СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ, МОТОРНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F02D35/02 F02D41/04 F02M53/06 F02M61/16 F02M69/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к двигателям с непосредственным впрыском и, в частности, к работе такого двигателя некоторым образом для минимизации выделений твердых частиц с отработавшими газами из двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Различные правительственные и международные нормы продолжают действовать или подвергаются изысканиям для минимизации образования твердых частиц. Для бензинового непосредственного впрыска (GDI) особенно важно получать очень точную конфигурацию факела распыла, для того чтобы минимизировать выработку твердых частиц.

Одна из проблем непосредственного впрыска и GDI, в частности, состоит в том, что отложения нарастают на участке наконечника каждой топливной форсунки вследствие подвергания ее воздействию процесса сгорания.

Для того чтобы получать требуемые точные конфигурации факела распыла, должны производиться топливные форсунки с очень детализированными конструкциями, такими как острые кромки, и таковые подвергаются нарастанию отложений нагара на участке наконечника топливной форсунки, вызывая повышенную выработку сажи. Отложения нагара обычно имеют углеродную природу и формируются побочными продуктами процесса сгорания.

В дополнение, так как отложения нагара являются пористыми по своей природе, топливо может впитываться в отложения нагара, а затем позже сжигается в процессе сгорания, давая в результате образование сажи.

Для того чтобы уменьшать или устранять такое образование нагара, например, из публикации JP-A-59041662 японского патента, известно, что следует предусматривать каталитическое покрытие на участке наконечника форсунки у топливной форсунки, чтобы способствовать уменьшению нарастания и/или удалению отложений нагара.

Изобретатели выявили, что в нормальных рабочих условиях, когда двигатель под нагрузкой, такое каталитическое покрытие является действенным в уменьшении нарастания нагара и в облегчении удаления таких отложений во время работы двигателя.

Однако является проблемой, что каталитический материал не очень эффективен на легких нагрузках или в условиях повторяющихся останова/запуска, при которых может формироваться нагар вследствие относительно низкой температуры участка наконечника топливной форсунки в таких условиях.

Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить систему двигателя с непосредственным впрыском и способ работы такой системы двигателя, который предусматривает эффективное использование такого каталитического материала при всех рабочих нагрузках.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту изобретения, предложена система двигателя, содержащая двигатель с непосредственным впрыском, содержащий цилиндр, в котором поршень поддерживается с возможностью скольжения для формирования, в комбинации с головкой блока цилиндров, камеры сгорания, топливную форсунку для цилиндра, содержащую покрытый каталитическим материалом участок наконечника, который выступает в камеру сгорания, и электронный контроллер для управления работой двигателя, при этом электронный контроллер выполнен с возможностью управления работой двигателя в нагревательном режиме работы, если требуется нагрев наконечника топливной форсунки.

Если нагрев участка наконечника форсунки не требуется, электронный контроллер может быть выполнен с возможностью управления работой двигателя в нормальном режиме работы.

Нагрев наконечника топливной форсунки может требоваться, если температура покрытого каталитическим материалом участка наконечника ниже температуры розжига каталитического материала.

Нагрев наконечника топливной форсунки может требоваться, если температура участка покрытого каталитическим материалом наконечника ниже температуры розжига каталитического материала, и требуется удаление нагара наконечника форсунки.

Работа двигателя в нагревательном режиме также может включать в себя повышение температуры сгорания посредством использования электронного контроллера, чтобы регулировать по меньшей мере одно из установки момента впрыска топлива и количества впрыскиваемого топлива в камеру сгорания.

Двигатель может быть многоцилиндровым двигателем. В этом случае работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя этап использования электронного контроллера для выведения из работы по меньшей мере одного из цилиндров двигателя, чтобы повышать нагрузку на каждый еще работающий цилиндр.

Цилиндры двигателя могут быть выведены из работы в заданном последовательном порядке.

Каждый выведенный из работы цилиндр может быть выполнен с возможностью прокачивания воздуха, когда он выведен из работы.

Работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя приведение в действие по меньшей мере одного цилиндра, обогащенного по стехиометрии, и по меньшей мере одного цилиндра, обедненного по стехиометрии, чтобы содействовать повышенной температуре сгорания и окислительной среде в по меньшей мере одном, приводимом в действие обедненном цилиндре.

Работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя приведение в действие по меньшей мере одного цилиндра, обедненного по стехиометрии, и по меньшей мере одного цилиндра, более обедненного, чем по меньшей мере один обедненный по стехиометрии работающий цилиндр, чтобы содействовать повышенной температуре сгорания в по меньшей мере одном, приводимом в действие более обедненном цилиндре.

Двигатель может быть двигателем с искровым зажиганием, а работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя повышение температуры сгорания посредством использования электронного контроллера для регулирования установки момента зажигания на одну из подвергнутой запаздыванию или опережению относительно нормального положения установки момента.

Согласно второму аспекту изобретения, предложено моторное транспортное средство, содержащее систему двигателя, сконструированную в соответствии с упомянутым первым аспектом изобретения.

Согласно третьему аспекту изобретения, предложен способ работы двигателя внутреннего сгорания с непосредственным впрыском, каждый цилиндр двигателя содержит топливную форсунку с покрытым каталитическим материалом участком наконечника, который подвергается воздействию продуктов сгорания, при этом способ включает в себя этап, на котором обеспечивают работу двигателя в нагревательном режиме работы, если требуется нагрев наконечника топливной форсунки.

Если нагрев участка наконечника топливной форсунки не требуется, способ может включать в себя этап, на котором обеспечивают работу двигателя в нормальном режиме работы.

Нагрев наконечника топливной форсунки может требоваться, если температура покрытого каталитическим материалом участка наконечника ниже температуры розжига каталитического материала.

Нагрев наконечника топливной форсунки может требоваться, если температура покрытого каталитическим материалом участка наконечника ниже температуры розжига каталитического материала, и требуется удаление нагара наконечника форсунки.

Работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя регулирование по меньшей мере одного из установки момента впрыска топлива и количества топлива, впрыскиваемого в каждый работающий цилиндр.

Двигатель может быть многоцилиндровым двигателем. В этом случае работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя вывод из работы по меньшей мере одного из цилиндров двигателя, чтобы увеличить нагрузку на еще работающие цилиндры.

Цилиндры двигателя могут выводить из работы в заданном последовательном порядке.

Каждый выведенный из работы цилиндр может быть выполнен с возможностью прокачивания воздуха, когда он выведен из работы.

Работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя приведение в действие по меньшей мере одного цилиндра, обогащенного по стехиометрии, и по меньшей мере одного цилиндра, обедненного по стехиометрии, чтобы содействовать повышенной температуре сгорания и окислительной среде в по меньшей мере одном, приводимом в действие обедненном цилиндре.

Работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя приведение в действие по меньшей мере одного цилиндра, обедненного по стехиометрии, и по меньшей мере одного цилиндра, более обедненного, чем по меньшей мере один, обедненный по стехиометрии работающий цилиндр, чтобы содействовать повышенной температуре сгорания в по меньшей мере одном, приводимом в действие более обедненном цилиндре.

Двигатель может быть двигателем с искровым зажиганием, а работа двигателя в нагревательном режиме может включать в себя регулирование установки момента зажигания на одну из подвергнутой запаздыванию или подвергнутой опережению относительно нормального положения установки момента для каждого работающего цилиндра.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение в качестве примера будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - структурная схема, показывающая систему двигателя согласно первому аспекту изобретения;

фиг.2A - схематичное поперечное сечение цилиндра рядного трехцилиндрового двигателя с непосредственным впрыском, образующего часть системы двигателя согласно первому аспекту изобретения;

фиг.2B - увеличенное поперечное сечение участка наконечника топливной форсунки, используемой в двигателе, показанном на фиг.1;

фиг.3 - высокоуровневая блок-схема последовательности операций способа работы двигателя с непосредственным впрыском в соответствии со вторым аспектом изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С конкретной ссылкой на фиг.1, 2A и 2B показано моторное транспортное средство 1, содержащее систему 5 двигателя, содержащую трехцилиндровый двигатель 20 внутреннего сгорания с поршнями возвратно-поступательного хода непосредственного впрыска, устройство 21 последующей очистки отработавших газов для двигателя 20, электронный контроллер 40, устройство ввода требования водителя в виде педали 15 акселератора и связанного датчика 16 положения педали акселератора.

Следует принимать во внимание, что электронный контроллер 40 может содержать несколько взаимосвязанных электронных контроллеров, блоков управления или электронных процессоров, таких как контроллер зажигания, контроллер впрыска топлива и контроллер силовой передачи, и показан в качестве единого блока исключительно в целях иллюстрации.

Система 5 двигателя также включает в себя датчик 18 температуры для выдачи выходного сигнала, указывающего температуру отработавших газов, поступающих в устройство 21 последующей очистки, и датчик 31 скорости вращения двигателя, связанный с зубчатым венцом на маховике 9 двигателя 20.

Следует принимать во внимание, что другие средства для измерения скорости вращения двигателя могли бы использоваться, и что изобретение не ограничено использованием зубчатого венца и датчика скорости вращения двигателя. Кроме того, следует принимать во внимание, что температура отработавших газов могла бы моделироваться и не обязательно должна измеряться.

Двигатель 20, в этом случае, содержит три цилиндра 11, 12 и 13, скомпонованных в ряд, есть два наружных цилиндра 11, 13 и центральный цилиндр 12, помещенный между двумя наружными цилиндрами 11, 13.

Выпускной коллектор 6 направляет отработавшие газы, покидающие двигатель 20, через выпускной трубопровод 7 в устройство 21 последующей очистки, и выхлопная труба 8 проводит отработавшие газы из устройства 21 последующей очистки в атмосферу, как указано стрелкой «E». Следует принимать во внимание, что устройство 20 последующей очистки может быть любого известного типа, пригодного для уменьшения выбросов из двигателя 20, и что может быть более чем один тип устройства последующей очистки отработавших газов, присоединенного к выпускному трубопроводу 7. Также следует принимать во внимание, что одно или более устройств для снижения шума выхлопа может быть встроено в трубопровод 8 ниже по потоку от устройства или устройств 21 последующей очистки.

Впускной коллектор 17 направляет воздух из атмосферы в двигатель 20. В некоторых случаях воздух, поступающий во впускной коллектор 17, может иметь повышенное давление, если турбонагнетатель или другая разновидность нагнетателя всасываемого воздуха установлена на двигатель 20.

Положение педали 15 акселератора считывается датчиком 16 положения педали акселератора, и выходной сигнал с датчика 16 подается в качестве входного сигнала в электронный контроллер 40, где он обрабатывается, чтобы давать показание водительского требования крутящего момента двигателя.

Выходной сигнал с датчика 41 скорости вращения двигателя используется электронным контроллером 40 в качестве показания текущей скорости вращения двигателя.

Фиг.2A - поперечное сечение одного из цилиндров 11 или 12 или 13 двигателя 20, подробнее иллюстрирующее конструкцию двигателя 20.

Двигатель 20 включает в себя блок 22 цилиндров двигателя, содержащий, в этом случае, три отверстия 24 в блоке цилиндров, определяющих цилиндры 11, 12, 13. Каждый цилиндр 11, 12, 13 имеет соответственную камеру 30 сгорания, и каждая камера 30 сгорания определена головкой 28 блока цилиндров двигателя 20, соответственным отверстием 24 в блоке цилиндров и соответственным поршнем 10.

Каждый поршень 10 с возможностью скольжения поддерживается соответственным отверстием 24 в блоке цилиндров вдоль продольной оси 42 соответственного цилиндра 11, 12 и 13. Каждый поршень 10 расположен для возвратно-поступательного перемещения внутри своего соответственного отверстия 24 в блоке цилиндров и присоединен традиционным образом к коленчатому валу (не показан) шатуном (не показан). Каждый поршень 10 включает в себя куполообразную верхнюю часть, содержащую чашечную выемку 14 для сгорания, сформированную в нем, чтобы давать требуемое формирование облака топливовоздушной смеси.

Головка 28 блока цилиндров включает в себя различные выпускные окна 46 и впускные окна 48 для впуска и выпуска газов из трех цилиндров 11, 12 и 13. В раскрытом варианте осуществления каждый цилиндр 11, 12 и 13 включает в себя два впускных окна 48 и два выпускных окна 46 (только одно из каждых показано на фиг.2A). Рядовыми специалистами в данной области техники будет приниматься во внимание, что альтернативные конфигурации могли бы иметь другое количество впускных окон и выпускных окон.

Каждая камера 30 сгорания включает в себя впускной клапан 50 для каждого впускного окна 48 и выпускной клапан 52 для каждого выпускного окна 46. Каждый впускной клапан 50 избирательно присоединяет соответственную камеру 30 сгорания к связанному впускному коллектору 17 (не показан на фиг.2A). Подобным образом каждый выпускной клапан 52 избирательно присоединяет соответственную камеру 30 сгорания к связанному выпускному коллектору 6 (не показан на фиг.2A).

Следует принимать во внимание, что впускной коллектор 17 и/или выпускной коллектор 6 могут быть сформированы за одно с головкой 28 блока цилиндров или могут быть отдельными компонентами в зависимости от конкретного применения.

Впускные клапаны 50 и выпускные клапаны 52 двигателя 20, например, могут приводиться в действие с использованием любого количества известных стратегий, в том числе традиционной компоновки распределительных валов, компоновок регулируемой установки фаз распределительного вала и/или регулируемого подъема, либо с использованием электромагнитных клапанных исполнительных механизмов.

Каждая камера 30 сгорания также включает в себя источник зажигания, который, в данном случае, находится в форме соответственной свечи 62 зажигания, которая продолжается через свод соответственного цилиндра 11, 12 и 13.

Каждая камера 30 сгорания дополнительно включает в себя связанную топливную форсунку 60, установленную в головке 28 блока цилиндров. Каждая топливная форсунка 60 имеет участок 61 наконечника, которая расположена внутри соответственной камеры 30 сгорания и которая в употреблении подвергается воздействию продуктов сгорания. В случае топливной форсунки 60 с боковой установкой, как показано, продольная ось каждой топливной форсунки 60 расположена под углом относительно продольной оси 42 цилиндра соответственного цилиндра 11, 12 и 13, и этот угол будет зависеть от конкретного применения и реализации. Следует принимать во внимание, что топливная форсунка 60 не обязательно должна быть с боковой установкой и могла бы быть с верхней установкой, с тем чтобы осуществлять распыление вниз, вместо боковой установки, и что изобретение не ограничено никакими конкретными положением или ориентацией топливной форсунки.

Каждый участок 61 наконечника включает в себя по меньшей мере один раскрыв, отверстие или сопло, через которые в употреблении топливо впрыскивается в соответственную камеру 30 сгорания. В этом случае каждый участок 61 наконечника имеет восемь раскрывов 64, которые, когда приведены в действие, создают восемь конусообразных факелов распыла топлива в соответственную камеру 30 сгорания. Следует принимать во внимание, что изобретение не ограничено использованием с многодырочной конфигурацией форсунки, и что другие конфигурации форсунки, например, такие как конфигурация открывающегося наружу клапана, такая как форсунка, показанная в опубликованной заявке EP-A-1854995 на европейский патент, также извлекали бы пользу посредством использования этого изобретения.

Каждый участок 61 наконечника имеет каталитическое покрытие 65, нанесенное на нее, чтобы минимизировать нарастание основанных на углероде отложений, часто указываемых ссылкой как нагар на участке 61 наконечника. В этом случае каталитическое покрытие 65 наносится только на торцевую поверхность участка 61 наконечника, но в других вариантах осуществления могли бы использоваться другие компоновки покрытия.

Во время работы, в ответ на один или более соответствующих сигналов впрыска топлива, вырабатываемых контроллером 40 двигателя, каждая топливная форсунка 60 распыляет топливо по существу одновременно через свои восемь раскрывов 64 непосредственно в соответственную камеру 30 сгорания, чтобы создавать требуемую конфигурацию факела распыла.

Поэтому система 5 двигателя, в этом случае, содержит трехцилиндровый двигатель 30 непосредственного впрыска, содержащий три цилиндра 11, 12 и 13, в каждом из которых соответственный поршень поддерживается с возможностью скольжения, чтобы формировать, в комбинации с головкой 28 блока цилиндров, камеру 30 сгорания. Каждый цилиндр 11, 12, 13 имеет соответственную топливную форсунку 60, содержащую покрытый каталитическим материалом участок 61 наконечника, который продолжается через стенку 22 цилиндра соответственного цилиндра 11, 12 и 13, с тем чтобы выступать в камеру 30 сгорания.

Электронный контроллер 40 выполнен с возможностью управления работой двигателя 20 и может обеспечивать работу двигателя 20 в по меньшей мере нормальном режиме работы и нагревательном режиме работы.

В нормальном режиме работы двигатель 20 приводится в действие, с тем чтобы удовлетворять требования крутящего момента, созданные водителем, как указано положением педали 15 акселератора. Когда эксплуатируется в нормальном режиме работы, установка момента и количество впрыскиваемого топлива являются требуемыми для удовлетворения запрошенного требования крутящего момента эффективным образом, не вырабатывая высоких уровней выделения продуктов сгорания с отработавшими газами. Подобным образом установка опережения зажигания устанавливается в нормальное положение, с тем чтобы давать эффективное сгорание внутри соответственных камер 30 сгорания двигателя 20.

Когда двигатель 20 является работающим в условиях низкой нагрузки, таких как холостой ход в транспортном потоке, или транспортное средство 1 является перемещающимся на низкой скорости, требующей очень небольшого выходного крутящего момента, или подвергается повторным частым остановам и пускам, температура участков 61 наконечника топливной форсунки соответственных топливных форсунок 60 будет иметь тенденцию падать до температуры, сходной с температурой окружающего материала двигателя 20, которая типично находится приблизительно на 100°C. Так как каталитический материал, которым покрыт участок 61 наконечника форсунки, эффективно работает только выше температуры розжига, которая, в этом случае, имеет значение 200°C, работа ниже этой температуры розжига будет создавать небольшой или никакого полезного каталитического эффекта, тем самым, предоставляя возможность происходить образованию нагара. Следует принимать во внимание, что истинная температура розжига будет зависеть от состава каталитического материала, и что 200°C даны только в качестве примера.

Электронный контроллер 40, поэтому, работоспособен для определения, требуется ли нагрев наконечника 61 топливной форсунки, и если нагрев требуется, эксплуатировать двигатель 20 в нагревательном режиме работы.

Электронный контроллер 40 может определять, требуется ли нагрев, используя непосредственное измерение температуры и сравнивая измеренную температуру с нижним предельным значением температуры, например, таким как 200°C. В этом случае датчику температуры было бы необходимо располагаться на каждой из топливных форсунок 60, а выходной сигнал соответственных датчиков температуры принимался бы электронным контроллером 40 и сравнивался бы нижним пределом температуры, как обсуждено выше. Следует принимать во внимание, что температура участков 61 наконечника не обязательно должна измеряться фактически, было бы возможным измерять температуру поблизости от участков 61 наконечника, а затем использовать экспериментально созданные преобразования, которые могли бы храниться в справочной таблице в электронном контроллере 40 или могли бы быть в форме исполняемого уравнения для осуществления преобразования из измеренной температуры в температуру участка наконечника.

В качестве дополнительного варианта выбора температура могла бы моделироваться на основании различных датчиков двигателя, таких как температура хладагента двигателя, температура головки блока цилиндров, скорость вращения двигателя, нагрузка и установка опережения зажигания двигателя, которые могли бы давать оценки для температуры сгорания и/или температуры отработавших газов, из которых могло бы выводиться, когда требуется нагрев участков наконечника.

В качестве альтернативы непосредственному измерению температуры или моделированной температуре температура участков 61 наконечника могла бы логически выводиться из рабочего цикла двигателя 20. То есть скорость вращения двигателя 20 и требование крутящего момента от педали акселератора или другие переменные сгорания, такие как заряд воздуха, установка момента зажигания, температура всасываемого воздуха и установка фаз кулачкового распределения, могли бы использоваться для определения, когда условия работы двигателя таковы, что нагрев наконечников 61 форсунок вероятно должен потребоваться, для того чтобы каталитический материал эффективно работал.

В дополнение к вышеприведенному, планирование нагревательного режима может быть основано не только на температуре участков 61 наконечника, но также на модели обрастания. То есть может иметь место, что нагревательный режим не используется каждый раз, когда температура участков 61 наконечника измерена или оценена ниже температуры розжига, может быть, что нагревательный режим применяется, только когда температура участков 61 наконечника измерена или оценена ниже температуры розжига, и нарастание нагара, спрогнозированное по модели обрастания, оценивается, вероятно, оказывающим значительное и неблагоприятное влияние на конфигурацию факела распыла топлива.

Всякий раз, когда нагрев участков 61 наконечника форсунки не требуется, электронный контроллер 40 выполнен с возможностью управления работой двигателя 20 в нормальном режиме работы, обсужденном выше.

Несколько режимов могут использоваться для повышения температуры участков 61 наконечника.

В первом подходе работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя повышение температуры сгорания посредством использования электронного контроллера 40 для регулирования установки момента зажигания в одну из подвергнутой запаздыванию и подвергнутой опережению относительно нормальному положению установки момента. Первый подход, поэтому, основан на регулировании зажигания вдали от оптимальной установки момента для наилучшего крутящего момента. Это регулирование оказывает влияние на массовый расход воздуха и топлива через двигатель 20 и температуру газов во время процесса сгорания.

Использование запаздывания зажигания увеличивает массовый расход и может увеличивать полную энергию, расходуемую в камере сгорания, однако запаздывание зажигания будет иметь тенденцию понижать пиковую температуру и пиковое давление. Предельные уровни запаздывания зажигания могут подвергаться содействию впрыском некоторой части топлива, синхронизированным с событием искрового зажигания, чтобы порождать стабильное воспламенение.

Использование опережения зажигания, то есть установки опережения зажигания, которая подвергнута опережению в большей степени, чем установка момента для наилучшего крутящего момента, будет увеличивать массовый расход и повышать температуру и давление сгорания. Таким образом, опережение зажигания вероятнее должно способствовать быстрому повышению разогрева на участках 61 наконечника форсунки, в то время как большая часть потерянной энергии расходуется внутри камеры сгорания, тогда как при запаздывании зажигания избыточная энергия имеет тенденцию выбрасываться из камеры 30 сгорания и будет повышать температуру отработавших газов, втекающих в устройство(а) 21 последующей очистки. Поэтому запаздывание зажигания может быть полезным, если двигатель 20 запускается из холодного состояния, а опережение зажигания могло бы быть более благотворным, если бы двигатель 20 был работающим в течение некоторого времени, и устройство(а) 21 последующей очистки действуют эффективно.

Если используются большие уровни опережения зажигания, то стабильность сгорания и выбросы питающих газов могут улучшаться посредством регулирования некоторой части события впрыска топлива в согласии с событием зажигания.

Работа двигателя в нагревательном режиме также могла бы включать в себя повышение температуры сгорания посредством использования электронного контроллера 40, чтобы регулировать по меньшей мере одно из установки момента впрыска топлива и количества впрыскиваемого топлива в каждую камеру 30 сгорания.

Например, посредством приведения в действие одного цилиндра обедненным, в то время как другие приводятся в действие обогащенными для компенсации. Это сохраняло бы стехиометрическую работу на выпуске (хорошую для последующей очистки), но повышало бы температуру в цилиндре, в котором происходит удаление нагара. Следует принимать во внимание, что работа цилиндра, слегка обедненного, будет повышать температуру сгорания в таком цилиндре и создавать окислительную среду. В случае одноцилиндрового двигателя цилиндр мог бы подвергаться модуляции между обеднением и обогащением из условия, чтобы усредненные по времени отработавшие газы были стехиометрическими. Это сохраняло бы стехиометрическую работу на выпуске (хорошую для последующей очистки), но повышало бы температуру в цилиндре, в котором происходит удаление нагара. Такая технология, однако, требовала бы компенсации крутящего момента для избежания помпажа. Компенсация крутящего момента могла бы достигаться на двигателе с искровым зажиганием посредством регулирования установки момента зажигания.

Во втором подходе, который применим только к двигателям, содержащим более чем один цилиндр, таким как многоцилиндровые двигатели, нагрев участков 61 наконечника топливной форсунки может достигаться избирательным выведением из работы одного или более цилиндров двигателя 20. Поэтому, в этом случае, работа двигателя 20 в нагревательном режиме включает в себя использование электронного контроллера 40 для выведения из работы по меньшей мере одного из цилиндров 11, 12 и 13 двигателя 20, с тем чтобы повышать нагрузку на каждый цилиндр 11, 12 и 13, пока еще работающий.

Цилиндры 11, 12 и 13 двигателя 20 выводятся из работы в заданном последовательном порядке, который зависит от порядка работы цилиндров 11, 12, 13, с тем чтобы минимизировать колебания крутящего момента. Следует принимать во внимание, что в двигателях, содержащих более чем два цилиндра, более чем один цилиндр мог бы одновременно выводиться из работы, с тем чтобы дополнительно повышать нагрузку на цилиндры, остающиеся в действии.

В случае трехцилиндрового двигателя 20, предусмотренного в материалах настоящей заявки в качестве примера, цилиндры 11, 12, 13 выводятся из работы по одному за раз в порядке 11, 12, 13; 11, 12, 13 и т.д. Выведенный из работы цилиндр может оставаться выведенным из работы в течение заданного количества циклов двигателя 20 или может оставаться выведенным из работы до тех пор, пока каталитические покрытия 65 на соответствующих участках 61 наконечника топливной форсунки работающих цилиндров не были разогреты в достаточной мере, чтобы активизировать их.

Следует принимать во внимание, что, когда выведенный из работы цилиндр 11, 12, 13 повторно вводится в работу, быстрый нагрев будет иметь благотворное влияние на ослабление или удаление отложений нагара, которые накопились на соответствующих участках 61 наконечника топливной форсунки. Охлаждение, связанное с событием выведения из работы, также может обладать положительным влиянием на ослабление отложений нагара.

Предпочтительно каждый выведенный из работы цилиндр 11, 12, 13 выполнен с возможностью прокачивания воздуха, когда он выведен из работы, что может достигаться просто неподачей топлива в соответственный выведенный из работы цилиндр 11, 12, 13.

Следует принимать во внимание, что использование регулирования зажигания также могло бы применяться к невыведенным из работы цилиндрам 11, 12, 13. Так что, например, цилиндры, пока еще работающие, могли бы приводиться в действие с использованием подвергнутой опережению или подвергнутой запаздыванию регулирования установки опережения зажигания.

Далее, в частности со ссылкой на фиг.3, показан способ 100, используемый электронным контроллером 40 для управления работой двигателя 20.

Способ 100 начинается на этапе 110, который является событием рабочего состояния двигателя для транспортного средства 1. То есть способ начинается, когда двигатель 20 является работающим.

Способ 100 затем продвигается на этап 120, где определяется, требуется ли нагрев наконечников 61 форсунки. Как обсуждено выше, это может быть основано на измерении или моделировании температуры или может выводиться из рабочего цикла двигателя 20.

Если определено, что нагрев не требуется, то способ 100 продвигается на этап 135, где нормальный режим работы двигателя используется для управления работой двигателя 20. То есть установка опережения зажигания и подача топлива являются теми, которые требуются для удовлетворения запрошенной потребности крутящего момента эффективным образом и с низкими выбросами.

Способ затем продвигается с этапа 135 на этап 140, где определяется, является ли двигатель 20 пока еще работающим. Если двигатель 20 не является работающим, то способ заканчивается на этапе 200, но иначе он возвращается на этап 120, чтобы повторно проверять, требуется ли нагрев.

Возвращаясь на этап 120, если нагрев требуется, то способ 100 продвигается на этап 130, где электронный контроллер 40 эксплуатирует двигатель 20 в нагревательном режиме работы. В нагревательном режиме работы, как обсуждено выше, различные технологии применяются для повышения температуры участков 61 наконечника топливной форсунки с их текущей температуры до температуры, где каталитическое покрытие 65, нанесенное на каждый из участков 61 наконечника топливной форсунки, активизируется для содействия удалению нагара с участков 61 наконечника топливной форсунки.

Как упомянуто ранее, планирование нагревательного режима может быть основано не только на температуре участков 61 наконечника, но также на модели обрастания. В таком случае этап 120 способа был бы заменен этапом, на котором комбинации температуры и заданного уровня обрастания из модели обрастания было бы необходимо присутствовать, чтобы начинался нагревательный режим.

Например, этап 120 мог бы принимать форму:

- Если T_tip<T_light-off AND A>A_limit, то войти в нагревательный режим;

Иначе использовать нормальный режим,

где T_tip=измеренная или оценочная температура наконечника форсунки;

T_light-off=температура розжига каталитического материала;

A=оценочное ускорение из модели нарастания; и

A_limit=уровень обрастания, выше которого может ожидаться значительное неблагоприятное влияние на конфигурацию факела распыла.

В качестве, кроме того, дополнительных альтернативных вариантов этап 120 мог бы быть замещен комбинацией температуры наконечника форсунки и временем после того, как происходило последнее событие удаления нагара, или время могло бы быть переменным временным пределом, основанным на спрогнозированном уровне нарастания нагара из модели обрастания.

Как обсуждено выше, нагревательный режим может использовать установки опережения зажигания, которые подвергнуты опережению или запаздыванию от установки опережения зажигания, которая использовалась бы в нормальном режиме работы, и может включать в себя регулирование установки момента впрыска топлива и/или количества впрыскиваемого топлива.

В качестве альтернативы или в комбинации с такими подходами электронный контроллер 40, в случае многоцилиндрового двигателя, может эксплуатировать двигатель 20 в нагревательном режиме, выводя из работы по меньшей мере один из цилиндров 11, 12, 13 двигателя 20, с тем чтобы увеличивать нагрузку на цилиндры 11, 12, 13, пока еще работающие. Как упомянуто выше, цилиндры 11, 12, 13 двигателя 20 выводятся из работы в заданном последовательном порядке, и каждый из цилиндров 11, 12, 13, не выведенный из работы, приводится в действие обедненным по стехиометрии, с тем чтобы создавать окислительную среду внутри соответственного цилиндра 11, 12, 13. Предпочтительно каждый выведенный из работы цилиндр 11, 12, 13 выполнен с возможностью прокачивания воздуха, когда он выведен из работы.

Способ затем продвигается с этапа 130 на этап 140, где определяется, является ли двигатель 20 пока еще работающим. Если двигатель 20 не является работающим, то способ заканчивается на этапе 200, но иначе он возвращается на этап 120, чтобы повторно проверять, требуется ли нагрев.

Хотя изобретение было описано в качестве примера со ссылкой на трехцилиндровый бензиновый двигатель с непосредственным впрыском, следует принимать во внимание, что оно не ограничено использованием в таком двигателе и могло бы применяться к двигателям, содержащим отличающееся количество цилиндров.

Оно также может применяться к двигателю с непосредственным впрыском, использующему другие типы топлива.

В случае (дизельного) двигателя с воспламенением от сжатия и непосредственным впрыском будет приниматься во внимание, что установка момента впрыска может использоваться для повышения температуры сгорания вместо изменения установки момента зажигания. В дизельном двигателе работа слегка обедненного по стехиометрии является нормальной, и поэтому в этом случае нагрев может усиливаться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра нормальным образом, то есть обедненным по стехиометрии, и приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя, более обедненным, чем по меньшей мере один обедненный по стехиометрии работающий цилиндр, с тем чтобы содействовать повышению температуры сгорания в по меньшей мере одном, более обедненном эксплуатируемом цилиндре.

Специалистам в данной области техники следует принимать во внимание, что, хотя изобретение было описано в качестве примера со ссылкой на один или более вариантов осуществления, оно не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, и что альтернативные варианты осуществления могли бы быть созданы, не выходя из объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к двигателям с непосредственным впрыском и, в частности, к работе такого двигателя некоторым образом для минимизации выделений твердых частиц с отработавшими газами из двигателя. Система (5) двигателя содержит двигатель (20) с непосредственным впрыском и электронный контроллер (40). Двигатель (20) содержит некоторое количество цилиндров (11, 12, 13), каждый из которых содержит камеру (30) сгорания, в каждую из которых выступает участок наконечника топливной форсунки (60). Наконечник топливной форсунки покрыт каталитическим материалом. Контроллер (40) выполнен для управления работой двигателя (20) в нагревательном режиме работы, если требуется нагрев участка наконечника топливной форсунки (60). Посредством нагрева участка наконечника топливной форсунки (60) удаляется нагар, который скапливался бы на нем в ином случае. Предложены различные способы для нагрева наконечника топливной форсунки (60), включающие в себя этапы, на которых обеспечивают работу двигателя (20) на сокращенном количестве цилиндров (11, 12, 13) и изменяют один или оба из установки момента впрыска топлива и количества впрыскиваемого топлива и установки момента зажигания, чтобы повышать температуру сгорания. Технический результат: создание системы двигателя с непосредственным впрыском и способа работы такой системы двигателя, который предусматривает эффективное использование такого каталитического материала при всех рабочих нагрузках. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система двигателя, содержащая двигатель с непосредственным впрыском, содержащий цилиндр, в котором поршень поддерживается с возможностью скольжения для формирования, в комбинации с головкой блока цилиндров, камеры сгорания, топливную форсунку для цилиндра, имеющую покрытый каталитическим материалом участок наконечника, который выступает в камеру сгорания, и электронный контроллер для управления работой двигателя, при этом электронный контроллер выполнен с возможностью управления работой двигателя в нагревательном режиме работы, если требуется нагрев наконечника топливной форсунки.

2. Система двигателя по п. 1, в которой, если нагрев участка наконечника форсунки не требуется, электронный контроллер выполнен с возможностью управления работой двигателя в нормальном режиме работы.

3. Система двигателя по любому из пп. 1, 2, в которой нагрев наконечника топливной форсунки требуется, если температура покрытого каталитическим материалом участка наконечника ниже температуры розжига каталитического материала.

4. Система двигателя по любому из пп. 1, 2, в которой нагрев наконечника топливной форсунки требуется, если температура покрытого каталитическим материалом участка наконечника ниже температуры розжига каталитического материала, и требуется удаление нагара наконечника форсунки.

5. Система двигателя по п. 1, в которой работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя повышение температуры сгорания посредством использования электронного контроллера для регулирования по меньшей мере одного из установки момента впрыска топлива и количества топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания.

6. Система двигателя по п. 1, в которой двигатель является многоцилиндровым двигателем.

7. Система двигателя по п. 6, в которой работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя использование электронного контроллера для выведения из работы по меньшей мере одного из цилиндров двигателя, чтобы увеличивать нагрузку на каждый еще работающий цилиндр.

8. Система двигателя по п. 7, в которой цилиндры двигателя выводятся из работы в заданном последовательном порядке.

9. Система двигателя по любому из пп. 7, 8, в которой каждый выведенный из работы цилиндр выполнен с возможностью прокачивания воздуха, когда он выведен из работы.

10. Система двигателя по п. 6, в которой работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя приведение в действие по меньшей мере одного цилиндра, обогащенного по стехиометрии, и по меньшей мере одного цилиндра, обедненного по стехиометрии, чтобы содействовать повышенной температуре сгорания и окислительной среде в по меньшей мере одном приводимом в действие обедненном цилиндре.

11. Система двигателя по п. 6, в которой работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя приведение в действие по меньшей мере одного цилиндра, обедненного по стехиометрии, и по меньшей мере одного цилиндра, более обедненного, чем по меньшей мере один, обедненный по стехиометрии работающий цилиндр, чтобы содействовать повышенной температуре сгорания в по меньшей мере одном приводимом в действие более обедненном цилиндре.

12. Система двигателя по п. 1, в которой двигатель является двигателем с искровым зажиганием, а работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя повышение температуры сгорания посредством использования электронного контроллера для регулирования установки момента зажигания на одну из подвергнутой запаздыванию или опережению относительно нормального положения установки момента.

13. Моторное транспортное средство, содержащее систему двигателя по любому из пп. 1-12.

14. Способ работы двигателя внутреннего сгорания с непосредственным впрыском, причем каждый цилиндр двигателя содержит топливную форсунку с покрытым каталитическим материалом участком наконечника, который подвергается воздействию продуктов сгорания, при этом способ включает в себя этап, на котором обеспечивают работу двигателя в нагревательном режиме работы, если требуется нагрев наконечника топливной форсунки.

15. Способ по п. 14, в котором, если нагрев участка наконечника топливной форсунки не требуется, способ включает в себя этап, на котором обеспечивают работу двигателя в нормальном режиме работы.

16. Способ по п. 14 или 15, в котором нагрев наконечника топливной форсунки требуется, если температура покрытого каталитическим материалом участка наконечника ниже температуры розжига каталитического материала.

17. Способ по п. 14 или 15, в котором нагрев наконечника топливной форсунки требуется, если температура покрытого каталитическим материалом участка наконечника ниже температуры розжига каталитического материала, и требуется удаление нагара наконечника форсунки.

18. Способ по п. 14 или 15, в котором работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя регулирование по меньшей мере одного из установки момента впрыска топлива и количества топлива, впрыскиваемого в каждый работающий цилиндр.

19. Способ по п. 14 или 15, в котором двигатель является многоцилиндровым двигателем.

20. Способ по п. 19, в котором работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя выведение из работы по меньшей мере одного из цилиндров двигателя для увеличения нагрузки на еще работающие цилиндры.

21. Способ по п. 20, в котором цилиндры двигателя выводят из работы в заданном последовательном порядке.

22. Способ по п. 20 или 21, в котором каждый выведенный из работы цилиндр выполнен с возможностью прокачивания воздуха, когда он выведен из работы.

23. Способ по п. 19, в котором работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя приведение в действие по меньшей мере одного цилиндра, обогащенного по стехиометрии, и по меньшей мере одного цилиндра, обедненного по стехиометрии, чтобы содействовать повышенной температуре сгорания и окислительной среде в по меньшей мере одном приводимом в действие обедненном цилиндре.

24. Способ по п. 19, в котором работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя приведение в действие по меньшей мере одного цилиндра, обедненного по стехиометрии, и по меньшей мере одного цилиндра, более обедненного, чем по меньшей мере один обедненный по стехиометрии работающий цилиндр, чтобы содействовать повышенной температуре сгорания в по меньшей мере одном приводимом в действие более обедненном цилиндре.

25. Способ по п. 14 или 15, в котором двигатель является двигателем с искровым зажиганием, а работа двигателя в нагревательном режиме включает в себя регулирование установки момента зажигания в одну из подвергнутой запаздыванию или подвергнутой опережению относительно нормального положения установки момента для каждого работающего цилиндра.