Способ и система контроля преждевременного зажигания

Способ и система контроля преждевременного зажигания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее описание по сути относится к способам и системам управления двигателем автомобиля в ответ на обнаружение преждевременного зажигания.

Уровень техники

При определенных рабочих условиях для двигателей с высокой степенью сжатия или для форсированных двигателей с увеличенной удельной производительностью могут быть характерны случаи преждевременного зажигания на низкой скорости. Раннее сгорание топлива вследствие преждевременного зажигания может вызвать появление очень высокого давления в цилиндре, что в результате приведет к появлению волн давления сгорания, схожих с волнами детонации, но большей интенсивности. Были разработаны меры прогнозирования и (или) раннего обнаружения преждевременного зажигания в зависимости от рабочих условий двигателя. Кроме того, различные меры уменьшения последствий преждевременного зажигания могут быть приняты после указанного обнаружения.

Раскрытие изобретения

Авторы настоящего изобретения признают, что не все случаи преждевременного зажигания в цилиндре одинаковы, и что может быть необходима корректировка мер уменьшения последствий преждевременного зажигания в соответствии с характером случаев преждевременного зажигания и с учетом предыстории преждевременного зажигания в цилиндре. Например, меры уменьшения последствий, используемые для цилиндра, где случаи преждевременного зажигания возникают периодически, могут быть не столь эффективны для цилиндра, где случаи преждевременного зажигания возникают постоянно. Другими словами, более интенсивные подход к уменьшению последствий преждевременного зажигания может быть необходимым во время некоторых случаев преждевременного зажигания по сравнению с другими случаями преждевременного зажигания.

Так, в одном примере изобретение относится к способу работы двигателя, согласно которому: обогащают смесь цилиндра и ограничивают нагрузку на двигатель на первое значение в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре; и обогащают смесь цилиндра и ограничивают нагрузку на двигатель на второе значение, которое больше первого значения, в ответ на постоянное преждевременное зажигание в цилиндре.

В одном из примеров в ответ на определение преждевременного зажигания в цилиндре контроллер двигателя может обновить предысторию преждевременного зажигания цилиндра. Определение преждевременного зажигания может быть основано на рабочих условиях двигателя, таких как интенсивность детонации (определяемая датчиком детонации), ускорение кулачкового вала (определяемое датчиком кулачкового вала), ионизации искры, и (или) может быть основано на изменении давления в цилиндре из-за аномальных случаев преждевременного зажигания в цилиндре. Предыстория случаев преждевременного зажигания в цилиндре может содержать, например, число случаев преждевременного зажигания, в том числе как число случаев преждевременного зажигания в цилиндре, которые произошли в течение всего срока работы цилиндра, так и число случаев преждевременного зажигания в цилиндре, которые произошли за текущий цикл двигателя. Предыстория также может дополнительно включать число последовательных случаев преждевременного зажигания в цилиндре. В одном из примеров в ответ на дискретные случаи преждевременного зажигания, во время последовательных случаев преждевременного зажигания в цилиндре (то есть когда число последовательных случаев преждевременного зажигания в цилиндре не превышает пороговое значение), контроллер двигателя может определить периодическое преждевременное зажигание в цилиндре и соответственно отрегулировать меры по уменьшению его последствий. В другом примере в ответ на продолжительные случаи преждевременного зажигания, во время последовательных случаев преждевременного сгорания в цилиндре (то есть когда число последовательных случаев преждевременного зажигания в цилиндре превышает пороговое значение), контроллер двигателя может определить постоянное преждевременное зажигание в цилиндре и может соответственно отрегулировать меры по уменьшению его последствий.

Например, в ответ на определение периодических случаев преждевременного зажигания в цилиндре контроллер может немедленно обогатить смесь цилиндра и уменьшить нагрузку на двигатель на первое значение, а в ответ на определение постоянного преждевременного зажигания в цилиндре контроллер может немедленно обогатить смесь в цилиндре и уменьшить нагрузку на двигатель на второе значение, которое больше первого значения. В обоих случаях обогащение смеси цилиндра двигателя может включать работу цилиндра с отношением воздуха к топливу, превышающему стехиометрическое отношение для данного периода. При обогащении смеси цилиндра в ответ на появление преждевременного зажигания, может быть достигнут немедленный эффект охлаждения цилиндра зарядом воздуха, который может уменьшить дальнейшее появление случаев аномального сгорания. Одновременное ограничение нагрузки на двигатель, например снижением потока воздуха, может еще больше способствовать уменьшению возникновения дополнительных случаев преждевременного зажигания. Тем не менее, эффект от ограничения нагрузки, оказываемый на преждевременное зажигание, может быть отложен до того момента, пока не стабилизируется поток воздуха.

Обогащение смеси в ответ на периодическое преждевременное зажигание может отличаться от обогащения в ответ на постоянное преждевременное зажигание. Например, обогащение в ответ на периодическое преждевременное зажигания может быть слабым и (или) меньшим по продолжительности, в то время как обогащение в ответ на постоянное преждевременное зажигание может быть сильным и (или) большим по продолжительности. Ограничение нагрузки на двигатель можно схожим образом регулировать. Ограничение нагрузки на двигатель может включать снижение потока воздуха путем регулирования одного или нескольких отверстий дроссельной заслонки, наддува двигателя, фаз кулачкового вала, фаз клапанов, фаз перепускного клапана и т.д. Так, в одном примере в ответ на периодическое преждевременное зажигание открытие дроссельной заслонки и наддув могут быть уменьшены на меньшее значение, а в ответ на постоянное преждевременное зажигание открытие дроссельной заслонки и наддув могут быть уменьшены на большее значение. В другом примере фазы кулачкового вала могут быть отрегулированы на большее значение в ответ на постоянное преждевременное зажигание и на меньшее значение в ответ на периодическое преждевременное зажигание.

В одном из примеров ограничение нагрузки может быть синхронизировано с обогащением посредством возрастающего ограничения нагрузки, в соответствии с процессом обогащения. Например, скорость возрастания может быть отрегулирована таким образом, что оно завершается одновременно с завершением обогащения.

В другом примере двигатель может содержать первый и второй блоки цилиндров. В таком случае в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре первого блока, контроллер может обогатить смесь этого цилиндра и ограничить нагрузку на двигатель для всех цилиндров первого блока и не ограничить для цилиндров второго блока, например посредством регулирования фаз кулачковых валов первого блока и не регулирования фаз кулачковых валов второго блока. Для сравнения, в ответ на наличие постоянного преждевременного зажигания в цилиндре первого блока контроллер может обогатить смесь этого цилиндра и ограничить нагрузку на двигатель для всех цилиндров первого и второго блоков. В одном из примеров это может включать ограничение нагрузки на двигатель для всех цилиндров в первого и второго блоков на одно и то же (большее) значение. В другом примере это может включать ограничение нагрузки на двигатель для всех цилиндров в первого блока на большее значение, в то время как ограничение нагрузки на двигатель для всех цилиндров второго блока будет на меньшее значение.

Аналогично, профиль обогащения для других цилиндров различных блоков может быть отрегулирован по-разному, в зависимости от характера преждевременного зажигания. Например, в ответ на постоянное преждевременное зажигание в цилиндре первого блока смесь этого цилиндра может быть обогащена в большей степени и (или) больше по продолжительности, тогда как смесь других цилиндров первого блока также будет обогащена, но меньше по продолжительности и (или) в меньшей степени. В другом примере смесь цилиндров второго блока также может быть обогащена в ответ на постоянное преждевременное зажигание, чтобы уменьшить вероятность возникновения преждевременного зажигания в дальнейшем. Для сравнения, в ответ на периодическое преждевременное зажигание в цилиндре в первого блока может быть обогащена только смесь этого цилиндра. Тем не менее другие варианты могут также иметь место.

Далее, в дополнение к обогащению и ограничению нагрузки время искры цилиндра может быть более ранним на некоторое значение. В частности, искра может быть более ранней относительно времени искры во время обнаружения преждевременного зажигания в направлении максимального крутящего момента. Значение более раннего времени искры может быть отрегулировано в зависимости от текущего числа оборотов двигателя, обогащения и (или) характера преждевременного зажигания. Таким образом, по мере того как степень обогащения и (или) продолжительность обогащения увеличивается, может быть увеличено значение более раннего времени искры. Кроме того, большее значение раннего времени искры может быть использовано в ответ на постоянное преждевременное зажигание, а меньшее значение раннего времени искры может быть использовано в ответ на периодическое преждевременное зажигание. Так как цилиндр может быть менее чувствительным к более раннему времени искры, из-за превышения отношения воздуха к топливу стехиометрического значения, более раннее время искры может быть преимущественным в сочетании с обогащением, поддерживающим среднее эффективное давление при обогащенных условиях цилиндра.

Обновленная предыстория преждевременного зажигания (в том числе обновленное число случаев преждевременного зажигания) может также быть использована для определения вероятности возникновения преждевременного зажигания в цилиндре. Например, в начале работы двигателя контроллер может определить прогнозируемую вероятность возникновения преждевременного зажигания на основании рабочих условий двигателя и дополнительно на основании предыстории предыдущих случаев возникновения преждевременного зажигания в цилиндрах двигателя, и может соответственно заранее ограничить нагрузку на двигатель на основании прогнозируемой вероятности возникновения преждевременного зажигания. Описанные выше меры по уменьшению последствий преждевременного зажигания (обогащение и дальнейшее ограничение нагрузки) могут быть далее применены в ответ на обнаружение преждевременного зажигания, а также в зависимости от характера преждевременного зажигания.

Таким образом, посредством регулирования мер по уменьшению последствий преждевременного зажигания в зависимости от характера преждевременного зажигания, можно более успешно решить проблему преждевременного зажигания и уменьшить дальнейшее возникновение случаев преждевременного зажигания. В частности, при более интенсивной реакции на постоянное преждевременное зажигание и менее интенсивной - на периодическое преждевременное зажигание можно более эффективно решить проблему преждевременного зажигания в двигателе.

Необходимо понимать, что вышеприведенное раскрытие изобретения приведено для того, чтобы в упрощенной форме представить концепции, которые далее даются в более подробном описании. Оно не предназначено для выявления ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем которого определяется только формулой изобретения, которая приводится после подробного описания. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничивается вариантами реализации, предназначенных для решения задач, отмеченных выше или же в любой части настоящего описания.

Краткое описание чертежей

На ФИГ.1 показан пример камеры сгорания.

На ФИГ.2 показана блок-схема высокого уровня задачи преждевременного зажигания, основанной как на прогнозируемой вероятности возникновения преждевременного зажигания, так и на обратной связи преждевременного зажигания.

На ФИГ.3 показана блок-схема высокого уровня ограничения нагрузки на двигатель в ответ на прогнозируемую вероятность преждевременного зажигания двигателя.

На ФИГ.4 показана блок-схема высокого уровня обновления числа случаев преждевременного зажигания и дальнейшего ограничения нагрузки на двигатель в ответ на определение преждевременного зажигания.

На ФИГ.5 показано схематическое изображение обычной процедуры уменьшения последствий преждевременного зажигания.

На ФИГ.6 показана блок-схема высокого уровня выполнения операции впрыска топлива с задачей преждевременного зажигания, в соответствии с настоящим изобретением.

На ФИГ.7 показана блок-схема высокого уровня регулирования профиля обогащения смеси и ограничения нагрузки на цилиндр, накопитель или двигатель, на основании числа случаев преждевременного зажигания и его характера.

На ФИГ.8-9 показан пример операций впрыска топлива в соответствии с настоящим описанием.

Осуществление изобретения

Следующее описание относится к системам и способам снижения риска аномальных случаев сгорания, связанных со случаями преждевременного зажигания, например в системе двигателя, показанного на ФИГ.1. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.2-5, контроллер двигателя может сначала определить прогнозируемую вероятность возникновения преждевременного зажигания на основании условий работы двигателя и ограничить нагрузку на двигатель, исходя из определенной вероятности. Затем, в ответ на определение преждевременного зажигания, контроллер может обновить предысторию предыдущих случаев преждевременного зажигания (в том числе число случаев преждевременного зажигания) и далее ограничить нагрузку на двигатель. Контроллер может далее настроить впрыск топлива в по меньшей мере один цилиндр двигателя, чтобы справиться со случаями возникновения преждевременного зажигания без ухудшения выбросов выхлопных газов. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения рутинного контроля, такого как обычная ситуация (ФИГ.6) обогащения смеси в цилиндрах на первый период времени, чтобы охладить заряд воздуха в цилиндре и снизить риск возникновения случаев аномального сгорания в цилиндре в дальнейшем. Обогащение и ограничение нагрузки можно регулировать на основании условий работы двигателя, характера преждевременного зажигания, числа случаев преждевременного зажигания и т.д. Например, контроллер может выполнять рутинные операции, такие как обычная ситуация на ФИГ.7, для увеличения степени и продолжительности обогащения, а также увеличивать степень ограничения нагрузки по мере того, как будет увеличиваться число случаев возникновения преждевременного зажигания, и (или) тогда, когда учащаются случаи преждевременного зажигания. После обогащения смеси цилиндры могут быть переведены на пониженный профиль впрыска топлива на второй период времени. Такое обеднение можно регулировать на основании предшествующего обогащения таким образом, чтобы возвратить уровень кислорода в выхлопах до диапазона, в котором эффективность катализатора выхлопов не понижается. После уменьшения последствий преждевременного зажигания путем операции впрыска топлива контроллер может возобновить стехиометрический впрыск топлива. Пример операции впрыска топлива проиллюстрирован ниже со ссылкой на ФИГ.8-9. Контроллер может хранить информацию о случаях преждевременного зажигания в базе данных для повышения ожидания случаев преждевременного зажигания в будущем.

На ФИГ.1 изображен пример камеры сгорания или цилиндра двигателя внутреннего сгорания 10. Двигатель 10 может получать управляющие параметры от системы управления, которая содержит контроллер 12, и данные от оператора автомобиля 130 через устройство ввода 132. В этом примере устройство ввода 132 содержит педаль акселератора и датчик положения педали 134 для генерирования пропорционального сигнала положения педали PP. Цилиндр (далее по тексту также «камера сгорания») 14 двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания 136 с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть связан с кулачковым валом 140, так что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кулачкового вала. Кулачковый вал 140 может быть связан с помощью системы передачи по меньшей мере с одним приводным колесом легкового автомобиля. Кроме того, стартер двигателя может быть связан с кулачковым валом 140 через маховик, обеспечивающий начало работы двигателя 10.

Цилиндр 14 может получать подачу воздуха через впускные каналы 142, 144 и 146. Впускной канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах реализации изобретения, по меньшей мере один впускной канал может включать в себя наддувное устройство, такое как турбокомпрессор или нагнетатель. Например, на ФИГ.1 показана конфигурация двигателя 10 с турбокомпрессором, содержащим компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и газовой турбиной 176, расположенной вдоль выхлопного патрубка 148. Компрессор 174 может быть, по меньшей мере, частично запитан от газовой турбины 176 через вал 180, где изготовлено наддувное устройство в виде турбокомпрессора. Однако в других примерах, где двигатель 10 оснащен нагнетателем, газовая турбина 176 может быть дополнительно исключена, а компрессор 174 может быть запитан механически от мотора или двигателя. Дроссель 20, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен наряду с впускным каналом двигателя для изменения скорости потока и (или) давления воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или альтернативно может быть установлен выше по потоку от компрессора 174.

Выхлопной патрубок 148 может получать выхлопные газы от других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик выхлопных газов 128 показан связанным с выхлопным патрубком 148 выше по потоку от устройства контроля выбросов 178. Датчик 128 может быть выбран из числа различных подходящих датчиков для выдачи показаний отношения воздух/топливо выхлопных газов, таких, например, как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), кислородный датчик с двумя состояниями или EGO (как изображено на рисунке), кислородный датчик с двумя состояниями с подогревом HEGO (EGO с подогревом), датчик оксидов азота (NOx), углеводородов (НС) или угарного газа (СО). Устройство контроля выбросов 178 может быть тройным катализатором (TWC), улавливатель оксидов азота (NOx), или различным другим средством контроля выбросов или их комбинацией.

Температура выхлопных газов может измеряться по меньшей мере одним датчиком температуры (не показаны), расположенным в выхлопном патрубке 148. Кроме того, температура выхлопных газов может быть определена на основании рабочих условий двигателя, таких как скорость, нагрузка, соотношение воздух-топливо (AFR), запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температура выхлопных газов может быть рассчитана по меньшей мере по одному датчику выхлопных газов 128. Можно принять во внимание, что температура выхлопных газов может альтернативно быть определена любой комбинацией методов измерения температуры, перечисленных в настоящем документе.

Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан. 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 части цилиндра 14. В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.

Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством приведения в действие кулачка через систему привода кулачка 151. Аналогично, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 через систему привода кулачка 153. Каждая из систем привода кулачка 151 и 153 может включать в себя по меньшей мере один кулачок; при этом может быть использован по меньшей мере один переключатель профиля кулачков (CPS), изменяемые фазы кулачков (VCT), изменяемые фазы клапанов (VVT) и (или) системы переменной высоты подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапана. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено датчиками положения клапанов 155 и 157, соответственно. В альтернативных вариантах реализации впускной клапан и (или) выпускной клапан могут управляться электрическим приводом клапана. Например, цилиндр 14 может альтернативно содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом клапана, и выпускной клапан, управляемый с помощью привода кулачка, содержащего системы переключателя профиля кулачков и (или) изменения фаз кулачков. В других вариантах реализации впускные и выпускные клапаны могут управляться общим приводом или системой привода, или же приводом с изменяемыми фазами работы клапана или такой системой привода.

Цилиндр 14 может иметь коэффициент сжатия, представляющий собой соотношение объемов, когда поршень 138 находится по центру внизу и по центру вверху. Обычно коэффициент сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, когда используются различные виды топлива, коэффициент сжатия может быть больше. Это может произойти, например, когда используется топливо с более высоким октановым числом или топливо с более высокой скрытой энтальпией испарения. Коэффициент сжатия также может быть увеличен, если используется непосредственный впрыск, с учетом его влияния на детонацию двигателя.

В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу зажигания 192 для инициации процесса горения. При определенных режимах работы система зажигания 190 может образовать искру зажигания в камере сгорания 14 через свечу зажигания 192 в ответ на сигнал раннего времени искры SA от контроллера 12. Тем не менее в некоторых вариантах свеча зажигания 192 может отсутствовать, например, когда двигатель 10 может инициировать начало горения через самовоспламенение или через впрыск топлива, как это бывает в случае с некоторыми дизельными двигателями.

В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен по меньшей мере одной топливной форсункой для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан с одной топливной форсункой 166. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для прямой подачи топлива пропорционально длительности импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (далее - DI) топлива в цилиндр сгорания 14. На ФИГ.1 показана форсунка 166 сбоку камеры сгорания, но она также может находиться и над поршнем, например вблизи места расположения свечи зажигания 192. Такое расположение может улучшить смешение и горение при работе двигателя на топливе, основанном на спирте, из-за меньшей летучести некоторых видов топлива на основании этанола. В качестве варианта форсунка может быть расположена около впускного клапана и над ним для улучшения процесса смешивания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 топливной системы высокого давления 8, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливораспределитель. В качестве варианта топливо может подаваться одноступенчатым топливным насосом при более низком давлении; в этом случае период непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченным во времени такта сжатия, чем если бы использовалась топливная система высокого давления. Кроме того, хотя это здесь и не показано, топливные баки могут быть оснащены датчиком давления, подающим сигнал на контроллер 12. Следует понимать, что в альтернативном варианте форсунка 166 может быть форсункой мультипортовой подачи, подающей топливо во впускной канал выше цилиндра 14.

Также следует понимать, что в то время как показанный вариант показывает двигатель, работающий путем подачи топлива через одну форсунку непосредственного впрыска, в альтернативных вариантах двигатель может работать с двумя форсунками (например, форсунка непосредственного впрыска и форсунка мультипортовой подачи) с изменяемым относительным объемом топлива, подаваемого каждой форсункой.

Топливо может подаваться форсункой в цилиндр в течение одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и (или) относительное количество топлива, поступающее из форсунки, может меняться в зависимости от условий работы. Кроме того, для отдельно взятого случая сгорания, подачи топлива могут быть выполнены многократно в течение одного цикла. Такие многократные впрыски могут выполняться во время такта сжатия, такта впуска или при любой соответствующей их комбинации. Кроме того, как показано на ФИГ.6, топливо может подаваться в течение этого цикла для того, чтобы регулировать соотношение воздух-топливо (AFR) процесса сгорания. Например, топливо может подаваться для обеспечения стехиометрического AFR. Датчик AFR может быть установлен для того, чтобы отражать AFR внутри цилиндра. В одном примере, в качестве датчика AFR может быть датчик выхлопных газов, такой как кислородный датчик с двумя состояниями EGO 128. Измеряя количество остаточного кислорода (для бедных смесей) или несгоревших углеводородов (для богатых смесей) в выхлопных газах, датчик может определять AFR. Таким образом AFR может быть представлено как величина лямбда (λ), то есть как отношение фактического AFR к стехиометрическому отношению для данной смеси. Таким образом, величина лямбда, равная 1,0, указывает на стехиометрическую смесь, при этом смеси, которые богаче стехиометрических, могут иметь значение лямбда менее 1,0, а смеси беднее стехиометрических могут иметь значение лямбда больше 1.

Как описано выше, на ФИГ.1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый цилиндр может также содержать свой комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку или форсунки, свечу зажигания и т.д.

Топливные баки в топливной системе 8 могут вмещать топливо разного качества, например с различным составом. Эти различия могут включать в себя разное содержание спирта, разные октановые числа, разную теплоту испарения, разные топливные смеси и (или) их комбинации и т.д.

Как показано на ФИГ.2-7, в зависимости от условий работы двигателя и предыстории преждевременного зажигания цилиндра, контроллер двигателя может определять вероятность преждевременного зажигания, а также заранее регулировать нагрузку на двигатель. В ответ на последующие случаи преждевременного зажигания в цилиндре контроллер может еще более ограничить нагрузку на двигатель и отрегулировать впрыск топлива в цилиндр для установления числа последующих событий сгорания, чтобы обогатить смесь в цилиндре и уменьшить последствия преждевременного зажигания. В одном из примеров определение преждевременного зажигания может включать в себя распознавание случаев аномального сгорания; при этом разделяют случаи аномального сгорания, вызываемые детонацией и свидетельствующие о преждевременном зажигании. Например, сигнал датчика о детонации в цилиндре и сигнал датчика об ускорении кулачкового вала могут быть объединены, чтобы определить случай аномального сгорания в цилиндре. Датчиком детонации может быть акселерометр на блоке двигателя или датчик ионизации в свече зажигания в каждом цилиндре. Основываясь на сигнале датчика детонации, таком как время, амплитуда, интенсивность, частота и т.д., и (или) основываясь на сигнале ускорения кулачкового вала, контроллер может определить преждевременное зажигание. Например, преждевременное зажигание может быть выявлено как результат более ранних, более длинных и (или) более частых сигналов от датчика детонации, в то время как детонация может быть выявлена в результате более поздних, более коротких и (или) более редких сигналов от датчика детонации. Кроме того, преждевременное зажигание можно отличить от детонации, основываясь на условиях работы двигателя на момент обнаружения аномального сгорания. Например, аномальное сгорание, обнаруженное при более высоких оборотах двигателя и нагрузках, может быть отнесено к детонации, в то время как при более низких оборотах двигателя и нагрузках это может свидетельствовать о преждевременном зажигании. Таким образом, меры, направленные на уменьшение последствий детонации, могут отличаться от мер, принимаемых контроллером для преждевременного зажигания. Например, детонация может решаться применением запаздывания зажигания и рециркуляции отработавших газов. Меры, связанные с преждевременным зажиганием, рассматриваются далее со ссылкой на ФИГ.2-7.

Контроллер 12, показанный на ФИГ.1 в качестве микрокомпьютера, включает в себя микропроцессорный блок 106, порты ввода/вывода 108, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных значений, ПЗУ чип 110 в данном конкретном примере, оперативную память 112, резервную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, в дополнение к сигналам, о которых говорилось ранее, в том числе результаты измерения вводимого массового расхода воздуха (MAF) от датчика массового расхода воздуха 122; сигнал о температуре охладителя двигателя (ЕСТ) с датчика температуры 116, связанного с рукавом охлаждения 118; сигнал съема профиля зажигания (PIP) с датчика эффекта Холла 120 (или другого типа) соединенного с кулачковым валом 140; сигнал датчика положения дроссельной заслонки (ТР); сигнал абсолютного давления коллектора (MAP) с датчика 124, сигнал величины AFR в цилиндре с датчика EGO 128, и сигнал об аномальном сгорании с датчика детонации и датчика ускорения кулачкового вала. Сигнал скорости двигателя, обороты в минуту (RPM), может генерироваться контроллером 12 от сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе MAP, поступающий от датчика давления в коллекторе может использоваться для показаний вакуума или давления во впускном коллекторе.

Носитель информации ПЗУ 110 можно запрограммировать с помощью машиночитаемых данных, которые представляют собой инструкции, исполняемые процессором 106 для реализации способов, описанных ниже, а также для других вариантов, которые возможны, но конкретно не перечислены.

Контроллер двигателя 12 может быть выполнен с возможностью прогнозировать преждевременное зажигание в зависимости от условий работы двигателя и ограничивать нагрузку на двигатель на основании прогнозируемой вероятности преждевременного зажигания. Согласно данному изобретению, со ссылкой ФИГ.3, может быть использована стохастическая модель для определения вероятности возникновения преждевременного зажигания на основании условий работы двигателя, таких как давление в коллекторе двигателя, температура, октановое число топлива и величина лямбда, и дополнительно на основании предыстории преждевременного зажигания двигателя. Предыстория преждевременного зажигания может быть использована для определения числа случаев преждевременного зажигания, отражающих их возникновение как в течение жизненного цикла транспортного средства, так и в течение этого цикла работы двигателя, а также последовательное число случаев преждевременного зажигания. В качестве ответа на случай преждевременного зажигания могут обновляться предыстория и число случаев преждевременного зажигания, и обновленная информация затем может быть использована для регулирования вероятности преждевременного зажигания, рассчитанной по стохастической модели в форме с замкнутым циклом. Случай преждевременного зажигания сам по себе может быть определен на основании сигналов, поступающих с нескольких датчиков. Весовые коэффициенты могут быть использованы для определения надежности сигнала, свидетельствующего о случае преждевременного зажигания. На основании определения случая преждевременного зажигания может быть немедленно выполнена операция обогащения топлива цилиндра, чтобы обеспечить более быструю реакцию на преждевременное зажигание, а в это время нагрузка на двигатель может быть дополнительно ограничена для того, чтобы обеспечить более медленный ответ на преждевременное зажигание. Используя подход, включающий быстрый впрыск топлива и снижение нагрузки на двигатель в качестве реакции на преждевременное зажигание, можно в дальнейшем сократить число случаев преждевременного зажигания.

На ФИГ.2 показан пример обычной ситуации 200, описанной для задачи преждевременного зажигания в цилиндре путем использования упреждающих мер, основанных на прогнозируемой вероятности возникновения преждевременного зажигания и противодействующих мер в ответ на появление преждевременного зажигания.

На позиции 202 можно определить условия работы двигателя. Например, они могут включать в себя обороты двигателя, крутящий момент, температуру двигателя, давление в коллекторе двигателя, температуру воздуха и т.д. На позиции 204 дополнительно согласно данному изобретению со ссылкой на ФИГ.3 вероятность преждевременного зажигания можно определить заранее на основании оценки условий работы двигателя, и дополнительно на основании предыстории преждевременного зажигания двигателя. На позиции 206 нагрузка на двигатель может быть ограничена на основании прогнозируемой вероятности преждевременного зажигания. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.3, эта мера может включать в себя снижение количества заряда воздуха, подаваемого в двигатель, а также замедление линейного изменения в двигателе с ограниченной нагрузкой таким образом, чтобы сократить случаи внезапного аномального сгорания. Ограничение нагрузки на двигатель может включать в себя снижение потока воздуха за счет уменьшения открытия дроссельной заслонки, регулирование фаз перепускного клапана, регулирование фаз клапана и (или) регулирование фаз кулачкового вала или же сокращение наддува.

Тем не менее, преждевременное зажигание может происходить даже после ограничения нагрузки на двигатель. На 208 может быть установлен случай преждевременного зажигания в цилиндре. Возникновение преждевременного зажигания может быть связано по меньшей мере с одним факторам, таким как давление в цилиндре, интенсивность детонации, ускорение кулачкового вала и ионизация свечи зажигания. Если не происходит преждевременное зажигание или определение преждевременного зажигания в цилиндре, в обычной ситуации двигатель будет работать с ограниченной нагрузкой. Однако если определение преждевременного зажигания в цилиндре подтвердится, то на позиции 210 нагрузка на двигатель может быть ограничена еще больше. Ограничение может основываться на обратной связи по отношению к преждевременному зажиганию, обновленном числе случаев преждевременного зажигания и на характере обнаруженного преждевременного зажигания. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.4, преждевременное зажигание может быть выявлено на основании, по крайней мере, ускорения кулачкового вала и интенсивности детонации, и, соответственно, предыстории преждевременного зажигания, в том числе и на числе случаев преждевременного зажигания, которые могут быть обновлены в базе данных. Согласно изобретению, со ссылкой на ФИГ.7, объем и скорость ограничения нагрузки могут быть отрегулированы в зависимости от того, будет ли преждевременное зажигание носить постоянный характер или оно возникает периодичес