СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКИВАНИЕМ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F02D41/40 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Подобные способ и устройство управления впрыскиванием топлива в ДВС известны, например, из DE 19712143. Согласно этой публикации весь цикл впрыскивания топлива подразделяется на предварительное впрыскивание и основное впрыскивание. Предварительное впрыскивание позволяет значительно снизить уровень шума, создаваемого в двигателе в процессе его работы.

Однако часто предварительное впрыскивание осуществляется не во всех режимах работы двигателя. Иными словами, в одном из режимов работы ДВС предварительное впрыскивание может осуществляться, а в другом режиме работы ДВС предварительное впрыскивание может не осуществляться. При резком переходе ДВС с работы в режиме с предварительным впрыскиванием на работу в режиме без предварительного впрыскивания уровень шума, создаваемого в двигателе в процессе сгорания, внезапно и резко возрастает. Подобное внезапное и резкое возрастание уровня шума, создаваемого в процессе сгорания, воспринимается водителем как раздражающий и отвлекающий внимание фактор.

Такого рода способ управления впрыскиванием топлива в ДВС предусматривает, что различают по меньшей мере первый режим работы ДВС и второй режим его работы. В одном варианте предлагаемого способа в первом режиме цикл впрыскивания подразделяют по меньшей мере на первое впрыскивание частичного количества топлива и второе впрыскивание частичного количества топлива, а во втором режиме цикл впрыскивания осуществляют без первого впрыскивания частичного количества топлива. В другом варианте указанное выше подразделение цикла впрыскивания предусмотрено во втором режиме, при этом в первом режиме цикл впрыскивания осуществляют без первого впрыскивания частичного количества топлива.

В соответствии с изобретением предлагается непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы изменять параметры впрыскивания таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего предлагается изменять частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива.

В первом варианте предлагаемого способа показатели эмиссии могут непрерывно увеличиваться. В обоих вариантах предлагаемого способа число циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива может непрерывно уменьшаться.

Другим объектом изобретения является устройство управления впрыскиванием топлива в ДВС для осуществления предлагаемого способа. При управлении впрыскиванием при помощи такого рода устройств проводятся различия по меньшей мере между первым режимом работы ДВС и вторым режимом его работы. В одном варианте устройства в первом режиме цикл впрыскивания подразделяется по меньшей мере на первое впрыскивание частичного количества топлива и второе впрыскивание частичного количества топлива, а во втором режиме цикл впрыскивания осуществляется без первого впрыскивания частичного количества топлива. В другом варианте указанное выше подразделение цикла впрыскивания предусмотрено во втором режиме, тогда как в первом режиме цикл впрыскивания осуществляется без первого впрыскивания частичного количества топлива.

В соответствии с изобретением в конструкции устройства предусмотрены средства, которые непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы позволяют изменять параметры впрыскивания таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего указанные средства изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива.

Предлагаемый в изобретении подход позволяет исключить внезапное и резкое возрастание уровня шума, создаваемого в двигателе в процессе сгорания, при переходе с работы в режиме, в котором цикл впрыскивания подразделяется по меньшей мере на первое впрыскивание частичного количества топлива (т.е. на впрыскивание части от всего предусмотренного для впрыскивания за один цикл количества топлива) и второе впрыскивание частичного количества топлива, на работу в режиме, в котором цикл впрыскивания осуществляется без первого впрыскивания частичного количества топлива, и сделать подобное возрастание уровня шума более плавным. При этом под первым впрыскиванием частичного количества топлива подразумевается предпочтительно предварительное впрыскивание, осуществляемое непосредственно перед вторым впрыскиванием частичного количества топлива, называемым также основным впрыскиванием.

Указанный выше эффект достигается согласно изобретению благодаря тому, что перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы, в котором не предусмотрено предварительное впрыскивание, уровень создаваемого в двигателе шума изменяют таким образом, чтобы приблизить уровень шума, создаваемого до указанного перехода на работу в другом режиме, к уровню шума, создаваемого после такого перехода на работу в другом режиме. Обеспечивается это за счет изменения параметров впрыскивания таким образом, чтобы уровень создаваемого в двигателе шума еще до окончательного его перехода на работу во втором режиме достигал уровня шума, характерного для этого второго режима работы. С этой целью изменяют прежде всего продолжительность и/или частоту процессов предварительного впрыскивания.

Обычно параметры предварительного впрыскивания задают с таким расчетом, чтобы создаваемый в двигателе шум оставался на минимальном уровне. При создании изобретения было установлено, что уровень создаваемого в двигателе шума можно регулировать увеличением или уменьшением количества предварительно впрыскиваемого топлива. При этом наиболее предпочтительно увеличивать продолжительность предварительного впрыскивания.

Согласно другому варианту осуществления изобретения в процессе перехода на работу в режим без предварительного впрыскивания можно с непрерывно увеличивающейся частотой осуществлять пропуск процессов предварительного впрыскивания. Иными словами, непосредственно перед подобным переходом на работу в другом режиме пропускают каждый n-ный процесс предварительного впрыскивания. При этом число n постепенно уменьшают по определенной схеме с некоторого большого значения до 1. Это означает, что, например, в начале указанного перехода с одного режима работы на другой пропускают каждый 10-ый процесс предварительного впрыскивания, а в конце такого перехода уже все циклы впрыскивания осуществляют без предварительного впрыскивания.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - изображенная в виде блоков схема системы дозирования топлива,

на фиг.2 - временные диаграммы для трех различных циклов впрыскивания топлива и

на фиг.3 и 4 - блок-схемы, на каждой из которых для двух вариантов представлены операции, выполняемые при осуществлении предлагаемого в изобретении способа.

На фиг.1 в виде блоков схематично показаны основные элементы системы дозирования топлива, которой оснащается ДВС. ДВС обозначен на этой схеме позицией 100. Дозирование топлива, подаваемого в этот ДВС, осуществляется дозатором 110 топлива. В этот дозатор от блока 120 управления подаются управляющие сигналы VE и НЕ. В блок управления в свою очередь поступают выходные сигналы различных датчиков 130.

Этими датчиками 130 регистрируются различные рабочие параметры ДВС, а также различные параметры, характеризующие условия окружающей среды. К таким сигналам относятся прежде всего сигналы, характеризующие частоту вращения вала ДВС, а также различные показатели температуры и давления. Исходя из этих сигналов и задаваемого водителем управляющего воздействия, блок 120 управления выполняет соответствующие вычисления и по их результатам формирует управляющие сигналы VE и НЕ, которые подаются в дозатор 110 топлива.

В некоторых случаях и прежде всего в дизельных ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива осуществляется двойное впрыскивание топлива с разделением всего цикла впрыскивания по меньшей мере на одно предварительное впрыскивание, при котором в ДВС впрыскивается некоторая часть от общего предназначенного для впрыскивания за один цикл количества топлива, и на основное впрыскивание, при котором в ДВС впрыскивается остальное количество топлива. Помимо предварительного впрыскивания и основного впрыскивания весь цикл впрыскивания может подразделяться также на другие отдельные процессы впрыскивания частичного количества топлива, такие как второе предварительное впрыскивание и/или довпрыскивание. Помимо этого и само основное впрыскивание может дополнительно подразделяться на отдельные процессы впрыскивания частичного количества топлива. В рассматриваемом варианте весь цикл впрыскивания топлива подразделяется только на один процесс предварительного впрыскивания и один процесс основного впрыскивания.

Сигнал VE управляет процессом предварительного впрыскивания, а сигнал НЕ управляет процессом основного впрыскивания. Эти сигналы в основном задают для каждого процесса впрыскивания момент его начала и количество впрыскиваемого топлива. На основании этих сигналов топливо впрыскивается в ДВС 100 дозатором 110 в соответствующем количестве.

На фиг.2 показаны характеристики отдельных процессов впрыскивания, т.е. характеристика сигнала, управляющего работой дозатора топлива, или соответствующей величины, в функции времени t. При этом процесс предварительного впрыскивания также обозначен позицией VE, а процесс основного впрыскивания обозначен позицией НЕ.

Показанная на фиг.2а диаграмма соответствует рабочему режиму, в котором осуществляется предварительное впрыскивание. При этом в процессе такого предварительного впрыскивания в ДВС впрыскивается около 5% от всего предназначенного для впрыскивания за один цикл количества топлива. Показанная на фиг.2в диаграмма соответствует рабочему режиму, в котором топливо впрыскивается без предварительного его впрыскивания. Показанная на фиг.2б диаграмма соответствует переходному процессу от режима с предварительным впрыскиванием в режим без предварительного впрыскивания.

Во время этого переходного процесса количество предварительно впрыскиваемого топлива увеличивают, т.е. непрерывно увеличивают продолжительность предварительного впрыскивания. При этом количество подаваемого в ДВС в процессе основного впрыскивания топлива предпочтительно уменьшать на соответствующую величину, которая выбирается с таким расчетом, чтобы развиваемый ДВС крутящий момент оставался постоянным.

Когда создаваемый в двигателе шум достигает уровня, характерного для его работы в режиме без предварительного впрыскивания, предварительное впрыскивание VE отключают, соответственно количество предварительно впрыскиваемого топлива приравнивают нулю, а момент начала основного впрыскивания смещают в сторону более раннего.

Сказанное выше означает, что во избежание внезапного и резкого повышения уровня создаваемого в процессе сгорания шума после отключения предварительного впрыскивания подобный уровень шума, создаваемого в процессе сгорания, согласно изобретению непрерывно повышают еще перед отключением предварительного впрыскивания. С этой целью в рассматриваемом варианте количество предварительно впрыскиваемого топлива увеличивают до 60% от его общего количества, предназначенного для впрыскивания за один цикл. В принципе количество предварительно впрыскиваемого топлива увеличивают настолько, чтобы градиент давления сгорания в момент воспламенения в процессе предварительного впрыскивания соответствовал градиенту давления сгорания при работе ДВС в режиме без предварительного впрыскивания. Указанный градиент давления сгорания соответствует изменению давления сгорания в момент воспламенения.

Рассмотренный выше подход позволяет практически полностью приблизить уровень шума, создаваемого в процессе сгорания непосредственно перед отключением предварительного впрыскивания, к уровню шума, создаваемого в процессе сгорания после отключения предварительного впрыскивания.

Наиболее предпочтительно, чтобы увеличение количества предварительно впрыскиваемого топлива сопровождалось не только снижением уровня создаваемого в двигателе шума, но и смещением периода наиболее интенсивного сгорания рабочей смеси в сторону более раннего. Благодаря этому уменьшается величина, на которую положение регулятора опережения впрыскивания скачкообразно изменяется с целью компенсации скачкообразного изменения момента начала основного впрыскивания при отключении предварительного впрыскивания.

При переходе в режим работы без предварительного впрыскивания период наиболее интенсивного сгорания рабочей смеси необходимо смещать в сторону более раннего с тем, чтобы обеспечить соблюдение соответствующих показателей расхода топлива и/или выбросов ОГ, соответственно обеспечить развитие двигателем соответствующего крутящего момента. В результате увеличения количества предварительно выпрыскиваемого топлива период наиболее интенсивного сгорания рабочей смеси смещается в сторону более раннего. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения разница между периодами наиболее интенсивного сгорания рабочей смеси до и после отключения предварительного впрыскивания значительно меньше по сравнению с иными подходами по переводу двигателя с работы в режиме с предварительным впрыскиванием на работу в режиме без предварительного впрыскивания.

В другом варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа уровень шума, создаваемого при сгорании перед отключением предварительного впрыскивания, можно также увеличивать, если при переходе в режим работы без предварительного впрыскивания сначала отключать, т.е. пропускать, предварительное впрыскивание топлива в отдельных циклах впрыскивания. При этом относительную частоту подобных пропусков отдельных процессов предварительного впрыскивания в отдельных циклах дозирования топлива последовательно увеличивают. Это означает, что в каждом n-ном цикле впрыскивания предварительное впрыскивание не осуществляют, т.е. пропускают. При этом число n непрерывно уменьшают с некоторого большого значения до меньшего значения, предпочтительно до 1. При значении, равном 1, предварительное впрыскивание не осуществляют, тогда как при большом значении предварительное впрыскивание осуществляют практически в каждом цикле впрыскивания. Схему, в соответствии с которой подачу топлива на предварительное впрыскивание чередуют с отключением такой подачи топлива на предварительное впрыскивание, согласуют при этом с психоакустическими факторами.

На фиг.3 показана блок-схема, на которой представлена последовательность операций, выполняемых при осуществлении предлагаемого в изобретении способа. Сначала на первом шаге 300 проверяется наличие режима работы, в котором должно быть отключено предварительное впрыскивание. При отсутствии подобного режима проверка на шаге 300 циклически повторяется до получения положительного ответа. При наличии же указанного режима показания счетчика времени Т обнуляются. Затем на шаге 320 показание этого счетчика времени Т увеличивается на 1. Далее на следующем шаге 330 количество предварительно впрыскиваемого топлива VE увеличивается на величину D. После этого на шаге 340 проверяется не превышает ли показание счетчика времени Т некоторого порогового значения TS. При отрицательном ответе осуществляется возврат к шагу 320. При положительном же результате осуществляется переход к шагу 350, на котором количество предварительно впрыскиваемого топлива VE приравнивается нулю, т.е. подача топлива на предварительное впрыскивание отключается, и соответствующим образом корректируются параметры процесса основного впрыскивания. В рассмотренном выше варианте управление переходом от режима работы с предварительным впрыскиванием в режим работы без предварительного впрыскивания осуществляется в функции времени.

Вместо сравнения на шаге 340 временных показателей в соответствии с изобретением с соответствующим пороговым значением можно сравнивать также продолжительность предварительного впрыскивания VE и/или количество предварительно впрыскиваемого топлива VE. В другом варианте с некоторым пороговым значением можно сравнивать и иную измеряемую величину и при превышении этого порогового значения переходить к шагу 350.

Согласно другому варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа уровень шума, создаваемого при сгорании перед отключением предварительного впрыскивания, можно также увеличивать, кратковременно снижая давление подачи топлива непосредственно перед или одновременно с отключением предварительного впрыскивания. Тем самым шум, создаваемый при работе двигателя, достигает некоторого промежуточного уровня между уровнем, характерным для работы двигателя в режиме с предварительным впрыскиванием, и уровнем, характерным для работы двигателя в режиме без предварительного впрыскивания. При этом снижать давление подачи топлива наиболее предпочтительно одновременно с отключением предварительного впрыскивания. Благодаря этому при работе двигателя в режиме с предварительным впрыскиванием и пониженным давлением подачи топлива удается избежать кратковременного повышенного выброса с ОГ твердых частиц.

На фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая рассмотренный выше подход при осуществлении предлагаемого в изобретении способа. Сначала на первом шаге 400 проверяется наличие режима работы, в котором должно быть отключено предварительное впрыскивание. При отсутствии такого режима осуществляется переход к шагу 450, и двигатель продолжает работать в обычном режиме. Если же на шаге 400 будет выявлена необходимость отключения предварительного впрыскивания, то осуществляется переход к шагу 410, на котором давление подачи топлива Р снижается на определенную величину х.

В так называемой системе впрыскивания "common rail" (система впрыскивания с общим топливным аккумулятором высокого давления) подобное снижение давления подачи топлива заключается в уменьшении на соответствующую величину заданного значения, на основании которого регулируется давление в топливном аккумуляторе высокого давления. В другом варианте с этой же целью можно кратковременно открыть редукционный клапан, подав на его привод соответствующее управляющее воздействие. В системах дозирования топлива иных типов для снижения давления подачи топлива принимаются иные пригодные для этой цели меры.

На следующем шаге 420 количество предварительно впрыскиваемого топлива VE приравнивается нулю. Иными словами, на этом шаге 420 предварительное впрыскивание отключают. Затем на шаге 430 проверяется соблюдение некоторого временного условия. Если это условие не соблюдено, то проверка на шаге 430 циклически повторяется до получения положительного ответа. Если же на шаге 430 будет установлено, что указанное временное условие соблюдено, т.е. давление оставалось пониженным в течение определенного промежутка времени, то осуществляется переход к шагу 440, на котором это давление Р увеличивается до его исходного значения. После этого осуществляется переход к шагу 450 и тем самым к обычному режиму работы двигателя.

Операции на шагах 410 и 420 наиболее предпочтительно выполнять одновременно.

Рассмотренные выше подходы наиболее предпочтительно соответствующим образом использовать и при переходе с режима работы без предварительного впрыскивания к режиму работы с предварительным впрыскиванием. В этом случае, например, количество процессов предварительного впрыскивания можно увеличивать до заданного значения не скачкообразно, а постепенно.

Предлагаемый в изобретении способ можно использовать также применительно к системам, в которых весь цикл впрыскивания подразделен не на два, а на большее число отдельных процессов впрыскивания частичного количества топлива.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу и устройству управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания. Изобретение позволяет исключить внезапное и резкое возрастание уровня шума, создаваемого в двигателе в процессе сгорания. По первому варианту в способе управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы параметры впрыскивания изменяют таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива. По второму варианту в способе управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы параметры впрыскивания изменяют таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива. По первому варианту в устройстве управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) предусмотрены средства, которые непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы позволяют изменять параметры впрыскивания таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего указанные средства изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива. По второму варианту в устройстве управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) предусмотрены средства, которые непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы позволяют изменять параметры впрыскивания таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего указанные средства изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), при этом различают по меньшей мере первый режим работы ДВС и второй режим его работы, причем в первом режиме цикл впрыскивания подразделяют по меньшей мере на первое впрыскивание частичного количества топлива и второе впрыскивание частичного количества топлива, а во втором режиме цикл впрыскивания осуществляют без первого впрыскивания частичного количества топлива, отличающийся тем, что непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы параметры впрыскивания изменяют таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что показатели эмиссии непрерывно увеличивают.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что число циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива непрерывно уменьшают.4. Способ управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), при этом различают по меньшей мере первый режим работы ДВС и второй режим его работы, причем во втором режиме цикл впрыскивания подразделяют по меньшей мере на первое впрыскивание частичного количества топлива и второе впрыскивание частичного количества топлива, а в первом режиме цикл впрыскивания осуществляют без первого впрыскивания частичного количества топлива, отличающийся тем, что непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы параметры впрыскивания изменяют таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что число циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива непрерывно уменьшают.6. Устройство управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), при этом проводятся различия по меньшей мере между первым режимом работы ДВС и вторым режимом его работы, причем в первом режиме цикл впрыскивания подразделяется по меньшей мере на первое впрыскивание частичного количества топлива и второе впрыскивание частичного количества топлива, а во втором режиме цикл впрыскивания осуществляется без первого впрыскивания частичного количества топлива, отличающееся тем, что предусмотрены средства, которые непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы позволяют изменять параметры впрыскивания таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего указанные средства изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива.7. Устройство управления впрыскиванием топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), при этом проводятся различия по меньшей мере между первым режимом работы ДВС и вторым режимом его работы, причем во втором режиме цикл впрыскивания подразделяется по меньшей мере на первое впрыскивание частичного количества топлива и второе впрыскивание частичного количества топлива, а в первом режиме цикл впрыскивания осуществляется без первого впрыскивания частичного количества топлива, отличающееся тем, что предусмотрены средства, которые непосредственно перед переходом от первого режима работы ко второму режиму работы позволяют изменять параметры впрыскивания таким образом, чтобы показатели эмиссии, прежде всего уровень создаваемого в двигателе шума, постепенно и плавно приближались к показателям эмиссии, характерным для второго режима работы, для чего указанные средства изменяют частоту циклов впрыскивания с первым впрыскиванием частичного количества топлива.