преждевременное зажигание. Например, показателем преждевременного зажигания может быть более ранний, больший и/или более частый сигнал от датчика детонации, в то время как детонация может индицироваться в ответ на более поздний, меньший и/или менее частый сигнал от датчика детонации. Кроме этого, индикация преждевременного зажигания может отличаться от индикации детонации, основанной на рабочих условиях двигателя в момент выявления аномального воспламенения. Например, такое выявление аномального воспламенения на повышенных оборотах и нагрузках двигателя может приписываться детонации, тогда как на пониженных оборотах и нагрузках может восприниматься как признак преждевременного зажигания. Таким образом, меры по уменьшению детонации могут отличаться от мер контроллера по отношению к преждевременному зажиганию. Например, детонацией можно управлять, задерживая искру и EGR. Меры в отношении преждевременного зажигания показаны на ФИГ.2-7.

Контроллером 12 (ФИГ.1) является микрокомпьютер, включающий микропроцессор 106, порты ввода-вывода 108, запоминающее устройство для исполняемых программ и значений калибровок (постоянное запоминающее устройство 110 в данном конкретном примере), оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы датчиков, подключенных к двигателю 10, в дополнение к ранее описанным сигналам, включая: сигнал массового расхода засасываемого воздуха (MAF) от датчика массового расхода воздуха 122; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от термодатчика 116, подключенного к охлаждающей гильзе 118; сигнал о положении коленчатого вала для синхронизации зажигания (PIP) от датчика Холла 120 (или другого типа), подключенного к коленчатому валу 140; сигнал положения заслонки (ТР) от датчика положения заслонки; сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) от датчика 124; AFR цилиндра от датчика EGO 128; сигнал аномального воспламенения от датчика детонации и сигнал датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал скорости вращения двигателя (частота оборотов) может генерироваться контроллером 12 по сигналу PIP. Сигнал давления в коллекторе MAP от датчика давления в коллекторе может использоваться для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.

Постоянное запоминающее устройство 110 может быть запрограммировано на исполнение команд, исполняемых процессором 106, для выполнения процедур, описанных ниже, а также других возможных вариантов, которые подразумеваются, но специально не описаны.

Контроллер двигателя 12 может конфигурироваться для прогнозирования преждевременного зажигания на основании показателей рабочих условий двигателя и для ограничения нагрузки на двигатель на основании упреждающей оценки вероятности такого зажигания. Как показано на ФИГ.3, стохастическая модель может использоваться для определения вероятности преждевременного зажигания на основании таких рабочих условий двигателя, как давление в коллекторе двигателя, температура, октановое число и лямбда, а также на основании истории случаев преждевременного зажигания двигателя. Эта история может использоваться для определения числа таких зажиганий за срок службы транспортного средства, за данный ездовой цикл двигателя, а также количества таких зажиганий, идущих подряд. При появлении преждевременного зажигания счетчик и история могут обновляться, и обновленная информация может использоваться для уточнения вероятности преждевременного зажигания, вычисляемой по стохастической модели с обратной связью. Сам случай преждевременного зажигания может индицироваться на основании сигналов от нескольких датчиков. Для определения достоверности сигнала, индицирующего преждевременное зажигание, могут применяться весовые коэффициенты. При выявлении события преждевременного зажигания обогащение смеси в цилиндре может быть выполнено немедленно для получения быстрого отклика, при этом нагрузка на двигатель может быть далее ограничена для обеспечения медленного отклика на преждевременное зажигание. Благодаря использованию быстрой процедуры, основанной на регулировании впрыска топлива, и медленной процедуры, основанной на регулировании нагрузки двигателя, уменьшается количество преждевременных воспламенений в дальнейшем.

Теперь обратимся к ФИГ.2, на которой дан пример программы 200 по управлению преждевременным зажиганием в цилиндре, использующей предварительные действия на основе упреждающей оценки вероятности, и ответные действия как реакцию на возникновение такого зажигания.

На шаге 202 могут быть определены рабочие условия двигателя. Они могут включать, например, скорость двигателя, крутящий момент, нагрузку на двигатель, температуру в двигателе, давление в коллекторе двигателя, температуру воздуха и др. На шаге 204 и как далее показано на ФИГ.3, вероятность преждевременного зажигания может предварительно определяться на основании оценки рабочих условий двигателя и далее на основе истории таких зажиганий двигателя. На шаге 206, нагрузка на двигатель может быть ограничена на основе упреждающей оценки вероятности преждевременного зажигания. Как показано на ФИГ.3 ниже, действия могут включать снижение объема воздуха, подаваемого в двигатель, а также замедление роста ограничения нагрузки на двигатель таким образом, чтобы снизить вероятность возникновения неожиданных аномальных воспламенений. Ограничение нагрузки на двигатель может включать снижение расхода воздуха за счет уменьшения открытия заслонки, регулировки синхронизации перепускной заслонки для выхлопных газов, клапанов и/или распределительного вала, или снижения наддува.

Однако преждевременное зажигание может возникнуть даже после ограничения нагрузки на двигатель. На шаге 208 проверяется возникновение (или признак) преждевременного зажигания цилиндра. Признак преждевременного зажигания может быть основан на одной или нескольких следующих характеристиках: давление в цилиндре, интенсивность детонации, ускорение коленчатого вала и ионизация свечи зажигания. Если преждевременное зажигание цилиндра не происходит или отсутствуют признаки такого зажигания, программа может прекратить ограничивать нагрузку на двигатель. Однако если признак преждевременного зажигания цилиндра подтвержден, то на шаге 210 нагрузка на двигатель может и далее ограничиваться. Ограничение может быть введено на основании обратной связи по преждевременному зажиганию, значений обновленного счетчика событий преждевременного зажигания и характера обнаруженного преждевременного зажигания. Как показано на ФИГ.4, признак преждевременного зажигания может основываться как минимум на ускорении коленчатого вала и интенсивности детонации, и соответственно история такого зажигания, включая его счетчик, может обновляться в базе данных. Как показано на ФИГ.7 ниже, величина и скорость ограничения нагрузки могут регулироваться на основании того, каков характер преждевременного зажигания (непрерывный или прерывистый), каково количество таких зажиганий, достигнут ли количественный порог таких зажиганий и др. Действия по дальнейшему ограничению нагрузки могут включать дальнейшее снижение расхода воздуха за счет уменьшения наддува устройством наддува (например, турбокомпрессором), уменьшение открытия заслонки и/или регулирование синхронизации распределительного вала с помощью механизма регулирования синхронизации распределительного вала, посредством чего регулируется синхронизация клапанов. Таким образом, ограничение нагрузки может быть более медленным ответом на возникновение преждевременного зажигания, так как для этого может требоваться стабилизация расхода воздуха двигателя.

На шаге 212, также в ответ на возникновение преждевременного зажигания, может быть выполнена операция по уменьшению такого зажигания на основании регулирования впрыска топлива. В частности, с целью уменьшения вероятности преждевременного зажигания, смесь в цилиндре можно обогатить для практически немедленного охлаждения воздуха, засасываемого в цилиндр. Параметры обогащения впрыска (например, степень обогащения, отношение воздуха к топливу в смеси и период обогащения) могут настраиваться на основании признака преждевременного зажигания, обратной связи по такому зажиганию, показаний обновленного счетчика и характера такого зажигания. Например, там, где признак преждевременного зажигания основан как минимум на интенсивности детонации, на ее основе может регулироваться обогащение. Например, степень и длительность обогащения могут повышаться тогда, когда повышается интенсивность детонации (в момент появления признака преждевременного зажигания). Как показано на ФИГ.6, регулируя обогащение в ответ на подробные данные о преждевременном зажигании, таким зажиганием можно управлять более или менее активно, если требуется. После обогащения, для компенсации возможного падения КПД каталитического конвертера из-за низких уровней кислорода в выхлопном газе, впрыск топлива может производиться с последующим обеднением. В частности, цилиндр может быть обеднен, параметры обеднения впрыска (например, степень обе