СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА Российский патент 2017 года по МПК F02D41/40 F02P5/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания. Способ включает шаг использования по меньшей мере первой заданной карты состава топливовоздушной смеси и определения первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси на основании по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя и по меньшей мере первой заданной карты состава топливовоздушной смеси. Изобретение также относится к системе впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, которая содержит блок управления и по меньшей мере первую заданную карту состава топливовоздушной смеси. Изобретение, в частности, полезно в дизельных двигателях, оснащенных средством контроля предела дымности отработавших газов на основе по меньшей мере одной карты фиксации минимального соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR - от англ. air-fuel ratio). Способ и система могут применяться, например, в дизельных двигателях грузовых автомобилей, автобусов, строительных транспортных средств, морских транспортных средств, легковых автомобилей и т.п.

Уровень техники

Экономия топлива для транспортных средств может улучшаться за счет обеспечения водителя средством выбора экономичного режима. Когда водителем выбран экономичный режим, двигатель становится менее чувствительным, в результате чего может достигаться экономия топлива. Тем не менее, конкретные параметры настройки управления двигателем, которые обеспечивают меньшую чувствительность двигателя в экономичном режиме, обычно требуют подробной, длительной и дорогостоящей дополнительной разработки программного обеспечения для управления двигателем. Соответственно, существует потребность в усовершенствованном управлении двигателем, в котором преодолены упомянутые недостатки.

Раскрытие изобретения

В изобретении предложен способ управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания, включающий шаги:

использования по меньшей мере первой заданной карты состава топливовоздушной смеси и определения первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси на основании по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя и по меньшей мере первой заданной карты состава топливовоздушной смеси,

определения второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси, которое на первую постоянную величину скорректировано относительно первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси,

определения того, выбран ли первый режим работы или второй режим работы,

управления впрыском топлива в двигатель согласно первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси, когда при текущем запрошенном (требуемом) расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси, и выбран первый режим работы, или в качестве альтернативы,

управления впрыском топлива в двигатель согласно второму соотношению компонентов топливовоздушной смеси, когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси, и выбран второй режим работы.

Первым режимом работы может являться стандартный режим работы по умолчанию, а вторым режимом работы обычно может являться первый экономичный режим.

Способ и система тесно связаны и частично объединены со средством контроля предела дымности отработавших газов двигателя, в частности, с картой заданной минимально допустимой топливовоздушной смеси, далее именуемой картой соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR), средства контроля предела дымности отработавших газов. Эта карта AFR разработана с целью сведения к минимуму видимого дыма двигателя в переходном состоянии. Видимый дым двигателя в переходном состоянии является непосредственным результатом работы двигателя при низком AFR. Путем определения минимально допустимого уровня AFR, который в результате соответствует максимально допустимому расходу топлива, может быть установлен достаточно высокий минимально допустимый уровень для исключения или по меньшей мере снижения уровня видимого дыма двигателя в переходном состоянии. Идея состоит в добавлении постоянной величины коррекции к величине AFR из справочной карты и использовании этой скорректированной величины AFR в качестве минимально допустимого уровня AFR, когда водителем выбран экономичный режим работы двигателя.

Это решение служит очень экономичным, ясным и простым способом создания полной настройки работы двигателя в экономичном режиме. Основная часть системы управления двигателем, в которой величина AFR связана с логической схемой управления двигателем, использующей эту величину AFR, уже существует, и единственной дополнительной модификацией программного обеспечения является добавление постоянной величины коррекции к величине AFR, которая определяется с использованием существующей карты AFR, а также средство выбора экономичного режима работы и сопутствующая обработка выходных сигналов. Новое решение согласно настоящему изобретению представляет собой значительно усовершенствование по сравнению с ранее известным решением, в котором исключительно для обеспечения экономичного режима работы могла создаваться полностью новая дорогостоящая и трудоемкая карта впрыска топлива, или для всех условий работы могло быть ограничено ускорение транспортного средства.

Это решение отличается высокой гибкостью. Поскольку единственной модификацией является введение по меньшей мере одной величины коррекции AFR, сама величина коррекции может быть легко изменена с целью приспособления к различным транспортным средствам, операторам, пользователям и т.п. Также могут быть предусмотрены два, три или более экономичных режимов работы почти без какой-либо дополнительной разработки и тестирования.

Это решение дополнительно обеспечивает эффективную настройку работы двигателя в режиме экономии топлива со снижением расхода топлива без неизбежного часто сопутствующего ощущения потери мощности двигателем. Малые величины AFR обычно применяются только, когда водителю желательна высокая выходная мощность двигателя (с высоким расходом топлива) при низком массовом расходе воздуха (небольшом количестве доступного свежего воздуха вследствие запаздывания турбокомпрессора, высокой скорости потока рециркуляции отработавших газов (РОГ или EGR - от англ. exhaust gas recirculation) и т.д.), поступающего в двигатель. Эта ситуация обычно возникает при нахождении двигателя в переходном состоянии, т.е. когда требуется значительное и резкое изменение выходной мощности двигателя. Следовательно, в экономичном режиме работы двигатель будет вести себя как традиционный мощный двигатель на протяжении большей части времени и его выходная мощность будет уменьшаться только в определенных переходных состояниях.

В изобретении дополнительно предложена соответствующая система впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания по п. 11, которой присущи такие преимущества, которые описаны выше.

Дополнительные преимущества достигаются за счет реализации одного или нескольких из признаков зависимых пунктов.

Способ может включать шаги определения того, выбран ли первый режим работы, второй режим работы или третий режим работы; определения третьего соотношения компонентов топливовоздушной смеси, которое на вторую постоянную величину скорректировано относительно первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси, при этом вторая постоянная величина является большей, чем первая постоянная величина; и управления впрыском топлива в двигатель согласно третьему соотношению компонентов топливовоздушной смеси, когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем третье соотношение компонентов топливовоздушной смеси, и выбран третий режим работы. Первым режимом работы может являться стандартный режим работы по умолчанию, вторым режимом работы может являться первый экономичный режим работы, а третьим режимом работы может являться второй экономичный режим работы, более жесткий, чем базовый экономичный режим работы, т.е. режим работы, который обеспечивает дополнительную экономию топлива.

Способ может включать шаг дополнительного использования по меньшей мере второй заданной карты состава топливовоздушной смеси, при этом каждая из по меньшей мере первой и второй карт состава топливовоздушной смеси соответствует различным заданным рабочим состояниям двигателя, и определения первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси на основании по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя и текущей выбранной карты состава топливовоздушной смеси. В системе управления двигателем может быть предусмотрено несколько различных рабочих состояний двигателя, таких как рабочее состояние с повышенной теплотой сгорания для улучшения регенерации системы доочистки выхлопных газов или рабочее состояние с низким уровнем выбросов для предотвращения снижения максимально доступного крутящего момента двигателя какой-либо системой регулирования, вызывающей снижение крутящего момента.

Способ может включать шаг управления по меньшей мере одним клапаном РОГ с целью временного увеличения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, когда текущее соотношение компонентов топливовоздушной смеси находится в первой постоянной области значений первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси и выбран первый режим работы и управления по меньшей мере упомянутым клапаном РОГ с целью временного увеличения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, когда текущее соотношение компонентов топливовоздушной смеси находится в первой постоянной области значений второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси и выбран второй режим работы. Это служит уменьшению потребности в ограничении расхода топлива и, соответственно, является не средством реальной экономии топлива, а скорее средством поддержания выходной мощности двигателя. Следовательно, вместо использования ограничителя расхода топлива система стремится сначала обеспечить запрашиваемый моментально высокий крутящий момент путем прекращения потока РОГ, а затем увеличения массового расхода свежего воздуха.

Считается, что используемый термин "топливовоздушная смесь" включает все определения топливовоздушных смесей в любой заданный момент. Топливовоздушную смесь принято определять с точки зрения "соотношения компонентов топливовоздушной смеси", т.е. соотношения воздуха и топлива. Соответственно, низкое AFR означает смесь с более высоким содержанием топлива, а высокое AFR означает смесь с более низким содержанием топлива. Тем не менее, для обозначения топливовоздушной смеси используется множество других терминов, таких как просто "смесь", "соотношение топлива и воздуха" (FAR) или лямбда. Лямбда (λ) означает соотношение фактического AFR и стехиометрического состава заданной смеси.

Краткое описание чертежей

Далее приведено подробное описание изобретения со ссылкой на следующие чертежи, на которых:

на фиг. 1 показано схематическое расположение системы согласно изобретению,

на фиг. 2 - один из примеров блок-схемы осуществления способа согласно изобретению, и

на фиг. 3 - наглядное представление системы в действии.

Подробное описание

Далее описаны различные особенности изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями, при этом разновидности раскрытых особенностей не ограничены конкретно проиллюстрированными вариантами осуществления и применимыми с другими разновидностями.

На фиг. 1 показано схематическое расположение системы впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, в частности дизельный двигатель. Система впрыска топлива содержит блок 1 управления, который посредством топливной форсунки 2 регулирует количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, а также распределяет во времени каждое событие впрыска топлива. Блок 1 управления также управляет приведением в действие клапаном 3 системы рециркуляции отработавших газов (РОГ) с тем, чтобы регулировать поток РОГ в двигатель. Блок 1 управления управляет топливной форсункой 2 и клапаном РОГ в основном, исходя из текущего положения 4 педали, текущей частоты 5 вращения двигателя и текущей нагрузки 6 на двигатель. Положение 4 педали и частота 5 вращения двигателя могут легко определяться применимыми датчиками. Нагрузка на двигатель также может определяться, например, датчиком крутящего момента, установленным на ведущем вале, но в качестве альтернативы или дополнительно может вычисляться на основании текущих настроек работы двигателя, таких как текущее AFR и нагрузка на двигатель. Управление впрыском топлива может быть реализовано посредством любого традиционного контроллера с обратной связью и т.п.

Следует отметить, что на фиг. 1 представлено расположение системы впрыска топлива в сильно упрощенном виде, и при реализации система предпочтительно имеет более децентрализованное и сложное расположение, в котором, например, блок 1 управления воплощен посредством главного блока управления, который передает управляющие команды субблокам управления, таким как, например, контроллер топливной форсунки, контроллер РОГ и т.д. Кроме того, блок 1 управления может быть сконфигурирован на управление также не показанными частями и подсистемами транспортного средства, в частности, относящимися к двигателю и системе впрыска топлива, такими как, возможно, топливный насос. Блок 1 управления также может принимать входные сигналы от других не показанных датчиков и систем транспортного средства, в частности, относящихся к двигателю и системе впрыска топлива, с целью улучшения управления системой впрыска топлива. Описанные входные параметры могут отображать лишь один из примеров выбора параметров, которые может использовать блок управления.

В системе впрыска топлива могут быть дополнительно предусмотрены по меньшей мере два различных рабочих состояния двигателя, таких как, например, рабочее состояние с повышенной теплотой сгорания или рабочее состояние с низким уровнем выбросов. Рабочее состояние с повышенной теплотой сгорания может быть охарактеризовано, например, дополнительным поздним впрыском топлива с целью подачи несгоревшего топлива в систему доочистки выхлопных газов и тем самым повышения температуры в ней, как хорошо известно из техники. Рабочее состояние с низким уровнем выбросов может обеспечивать, например, сниженные уровни выброса таких вещества, как NOx, CO₂, CO, PM и т.п., за счет уменьшения выходной мощности двигателя. Такое рабочее состояние двигателя может выбираться блоком 1 управления или блоку 1 управления может передаваться команда его выбора при определенных условиях. Текущее рабочее состояние 7 двигателя в основном выбирается автоматически контроллером двигателя без вмешательства водителя.

Система впрыска топлива дополнительно содержит средство регулирования предела дымности отработавших газов двигателя для ограничения количества видимого дыма выхлопа двигателя. Средство регулирования предела дымности содержит по меньшей мере одну карту 8 минимальных AFR со справочными данными минимальных величин AFR. Каждая из минимальных величин AFR в карте 8 минимальных AFR связана с определенными рабочими параметрами двигателя, такими как частота вращения двигателя и/или нагрузка на двигатель. В результате блок 1 управления может определять индивидуальную минимальную величину AFR для определенной частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель. Карта 8 минимальных AFR обычно содержит набор базовых точек AFR для каждого параметра, такого как нагрузка на двигатель, а при отсутствии достаточной разрешающей способности карты блок 1 управления может интерполировать соседние базовые точки AFR с целью идентификации величины AFR для каждой возможной рабочей точки двигателя. Затем средство регулирования предела дымности сравнивает идентифицированную минимальную величину AFR с величиной AFR, вычисленной на основании идентифицированного текущего массового расхода 9 воздуха, потока 10 топлива и также, возможно, потока 11 РОГ, если двигатель оснащен системой РОГ. Если вычисленная величина AFR превышает идентифицированную минимальную величину AFR или равна ей, блок 1 управления не препятствует желаемому крутящему моменту двигателя, который использует водитель, и предписывает расход топлива, соответствующий запрошенному водителем расходу топлива. Тем не менее, если вычисленная величина AFR является меньшей, чем идентифицированная минимальная величина AFR, вместо команды впрыска топлива согласно запрошенному моменту двигателя, который использует водитель, блок 1 управления ограничивает скорость впрыска топлива, т.е. ограничивает расход топлива во избежание превышения идентифицированной минимальной величины AFR, чтобы предотвратить избыточное количество видимого дыма выхлопа двигателя.

Система впрыска топлива может дополнительно содержать по меньшей мере две различные карты 8 минимальных AFR, каждая из которых соответствует отдельному рабочему состоянию двигателя. Тем не менее, предпочтительно, чтобы число отдельных карт 8 минимальных AFR было сведено к минимуму во избежание их дорогостоящего и трудоемкого создания и обновления.

Система впрыска топлива содержит переключатель 12 режимов, который может приводиться в действие водителем с целью выбора желаемого режима работы двигателя, такого как нормальный режим работы или экономичный режим работы. Переключателем 12 может являться переключатель любого применимого типа, такой как механический переключатель в виде нажимной кнопки, ручки или рукоятки или электронный переключатель в виде графической индикации на дисплее, которая позволяет водителю делать выбор по меньшей мере из двух различных режимом работы, т.е. по меньшей мере нормального режима работы и экономичного режима работы, при этом экономичный режим работы обеспечивает большую экономию топлива, чем нормальный режим работы. Блок 1 управления непрерывно контролирует текущую величину AFR и сравнивает ее с текущей минимальной величиной AFR из соответствующей карты 8 минимальных AFR. Блок 1 управления также принимает информацию о режиме работы, выбранном с помощью переключателя 12 режимов. Когда с помощью переключателя 12 режимов выбран нормальный режим работы, блок 1 управления действует традиционным способом, как описано ранее. Тем не менее, как только с помощью переключателя 12 режимов выбран экономичный режим работы, к первой величине AFR добавляется заданная величина коррекции. В результате блок 1 управления начинает ограничивать расход топлива при больших величинах AFR, т.е. система ограничивает расход топлива в большей степени, чем ранее, и не только, когда уровень дымности отработавших газов считается слишком высоким.

Следует отметить, что, поскольку расход топлива ограничивается только при относительно малых величинах AFR, экономия топлива происходит в основном во время переходных состояний. Одним из типичных переходных состояний является ситуация, когда водитель вдруг сильно давит на педаль акселератора, что соответствует увеличению желаемого крутящего момента до высокого уровня. Это быстрое и значительное увеличение расхода топлива приводит к соответствующему снижению вычисленной величины AFR, в особенности, если частота вращения турбокомпрессора была изначально низкой, и требуется некоторое время, чтобы повышающееся давление всасывания воздуха достигло приемлемого уровня. При работе транспортного средства не в переходных состояниях турбокомпрессор в значительной степени обеспечивает необходимое давление всасывания воздуха для обеспечения высокого AFR, и экономичный режим работы необязательно будет ассоциироваться у водителя с потерей мощности и чувствительности двигателем.

Заданная коррекция, добавляемая к идентифицированной величине AFR из карты 8 минимальных AFR, обеспечивает весьма гибкое, экономичное и привлекательное решение задачи обеспечения экономичного режима работы двигателя, которое также является легко реализуемым. Фактическое добавление величины коррекции может быть осуществлено множеством способов. Например, блок 1 управления может добавлять величину коррекции к идентифицированной величине AFR. В качестве альтернативы может быть предусмотрен промежуточный блок, который сообщает блоку 1 управления величину AFR для ее использования блоком 1 управления, при этом промежуточный блок имеет доступ к карте 8 минимальных AFR и принимает информацию о положении переключателя 12 режимов, частоте 5 вращения двигателя и нагрузке 6 на двигатель. В качестве еще одной альтернативы генерируется дополнительная карта минимальных AFR на основании карты 8 минимальных AFR и заданной величины коррекции, при этом вся дополнительная карта минимальных AFR скорректирована относительно карты 8 минимальных AFR. В таком случае блок 1 управления сконфигурирован на выбор карты AFR для использования на основании текущего положения переключателя 12 режимов.

Далее приведено описание способа и системы на примере упрощенной блок-схемы, показанной на фиг. 2. Блок-схема может считаться представляющей одну управляющую последовательность, которая сконфигурирована на непрерывное многократное выполнение с высокой тактовой частотой. Например, последовательность может выполняться один раз в течение каждого цикла впрыска топлива, что соответствует повороту коленчатого вала двигателя на 360 градусов.

Первый шаг 21 способа согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 2, включает вычисление результирующего соотношения компонентов топливовоздушной смеси на основании текущего запрошенного расхода топлива. Соответственно, этот шаг по существу предусматривает сбор данных текущего массового расхода воздуха, текущего потока РОГ, если они доступны, текущего запрошенного крутящего момента для преобразования в текущий запрошенный расход топлива и последующее вычисление соотношения компонентов топливовоздушной смеси, которое предположительно следует из этих параметров.

На втором шаге 22 определяется первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1 на основании первой заданной карты состава топливовоздушной смеси. Первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1 отображает минимально допустимое соотношение компонентов топливовоздушной смеси, когда выбран нормальный режим работы двигателя. Используемая карта состава топливовоздушной смеси соответствует карте 8 минимальных AFR контроллера предела дымности отработавших газов. Соответственно, первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1 определяется, например, путем сбора данных текущей частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель и определения первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси AFR1, соответствующего упомянутым параметрам двигателя.

На третьем шаге 23 определяется второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR2 на основании первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси AFR1 и первой постоянной величины коррекции. Второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR2 отображает минимально допустимое соотношение компонентов топливовоздушной смеси, когда выбран экономичный режим работы двигателя. Если в качестве примера использовать абсолютные величины, то первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1 при текущей частоте вращения двигателя и нагрузке может составлять 20,0, первая постоянная величина коррекции может составлять, например, 1,0, а второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR2 составляет 21,0. С целью обеспечения эффекта экономии топлива минимальная величина AFR при экономичном режиме работы всегда превышает минимальную величину AFR при нормальном режиме работы.

На четвертом шаге 24 определяется, в каком положении находится переключатель 12 режимов, чтобы установить, выбран ли первый режим 25 или второй режим 29 работы, нормальный или экономичный режим работы. Если выбран первый режим 25 работы, и на первом сравнительном шаге 26 определено, что вычисленное результирующее AFR меньше, чем первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1, на первом ограничивающем шаге 27 вводится ограничение впрыска топлива для предотвращения слишком высоких уровней выброса видимого дыма. Это первое ограничение обеспечивается путем управления впрыском топлива таким образом, чтобы конечное AFR было равно первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси AFR1. Тем не менее, если выбран первый режим 25 работы, и на первом сравнительном шаге 26 определено, что вычисленное результирующее AFR превышает первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1 или равно ему, ограничение впрыска топлива не требуется и на не ограничивающем шаге 28 разрешается, чтобы уровень впрыска топлива соответствовал текущему запрошенному расходу топлива.

Соответственно, если на четвертом шаге 24 определено, что выбран второй режим работы 29, на втором сравнительном шаге 30 определено, что вычисленное результирующее AFR меньше, чем второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR2, на втором ограничивающем шаге 31 вводится ограничение впрыска топлива для предотвращения слишком высоких уровней выброса видимого дыма. Это второе ограничение обеспечивается путем управления впрыском топлива таким образом, чтобы конечное AFR было равно второму соотношению компонентов топливовоздушной смеси AFR2. Тем не менее, если выбран второй режим работы 29, на втором сравнительном шаге 30 определено, что вычисленное результирующее AFR превышает второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1 или равно ему, ограничение впрыска топлива не требуется, и на неограничивающем шаге 28 разрешается, чтобы уровень впрыска топлива соответствовал текущему запрошенному расходу топлива.

Блок-схема может быть дополнительно описана на примере абсолютных величин. Вычисленное результирующее соотношение компонентов топливовоздушной смеси может составлять, например, 20,5. Если затем выбран первый режим работы, будет определено, что вычисленное результирующее соотношение компонентов топливовоздушной смеси, составляющее 20,5, превышает первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1, составляющее 20,0, и, следовательно, блок 1 управления не отдаст команду ограничения расхода топлива. Тем не менее, если выбран второй режим работы, т.е. экономичный режим работы, будет определено, что вычисленное результирующее соотношение компонентов топливовоздушной смеси, составляющее 20,5, меньше, чем второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR2, составляющее 21,0, и, следовательно, расход топлива будет ограничен с целью достижения конечного соотношения компонентов топливовоздушной смеси, равного 21,0, и будет обеспечен сниженный расход топлива.

Следует отметить, что внутренняя последовательность и число шагов блок-схемы лишь отображают теоретическую модель системы, которая в действительности может быть реализована множеством альтернативных способов. Соответственно, блок-схему следует рассматривать как один из множества возможных вариантов осуществления.

Дополнительно рассмотрим один из вариантов осуществления в контексте схематических и сильно упрощенных временных (t) диаграмм, проиллюстрированных на фиг. 3A-3B. На фиг. 3A показан запрос (T_req) крутящего момента водителем транспортного средства, который определяется на основании положения педали акселератора. Запрос крутящего момента водителем характеризуется тремя нарастаниями импульсного типа в моменты t₁, t₃, t₅ времени, за каждым из которых следует такое же сильное снижение в моменты t₂, t₄ и t₇ времени.

На фиг. 3Б первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1 представлено штрихпунктирной линией, а второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR2 представлено штриховой линией. Эти линии AFR1, AFR2 определят минимально допустимые уровни AFR в зависимости от выбранного режима работы двигателя. Первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR1 определяется на основании карты 8 минимальных AFR, текущей частоты вращения двигателя и текущей нагрузки на двигатель, как описано ранее. Второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси AFR2 является лишь коррекцией первого минимального соотношения компонентов топливовоздушной смеси AFR1 на первую постоянную величину 34, как описано ранее. Первая постоянная величина 34 может находиться в интервале 0,2-4,0, в частности в интервале 0,5-2,0. Кроме того, сплошной линией представлены:

вычисленное результирующее AFR (AFR_Calc), получаемое, если блок 1 управления отдает команду впрыска топлива согласно запрошенному водителем крутящему моменту без какого-либо ограничения расхода топлива со стороны средства контроля предела дымности,

конечная величина AFR (AFR_Norm), когда выбран нормальный режим 25 работы и действует средство контроля предела дымности, и

конечная величина AFR (AFR_Eco), когда выбран экономичный режим работы 29.

Наконец, на фиг. 3В представлен график 32 результирующего выходного крутящего момента (T_out) двигателя при выбранном с помощью переключателя 12 режимов нормальном режиме работы и график 33 результирующего выходного крутящего момента (T_out) двигателя при выбранном с помощью переключателя 12 режимов экономичном режиме работы, при этом графики 32, 33 расходятся по меньшей мере в моменты t₆-t₇ времени. Это расхождение иллюстрирует различие в выходном крутящем моменте двигателя в указанный период времени в зависимости от того, в каком режиме работает двигатель. В частности, на фиг. 3В показано, что двигатель обеспечивает сниженный выходной крутящий момент в ответ на внезапный запрос водителем относительно высокого крутящего момента, когда выбран экономичный режим работы, по сравнению с тем, когда двигатель работает в нормальном режиме. Непосредственным результатом снижения выходного крутящего момента двигателя в экономичном режиме работы также является снижение расхода топлива в этот же период времени.

Причина снижения выходного крутящего момента двигателя в экономичном режиме работы может быть установлена на фиг. 3Б. Если проанализировать первое AFR_Calc, ясно, что крутящий момент, запрошенный водителем между моментами t₅-t₇ времени, является настолько высоким, что AFR_Calc падает ниже AFR1. Как описано ранее, при работе двигателя в нормальном режиме средство регулирования предела дымности ограничивает расход топлива таким образом, чтобы конечная величина AFR (AFR_Norm) не падала ниже AFR1. Вместо этого управление двигателем осуществляется таким образом, чтобы AFR_Norm соответствовало AFR1 до тех пор, пока AFR_Calc является меньшим, чемAFR1. Если теперь двигатель работает в экономичном режиме, управление двигателем осуществляется таким образом, чтобы AFR_Eco соответствовало AFR2 до тех пор, пока вычисленное AFR_Calc не станет меньшим, чем AFR2. В результате работы двигателя при AFR_Eco вместо AFR_Norm в период моментов t₆-t₇ времени выходной крутящий момент двигателя снижается, как показано на графике 33, и, следовательно, снижается расход топлива.

На фиг. 3A-3B также показано, что в экономичном режиме работы двигатель потребляет меньшее количество топлива в основном в переходных состояниях выше определенного уровня. Импульсы запроса крутящего момента водителем в моменты t₁-t₂ и t₃-t₄ времени не настолько значительны, чтобы вызывать падение AFR_Calc ниже AFR1 или AFR2.

Согласно одной из дополнительных особенностей изобретения управление клапаном РОГ также может зависеть от текущего положения переключателя 12 режимов. Например, когда текущее соотношение компонентов топливовоздушной смеси находится в первой постоянной области значений первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси AFR1 и выбран первый режим работы, может осуществляться управление клапаном РОГ 3, т.е. он может быть по меньшей мере частично закрыт, чтобы обеспечить временное увеличение массового расхода свежего воздуха, поступающего в двигатель. Это может служить предотвращению ограничения расхода топлива, насколько это возможно. Тем не менее, когда текущее соотношение компонентов топливовоздушной смеси находится в первой постоянной области значений второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси AFR2 и выбран второй режим работы, также может осуществляться управление РОГ 3, чтобы обеспечить временное увеличение массового расхода свежего воздуха, поступающего в двигатель. Соответственно, пороговое AFR, при котором срабатывает это особое управление клапаном РОГ 3, зависит от положения переключателя 12 режимов. Первая постоянная область значений составляет 0,0-10,0, более точно 0,0-5,0.

При описании системы и способа были рассмотрены два различных режима работы, но могут быть возможны дополнительные режимы работы. Например, переключатель 12 режимов может иметь более двух положений переключения, например три, четыре или более положений, первый режим работы может соответствовать нормальному режиму работы, второй режим работы может соответствовать первому экономичному режиму работы, третий режим работы может соответствовать второму экономичному режиму работы и так далее, при этом второй экономичный режим работы обеспечивает большую возможность экономии топлива, чем первый экономичный режим работы.

Ссылочные позиции, приведенные в формуле изобретения, не следует рассматривать как ограничение объема охраны объекта формулы изобретения, и их единственной функцией является облегчение понимания формулы изобретения.

Ясно, что в изобретение могут быть внесены различные очевидные изменения, во всех случаях не выходящие за пределы объема прилагаемой формулы изобретения. Соответственно, чертежи и их описание следует считать иллюстративными, а не ограничивающими по своему характеру.

Изобретение относится к способу управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания. Техническим результатом является обеспечение экономичного режима работы двигателя внутреннего сгорания. Предложен способ управления впрыском, включающий операции: использования по меньшей мере первой заданной карты (8) состава топливовоздушной смеси и определения первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) на основании по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя и по меньшей мере первой заданной карты (8) состава топливовоздушной смеси; определения второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR2), которое на первую постоянную величину (34) скорректировано относительно AFR1, определения того, выбран ли первый режим работы или второй режим работы, управления впрыском топлива в двигатель согласно AFR1, когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем AFR1, и выбран первый режим работы; или в качестве альтернативы, управления впрыском топлива в двигатель согласно AFR2, когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем AFR2, и выбран второй режим работы. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания, имеющий по меньшей мере первый режим работы и второй режим работы, включающий:

использование по меньшей мере первой заданной карты (8) состава топливовоздушной смеси, в которой минимальные значения соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR) соответствуют определенным рабочим параметрам двигателя;

использование постоянной величины коррекции (34) карты состава топливовоздушной смеси для второго режима работы;

определение первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) на основании по меньшей мере одного из упомянутых определенных рабочих параметров двигателя и первой заданной карты (8) состава топливовоздушной смеси;

добавление постоянной величины (34) коррекции карты состава топливовоздушной смеси к первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) для получения второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR2);

определение выбран ли первый режим работы или второй режим работы;

управление впрыском топлива в двигатель согласно первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1), когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR1), и выбран первый режим работы, или, в качестве альтернативы,

управление впрыском топлива в двигатель согласно второму соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR2), когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR2), и выбран второй режим работы.

2. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере первая заданная карта (8) состава топливовоздушной смеси сформирована для работы в качестве ограничителя дымности отработавших газов.

3. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере первая заданная карта (8) состава топливовоздушной смеси содержит данные состава топливовоздушной смеси для области значений частоты (5) вращения двигателя и области значений нагрузки (6) на двигатель.

4. Способ по п. 1, включающий:

использование второй постоянной величины (34) коррекции карты состава топливовоздушной смеси для третьего режима работы двигателя;

определение, выбран ли первый режим работы, второй режим работы или третий режим работы;

добавление второй постоянной величины (34) коррекции карты состава топливовоздушной смеси к первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) для получения третьего соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR3), при этом вторая постоянная величина коррекции карты состава топливовоздушной смеси превышает первую постоянную величину (34) коррекции карты состава топливовоздушной смеси, и

управление впрыском топлива в двигатель согласно третьему соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR3), когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем третье соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR3), и выбран третий режим работы.

5. Способ по п. 1, в котором первая и/или вторая постоянная величина (34) коррекции карты состава топливовоздушной смеси находится в интервале 0,2-4,0, в частности в интервале 0,5-2,0.

6. Способ по п. 1, включающий:

дополнительное использование по меньшей мере второй заданной карты состава топливовоздушной смеси, при этом по меньшей мере первая и вторая карты состава топливовоздушной смеси соответствуют различным заданным рабочим состояниям двигателя, и

определение первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) на основании по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя и текущей выбранной карты состава топливовоздушной смеси.

7. Способ по п. 1, включающий:

управление по меньшей мере клапаном (3) рециркуляции отработавших газов (РОГ) для временного увеличения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, когда текущее соотношение компонентов топливовоздушной смеси находится в первой постоянной области значений первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) и выбран первый режим работы; и

управление по меньшей мере клапаном (3) РОГ для временного увеличения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, когда текущее соотношение компонентов топливовоздушной смеси находится в первой постоянной области значений второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR2) и выбран второй режим работы.

8. Способ по п. 7, в котором первая постоянная область значений составляет 0,0-10,0, в частности 0,0-5,0.

9. Способ по п. 4, в котором управление впрыском топлива в двигатель согласно конкретному соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1, AFR2, AFR3) включает:

определение минимально допустимого соотношения компонентов топливовоздушной смеси на основании текущей выбранной заданной карты состава топливовоздушной смеси, текущей нагрузки на двигатель, текущей частоты вращения двигателя и текущего выбранного режима работы;

непрерывный контроль массового расхода воздуха, поступающего в двигатель;

определение максимально допустимого расхода топлива на основании минимально допустимого соотношения компонентов топливовоздушной смеси и массового расхода воздуха;

ограничение расхода топлива двигателем максимально допустимым расходом топлива, если текущий запрошенный расход топлива превышает максимально допустимый расход топлива.

10. Способ по п. 1, включающий:

управление впрыском топлива в двигатель согласно текущему запрошенному расходу топлива, когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси превышает первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) или равно ему и выбран первый режим работы, или, в качестве альтернативы,

управление впрыском топлива в двигатель согласно текущему запрошенному расходу топлива, когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси превышает второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR2) или равно ему и выбран второй режим работы.

11. Система впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая блок (1) управления и по меньшей мере первую заданную карту (8) состава топливовоздушной смеси, отличающаяся тем, что она содержит переключатель (12) режимов, выполненный с возможностью переключения между по меньшей мере первым режимом работы и вторым режимом работы, и в системе предусмотрена первая постоянная величина (34) коррекции карты состава топливовоздушной смеси для второго режима работы, а блок (1) управления выполнен с возможностью:

определения первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) на основании по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя и по меньшей мере первой заданной карты (8) состава топливовоздушной смеси;

определения второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR2) путем добавления первой постоянной величины коррекции карты состава топливовоздушной смеси (34) к первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1);

управления впрыском топлива в двигатель согласно первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1), когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR1), и выбран первый режим работы, или, в качестве альтернативы,

управления впрыском топлива в двигатель согласно второму соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR2), когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR2), и выбран второй режим работы.

12. Система впрыска топлива по п. 11, отличающаяся тем, что по меньшей мере первая заданная карта (8) состава топливовоздушной смеси сформирована для работы в качестве ограничителя дымности отработавших газов.

13. Система впрыска топлива по п. 11, отличающаяся тем, что по меньшей мере первая заданная карта (8) состава топливовоздушной смеси содержит данные состава топливовоздушной смеси для области значений частоты (5) вращения двигателя и области значений нагрузки (6) на двигатель.

14. Система впрыска топлива по п. 11, отличающаяся тем, что переключатель режимов (12) выполнен с возможностью переключения между по меньшей мере первым режимом работы, вторым режимом работы и третьим режимом работы и в системе предусмотрена вторая постоянная величина коррекции карты состава топливовоздушной смеси для третьего режима работы, а блок управления выполнен с возможностью:

определения третьего соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR3) путем добавления второй постоянной величины коррекции карты состава топливовоздушной смеси к первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1), при этом вторая постоянная величина коррекции карты состава топливовоздушной смеси превышает первую постоянную величину (34) коррекции карты состава топливовоздушной смеси; и

управления впрыском топлива в двигатель согласно третьему соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR3), когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем третье соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR3), и выбран третий режим работы.

15. Система впрыска топлива по п. 11, отличающаяся тем, что первая и/или вторая постоянная величина коррекции карты состава топливовоздушной смеси находится в интервале 0,2-4,0, в частности в интервале 0,5-2,0.

16. Система впрыска топлива по п. 11, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере вторую заданную карту состава топливовоздушной смеси, при этом каждая из по меньшей мере первой и второй карт состава топливовоздушной смеси соответствует различным заданным рабочим состояниям двигателя, а блок управления выполнен с возможностью определения первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) на основании по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя и текущей выбранной карты состава топливовоздушной смеси.

17. Система впрыска топлива по п. 11, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью:

управления по меньшей мере клапаном (3) РОГ для временного увеличения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, когда текущее соотношение компонентов топливовоздушной смеси находится в первой постоянной области значений первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) и выбран первый режим работы; и

управления по меньшей мере клапаном (3) РОГ для временного увеличения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, когда текущее соотношение компонентов топливовоздушной смеси находится в первой постоянной области значений второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR2) и выбран второй режим работы.

18. Система впрыска топлива по п. 17, отличающаяся тем, что первая постоянная область значений составляет 0,0-10,0, в частности 0,0-5,0.

19. Система впрыска топлива по п. 14, отличающаяся тем, что блок (1) управления для управления впрыском топлива в двигатель согласно конкретному соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1, AFR2, AFR3) выполнен с возможностью:

определения минимально допустимого соотношения компонентов топливовоздушной смеси на основании текущей выбранной заданной карты состава топливовоздушной смеси, текущей нагрузки на двигатель, текущей частоты вращения двигателя и текущего выбранного режима работы;

непрерывного контроля массового расхода воздуха, поступающего в двигатель;

определения максимально допустимого расхода топлива на основании минимально допустимого соотношения компонентов топливовоздушной смеси и массового расхода воздуха;

ограничения расхода топлива двигателем максимально допустимым расходом топлива, если текущий запрошенный расход топлива превышает максимально допустимый расход топлива.

20. Машиночитаемый носитель, содержащий программный код для осуществления всех шагов способа по любому из пп. 1-10 при использовании в компьютере.

21. Компьютерная система для реализации способа управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания, включающего:

использование по меньшей мере первой заданной карты (8) состава топливовоздушной смеси;

использование переключателя режимов работы, позволяющего выбирать между по меньшей мере первым режимом работы и вторым режимом работы двигателя;

использование постоянной величины коррекции карты состава топливовоздушной смеси для второго режима работы;

определение первого соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) на основании по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя и первой заданной карты (8) состава топливовоздушной смеси;

добавление второй постоянной величины коррекции карты состава топливовоздушной смеси к первому соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR1) для получения второго соотношения компонентов топливовоздушной смеси (AFR2);

управление впрыском топлива в двигатель согласно первому соотношению (AFR1), когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем первое соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR1), и выбран первый режим работы, или, в качестве альтернативы;

управление впрыском топлива в двигатель согласно второму соотношению компонентов топливовоздушной смеси (AFR2), когда при текущем запрошенном расходе топлива соотношение компонентов топливовоздушной смеси меньше, чем второе соотношение компонентов топливовоздушной смеси (AFR2), и выбран второй режим работы.