Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к двигателю внутреннего сгорания с множеством впрысков на цилиндр в цикле сгорания.
Уровень техники и сущность изобретения
При выбранных рабочих условиях двигателя фазирование сгорания может быть замедлено для снижения максимального давления в цилиндре. Таким образом, максимальное давление в цилиндре может быть снижено для поддержания давления в цилиндре в пределах, нарушение которых может повлиять на целостность цилиндра. Запаздывающее фазирование сгорания может включать в себя задержку момента зажигания (до квазиоптимального момента) в двигателях с искровым зажиганием или задержку момента впрыска топлива в двигателях с воспламенением от сжатия. Запаздывающее фазирование сгорания может также быть использовано во время калибровки двигателя, когда устройство контроля токсичности отработавших газов (например, система доочистки соединена с дизельным двигателем) находится не в полностью функциональном состоянии. Здесь запаздывающее фазирование сгорания используется для увеличения температуры отработавших газов и снижения количества оксидов азота.
Авторы настоящего изобретения выявили, что запаздывание фазирования сгорания для ограничения максимального давления в цилиндре может ухудшить характеристики двигателя, в частности, характеристики при полной нагрузке. Запаздывающее фазирование сгорания также приводит к более высокому расходу топлива и более высоким температурам отработавших газов, которые возможны при опережающем фазировании сгорания, приводящем к ограничению крутящего момента двигателя и выходной мощности. Проблема может усугубиться, если двигатель работает на топливе с низкой энергетической плотностью, например, на биодизельном топливе или на других кислородсодержащих видах топлива.
Аналогично, если запаздывающее фазирование сгорания используется для ускорения нагрева каталитического нейтрализатора, могут увеличиться выбросы углеводородов. Если запаздывание фазирования сгорания ограничено управлением выбросов углеводородов, в результате возможно ограничение уровня температуры отработавших газов или энтальпии, которые могут быть обеспечены фазированием сгорания (другими словами, меньшим нагревом, чем требуется). Другие калибровочные параметры, такие как поток РОГ, могут быть отрегулированы для обеспечения оптимального соотношения с температурой отработавших газов. Однако калибровка может быть недостаточно эффективной для систем двигателя с множеством каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Например, если окислительный каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, частично или полностью вводится в работу до восстановительного каталитического нейтрализатора, расположенного ниже по потоку, может продолжаться калибровка двигателя для пониженного количества выбросов углеводородов, таким образом, ограничивая температуру отработавших газов при более высоком уровне оксидов азота. В целом, характеристики двигателя ухудшаются и выбросы могут считаться не соответствующими требованиям.
В некоторых системах двигателя вместо запаздывания фазирования сгорания максимальное давление зажигания и температуры отработавших газов могут быть увеличены за счет увеличения размера сопла топливной форсунки. В этом отношении, больший размер сопла обеспечивает больший расход топлива через форсунку, что приводит к подаче большего объема топлива в цилиндр за один впрыск. Однако авторы настоящего изобретения установили, что дополнительное оборудование может увеличить стоимость двигателя. Кроме того, увеличенный размер сопла может также привести к снижению экономии топлива и ухудшению характеристик двигателя.
В одном примере некоторые из вышеуказанных проблем могут быть по меньшей мере частично решены способом для двигателя, содержащим: в ответ на прогнозируемое максимальное давление в цилиндре для планируемого основного впрыска топлива в цилиндр, происходящего позже порогового момента, разделение запланированного основного впрыска топлива на по меньшей мере первый и второй впрыски, причем первый впрыск смещают в сторону опережения относительно момента запланированного основного впрыска топлива. Таким образом, можно управлять температурами отработавших газов с поддержанием давления в цилиндре в пределах, улучшая характеристики двигателя.
В качестве примера, основной впрыск топлива может быть разделен на два или более впрысков для обеспечения профиля давления в цилиндре, где максимальное давление в цилиндре равно целевому давлению. В частности, если при изначально запланированном основном впрыске топлива максимальное давление в цилиндре выше целевого давления в цилиндре (т.е. целевое значение определенного максимального давления в цилиндре для заданных рабочих условий двигателя), момент основного впрыска топлива может быть задержан для ограничения давления в цилиндре. Для компенсации по меньшей мере части потерь характеристик и энтальпии в результате задержки фазирования сгорания, основной впрыск топлива может быть разделен на по меньшей мере два впрыска, где первый впрыск происходит раньше (до) момента изначально запланированного основного впрыска топлива, и второй впрыск происходит в момент изначально запланированного основного впрыска топлива или позднее. Момент отдельных впрысков может быть отрегулирован на основе параметров двигателя, таких как частота вращения двигателя, нагрузка, предельные условия и архитектура двигателя. При опережении момента первого впрыска соотношение общего объема топлива, подаваемого за первый впрыск, увеличивают так, что максимальное давление в цилиндре в результате первого впрыска равно давлению, равному или немного ниже целевого (или предельного) значения максимального давления в цилиндре. В то же время объем топлива, подаваемого за второй впрыск, соответственно снижают для поддержания общего объема впрыскиваемого топлива для изначально запланированного впрыска (или впрыскиваемый объем регулируют для соответствия крутящему моменту двигателя, заданному пользователем). Момент второго впрыска задерживают так, что максимальное давление в цилиндре, получаемое в результате второго впрыска, является как можно более близким к максимальному давлению в цилиндре первого впрыска с поддержанием давления в цилиндре в пределах. В одном примере раздельный впрыск топлива может быть использован для основного впрыска топлива в каждый цилиндр до тех пор, пока температура отработавших газов не станет достаточно высокой для нагрева одного или нескольких каталитических нейтрализаторов отработавших газов, таких как окислительный каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, и восстановительный каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку. В качестве дополнения или альтернативы, раздельный впрыск топлива может быть поддержан до тех пор, пока температура отработавших газов не станет достаточно высокой для поднятия температуры на впуске турбины выше заданного значения.
За счет использования раздельного впрыска топлива при достижении или превышении пределов максимального давления в цилиндре возрастает КПД двигателя, и максимальный крутящий момент достигается с поддержанием температуры отработавших газов ниже максимального предела температуры отработавших газов. В этом случае разделение основного впрыска позволяет впрыснуть больший объем топлива, что обеспечит больший крутящий момент без увеличения температуры отработавших газов. За счет использования раздельного впрыска для ускорения активации каталитического нейтрализатора момент для каждого из раздельных впрысков может быть изменен для увеличения температуры отработавших газов, если она меньше максимального предела температуры отработавших газов. В этом случае раздельный впрыск может быть также использован для обеспечения стратегии основной впрыск - дополнительный впрыск.
Таким образом, основной впрыск топлива может быть разделен на первый впрыск, который выполняют как можно раньше, и второй впрыск, который выполняют как можно ближе к окончанию первого впрыска. При использовании раздельного впрыска снижается задержка фазирования сгорания, требуемая для поддержания максимального давления в цилиндре в соответствии с пределами. Таким образом обеспечивают улучшение экономии топлива и характеристик двигателя, в частности, при высоких нагрузках. Кроме того, максимальные давления в цилиндре при первом и втором впрысках могут иметь в значительной степени такие близкие значения, что температура отработавших газов будет быстро возрастать, улучшая характеристики выбросов и уменьшая турбояму. Таким образом обеспечивают повышенную мощность двигателя даже при работе на топливе с низкой энергетической плотностью. Кроме того, повышенные характеристики двигателя могут быть достигнуты без дорогостоящих изменений оборудования, таких как при использовании сопел форсунок для низкого расхода.
Следует понимать, что вышеуказанная сущность изобретения приведена лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрывают более подробно. Она не предназначена для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Раскрытие изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показано схематичное изображение двигателя.
На ФИГ. 2 представлена блок-схема примерного способа для регулирования профиля основного впрыска и предварительного впрыска в соответствии с данным раскрытием.
На ФИГ. 3 представлена блок-схема примерного способа для определения необходимости разделения основного впрыска топлива на основе ограничений температуры отработавших газов и давления в цилиндре.
На ФИГ. 4 представлена блок-схема примерного способа калибровки каждого впрыска основного раздельного впрыска топлива.
На ФИГ. 5 представлен пример использования основного раздельного впрыска топлива для давления в цилиндре и/или управления температурой отработавших газов.
На ФИГ. 6 представлена блок-схема примерного способа для определения необходимости разделения основного впрыска топлива на основе условий каталитического нейтрализатора отработавших газов,
Раскрытие изобретения
Следующее раскрытие относится к способу управления и регулирования профиля (включая момент, объем и количество впрысков на цикл) основного впрыска топлива и опционально предварительного впрыска топлива в системе двигателя, такой как система двигателя на ФИГ. 1. Контроллер двигателя может выполнять управляющий алгоритм, такой как примерные алгоритмы на ФИГ. 2-4 и 6, для разделения по меньшей мере основного впрыска топлива в цилиндр на основе рабочих условий двигателя так, чтобы увеличить крутящий момент и мощность двигателя с поддержанием максимального давления в цилиндре в пределах. В частности, двигатель может работать с множеством впрысков на цикл сгорания, впрыски калибруются на основе температуры отработавших газов и ограничений давления в цилиндре, как показано на ФИГ. 5.
Что касается ФИГ. 1, то она иллюстрирует схему двигателя 10 внутреннего сгорания с одним или несколькими цилиндрами, который может быть использован как часть движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере, частично посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством входных данных от водителя 132 транспортного средства через вводное устройство 130. В этом примере вводное устройство 130 включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для создания пропорционального сигнала положения педали ПП. Камера 30 сгорания (или цилиндр 30) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным внутри них. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним приводным колесом автомобиля через промежуточную трансмиссионную систему (не показана). Дополнительно стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик (не показан) для обеспечения операции запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может получать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать отработавшие газы при сгорании через выпускной коллектор 48 к выпускному каналу 68. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В примере, показанном на ФИГ. 1, впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 можно управлять с помощью кулачкового привода посредством соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут содержать один или более кулачков и могут применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми можно управлять посредством контроллера 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять соответственно с помощью датчиков 55 и 57 положения. В альтернативных вариантах осуществления изобретения впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 можно управлять посредством электропривода клапанов. Например, цилиндр 30 в качестве альтернативы может содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, предусматривающего систему ППК и/или систему ИФКР.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для впрыска топлива в цилиндры. В качестве не имеющего ограничительного характера примера цилиндр 30 изображен с одной топливной форсункой 66. Топливная форсунка 66 изображена в соединении с цилиндром 30 для непосредственного впрыска топлива пропорционально длительности топливного импульса (ДТИ), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 69. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. В других примерах топливная форсунка может быть установлена, например, в боковой части камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. В других примерах топливная форсунка 66 может быть соединена с впускным каналом для обеспечения так называемого распределенного впрыска топлива. Кроме того, цилиндр 30 может быть выполнен с возможностью получения топлива из каждой из множества топливных форсунок непосредственного впрыска, множества топливных форсунок непосредственного впрыска или из форсунок распределенного и непосредственного впрыска. Топливо может быть подано на топливную форсунку 66 с помощью топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Топливо может быть подано топливной форсункой 66 в цилиндр 30 за счет множества впрысков в течение цикла сгорания. Совокупность впрысков может включать в себя множество событий впрыска во время такта сжатия, множество событий впрыска во время такта впуска или сочетание некоторых событий непосредственного впрыска во время такта сжатия и некоторых событий во время такта впуска. Как показано на ФИГ. 2-4, при выбранных условиях температура отработавших газов может быть увеличена за счет разделения основного впрыска топлива (т.е. на впрыск, следующий за предварительным впрыском, и впрыск перед последующим впрыском) на два или более впрысков. Два или более раздельных впрыска могут быть выполнены во время такта сжатия для двигателя с воспламенением от сжатия, момент и продолжительность впрысков регулируется таким образом, что максимальное давление в цилиндре в результате каждого из раздельных впрысков равно заданному давлению (например, равно или немного меньше предельного давления в цилиндре, но не выше) и последующему (например, в пределах порогового расстояния/времени друг друга). Дополнительно на основе факторов шума, вибрации и резкости (ШВР) предварительный впрыск может быть также разделен на два или несколько впрысков.
Аналогично, когда с цилиндром соединено множество топливных форсунок, каждая форсунка может подавать часть от общего объема впрыскиваемого топлива, которое сгорает в цилиндре 30. Кроме того, распределение и/или относительный объем топлива, подаваемого каждой форсункой, могут быть изменены в зависимости от рабочих условий, например, нагрузка двигателя, температура двигателя, детонация и т.д. Следует обратить внимание на то, что это всего лишь примеры различных соотношений впрыска, и могут быть использованы другие различные соотношения впрыска. Кроме того, следует понимать, что топливо распределенного впрыска может подаваться, когда впускной клапан открыт, впускной клапан закрыт (например, по существу, перед тактом впуска, таким как такт выхлопа), а также при открытом и закрытом впускном клапане.
В одном примере двигатель 10 может быть представлен дизельным двигателем, сжигающим воздух и дизельное топливо посредством воспламенения от сжатия. В других вариантах осуществления изобретения, не имеющих ограничительного характера, двигатель 10 может сжигать другое топливо, включая бензин, биодизельное топливо или спирт, содержащий смешанное топливо, посредством воспламенения от сжатия и/или искрового зажигания. Таким образом, варианты осуществления изобретения, раскрытые в настоящем документе, могут быть использованы в любом подходящем двигателе, включая (без ограничения) дизельные и бензиновые двигатели, двигатели с самовоспламенением от сжатия, двигатели с воспламенением от свечи зажигания, двигатели с непосредственным впрыском, двигатели с распределенным впрыском и т.д. В примерах, где двигатель является двигателем с воспламенением от сжатия, момент фазирования сгорания может изменяться (например, задерживаться) за счет регулирования (например, задерживания) момента впрыска топлива. В примерах, где двигатель является двигателем с искровым зажиганием, момент фазирования сгорания может изменяться (например, задерживаться) за счет регулирования (например, задерживания) момента зажигания, момента впрыска топлива или изменения энергии искры.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 можно изменять с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или привод, относящийся к дросселю 62, что составляет конфигурацию, обычно называемую электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может быть приведен в действие для изменения подачи впускного воздуха в камеру 30 сгорания среди других цилиндров двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут быть переданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя (ПД). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12.
Дополнительно в соответствии с раскрываемыми вариантами осуществления изобретения, система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 68 во впускной коллектор 44 через канал 140 РОГ. Объем обеспечиваемой РОГ может быть изменен контроллером 12 посредством клапана 142 РОГ. При подаче отработавших газов в двигатель 10 количество кислорода, доступного для сгорания, снижено, что снижает температуры пламени сгорания и снижает образование оксидов азота, например. Как показано, система РОГ дополнительно содержит датчик 144 РОГ, который может быть установлен в канале 140 РОГ и показывать один или несколько из следующих параметров: давление, температура и концентрация отработавших газов. В некоторых условиях система РОГ может быть использована для регулирования температуры воздуха и топливной смеси в камере сгорания, что представляет собой способ регулирования момента зажигания для некоторых режимов сгорания. Далее, при некоторых условиях часть газов сгорания может быть сохранена или удержана в камере сгорания путем управления фазами газораспределения выпускного клапана, например, путем управления механизмом изменения фаз газораспределения.
Выхлопная система 128 содержит датчик 126 отработавших газов, соединенный с выпускным коллектором 48 выше по потоку от системы 70 контроля токсичности. Датчиком 126 отработавших газов может быть любой подходящий датчик для обеспечения показания воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный датчик содержания кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик содержания кислорода или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик содержания оксидов азота, датчик содержания углеводородов или датчик содержания монооксида углерода.
Система 70 контроля токсичности показана установленной вдоль выпускного канала 68 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Системой 70 может быть система избирательной каталитической нейтрализации (ИКН), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), накопитель оксидов азота, различные устройства контроля выбросов или их сочетания. Например, система 70 контроля токсичности может содержать катализатор 71 ИКН и дизельный сажевый фильтр (ДСФ) 72. В некоторых вариантах осуществления ДСФ 72 может быть расположен ниже по потоку от катализатора 71 ИКН (как изображено на ФИГ. 1), при этом в других вариантах осуществления ДСФ 72 может быть размещен выше по потоку от катализатора 71 ИКН (не показано на ФИГ. 1). Система 70 контроля токсичности может дополнительно содержать датчик 162 отработавших газов. Датчик 162 отработавших газов может быть любым подходящим датчиком для индикации концентрации составных компонентов отработавших газов, таким как датчик оксидов азота, датчик NH3 и т.д., и может быть ДКОГ или датчиком содержания твердых частиц (ТЧ), например. В некоторых вариантах осуществления, датчик 162 может быть расположен ниже по потоку от ДСФ 72 (как изображено на ФИГ. 1), при этом в других вариантах осуществления датчик 162 может быть размещен выше по потоку от ДСФ 72 (не показано на ФИГ. 1). Далее, следует понимать, что более, чем один датчик 162 может быть установлен в любом подходящем положении.
Дополнительно, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, во время работы двигателя 10 система 70 контроля токсичности может периодически быть подвергнута сбросу, например, путем приведения в действие, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1, представляет собой микрокомпьютер, содержащий блок 102 микропроцессора, порты 104 ввода-вывода, электронный носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, представляющий собой постоянное запоминающее устройство 106, в данном варианте осуществления, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 способен сообщаться и поэтому принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, включая: данные массового расхода всосанного воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; данные температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118, использующего эффект Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; данные положения дроссельной заслонки (ПД) от датчика положения дроссельной заслонки; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122; и данные о концентрации составных компонентов отработавших газов от датчиков 126 и 162 отработавших газов. На основании сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД. Следует обратить внимание на возможность использования указанных выше датчиков в различных сочетаниях, таких как датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. Во время стехиометрической работы этот датчик способен выдавать показания крутящего момента двигателя. Дополнительно, этот датчик, вместе с частотой вращения двигателя, может предоставлять расчет подачи (включая воздух) в цилиндр. В примере датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, создает заранее заданное количество равноудаленных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
В дополнение к вышеуказанным датчикам к отдельным цилиндрам может быть присоединен датчик сгорания (не показан) в индивидуальном порядке. Датчиком сгорания может быть подходящий датчик, известный в данной области техники, например, датчик детонации, датчик вибрации, датчик температуры, датчик давления и т.д. или их сочетание. Датчик сгорания может считывать параметры сгорания, такие как максимальное значение давления, место максимального давления, момент максимального давления или, например, любое их сочетание. Например, каждый цилиндр может содержать датчик давления в цилиндре для оценки изменений давления в цилиндре в течение события сгорания в цилиндре. Максимальное давление в цилиндре (например, значение и момент максимального давления) может быть определено на основе выходного сигнала датчика давления в цилиндре.
Контроллер 12 принимает сигналы от разных датчиков, ФИГ. 1, и использует разные приводы на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и команд, заложенных в память контроллера. Например, на основе выходного сигнала от датчика давления в цилиндре контроллер может регулировать момент и продолжительность открытия форсунки непосредственного впрыска топлива в цилиндр. В качестве другого примера, на основе выходного сигнала от датчика давления в цилиндре контроллер может регулировать момент искрового зажигания. Постоянное запоминающее устройство 106 среды хранения данных может быть запрограммировано с помощью долговременных, машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые процессором 102, для осуществления алгоритмов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде. Примерные алгоритмы раскрыты в настоящей заявке со ссылкой на ФИГ. 2-5 и 6.
Как раскрыто выше, ФИГ. 1 иллюстрирует один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может схожим образом содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку и т.д.
Что касается ФИГ. 2, на ней представлен примерный способ 200 для управления фазированием сгорания. В частности, фазирование сгорания может быть отрегулировано посредством регулирования профиля предварительного впрыска топлива и основного впрыска топлива для обеспечения требуемой энтальпии с достижением заданного максимального давления в цилиндре. Способ 200 может таким образом образовывать первичный контур управления для управления фазированием сгорания. Инструкции по осуществлению способа 200 и остальных способов, предусматриваемых данным раскрытием, могут быть выполнены контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше применительно к ФИГ. 1. Контроллер может задействовать приводы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
На шаге 202 алгоритм содержит оценку и/или измерение параметров рабочих условий двигателя. Сюда входит, например, частота вращения двигателя, номинальный требуемый крутящий момент, среднее индикаторное эффективное давление (СИЭД), давление в коллекторе (ДВК), массовый расход воздуха (МРВ), условия окружающей среды (например, температура окружающей среды, давление и влажность), расход топлива двигателем (относительно заданной скорости расхода топлива) и т.д. Другие параметры, которые могут быть рассмотрены, могут содержать геометрию двигателя (размер отверстия, рабочий объем двигателя, эффективный коэффициент сжатия и т.д.) и граничные условия впуска (давление, температура, массовый расход и т.д.). Кроме того, может быть определен тип топлива, впрыскиваемого в двигатель (или имеющегося в топливном баке). В одном примере сюда входит определение октанового числа имеющегося топлива и/или энергетическая плотность имеющегося топлива.
На шаге 204 на основе расчетных рабочих условий двигателя можно определить профиль предварительного впрыска топлива. Таким образом, предварительный впрыск может содержать впрыск, используемый как источник зажигания (вместо искры) для последующего основного сгорания. Следует понимать, что в данном документе все впрыски топлива, подаваемые до основного впрыска, называются предварительными впрысками. В качестве одного из примеров, объем предварительного впрыска может составлять 1-20% от общего объема впрыскиваемого топлива в зависимости от общего требуемого объема топлива и минимального подаваемого форсункой объема топлива при данном магистральном давлении.
Определение профиля предварительного впрыска топлива содержит определение момента впрыска, общего объема топлива, который должен быть подан за впрыск, и продолжительности впрыска. В качестве одного из примеров, предварительный впрыск может быть начат при 40 ГУПКВ до ВМТ и продолжаться до 32 ГУПКВ до ВМТ. Например, в двигателе на 6,7 л, работающем на холостом ходу, общий объем подаваемого топлива может составлять 10 мг/такт. Здесь объем предварительного впрыска на холостом ходу может составлять от 7% (или 0,7 мг/такт как минимальная подача) до 20% (или 2 мг/такт). В примере двигателя на 3,2 л, работающего при 7 мг/такт, объем предварительного впрыска может составлять около 2 мг/такт или более.
На шаге 206 на основе расчетных рабочих условий двигателя можно определить профиль основного впрыска топлива. Таким образом, основной впрыск может содержать впрыск, используемый для основного события сгорания в цилиндре. Следует понимать, что в настоящем документе все впрыски топлива, подаваемые после предварительного впрыска и до последующего впрыска, называются основными впрысками. В одном из примеров основной впрыск может обеспечивать 55-98% от общего объема топлива в зависимости от общего требуемого объема топлива и минимального подаваемого форсункой объема топлива при данном магистральном давлении.
Определение профиля основного впрыска топлива содержит определение момента впрыска, общего объема топлива, который должен быть подан за впрыск, и продолжительности впрыска. В дополнение, как более подробно описано со ссылкой на ФИГ. 3, определение профиля основного впрыска топлива может также содержать определение того, следует ли подавать основной впрыск топлива как однократный впрыск или разделить на множество меньших впрысков. Таким образом, во время работы двигателя при полной нагрузке, момент запланированного основного впрыска может быть задержан (в данном документе также называемый как запаздывающее фазирование сгорания) для снижения максимального давления в цилиндре ниже предельного давления в цилиндре. Максимальное давление ограничивается в целях предупреждения негативных последствий ухудшения состояния цилиндра. Однако запаздывающее фазирование сгорания приводит к квазиоптимальному моменту сгорания, что приводит к большей скорости расхода топлива в двигателе, чем требуется. Кроме того, температура отработавших газов может быть выше требуемой. Это не только влияет на экономию топлива в двигателе, но также на характеристики двигателя, в связи с ограничением крутящего момента и мощности двигателя. В некоторых примерах это может также привести к неравномерному нагреву и активации каталитического нейтрализатора отработавших газов (например, в связи с активацией каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку, в то время как каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку, остается неактивным). Как описано в данном документе, в ответ на прогнозируемое максимальное давление в цилиндре для планируемого основного впрыска топлива в цилиндр, происходящего позже порогового момента, где пороговый момент - это оптимальный момент, основанный на максимальном выходном крутящем моменте двигателя (т.е. в условиях запаздывающего фазирования сгорания), контроллер двигателя может разделять запланированный основной впрыск топлива на по меньшей мере первый и второй впрыск. Кроме того, первый впрыск может подаваться до момента запланированного основного впрыска, в то время как второй впрыск подается с задержкой относительно момента запланированного основного впрыска топлива. Техническим эффектом разделения основного впрыска на множество меньших впрысков является то, что в результате события сгорания может быть получена большая энтальпия с использованием меньшей задержки фазирования сгорания и с поддержанием давления в цилиндре близким к заданному значению (и в пределах давления в цилиндре). Это позволяет увеличить экономию топлива и улучшить характеристики двигателя.
Таким образом, профиль основного впрыска может быть отрегулирован для воздействия на первичный(ые) впрыск(и) топлива, значительно влияющие на выходную мощность двигателя. Обычно предварительные впрыски не увеличивают в значительной степени напрямую мощность и выходной крутящий момент двигателя. Таким образом, профиль впрыска может оставить профиль предварительного впрыска неизменным. Однако в стратегии раздельного основного впрыска может использоваться предварительный впрыск (т.е. впрыск, обозначенный как «предварительный» контроллером двигателя), но объем впрыскиваемого топлива будет очень большим (>10%), и момент будет назначен так, что двигатель будет выполнять в значительной степени положительную работу. В этом отношении, предварительный впрыск может быть использован в качестве дополнительного события основного впрыска и не дольше, чем изначально предполагалось (или обозначалось) для стандартного предварительного впрыска. Другими словами, и как раскрыто ниже, «предварительный впрыск» может стать основным впрыском, независимо от обозначения.
На шаге 208 может быть подтверждено включение раздельного основного впрыска. Как показано согласно способу на ФИГ. 3, в одном примере раздельный основной впрыск может быть включен в ответ на запланированный основной впрыск топлива, задержанный на большее время, чем пороговый момент. В качестве альтернативы может быть включен раздельный основной впрыск в ответ на максимальное давление в цилиндре для запланированного основного впрыска топлива, происходящего позже порогового момента. Если раздельный основной впрыск включен, на шаге 209 способ содержит определение исходного профиля для раздельного впрыска топлива. Например, может быть определено количество впрысков в раздельном впрыске. Таким образом, основной впрыск может быть разделен на по меньшей мере первый и второй впрыск. В дополнение к количеству впрысков начальный профиль раздельного впрыска может содержать начальный момент каждого впрыска (такой как момент начала впрыска, момент окончания впрыска и усредненный момент впрыска), продолжительность каждого впрыска и объем топлива в каждом впрыске.
Абсолютное максимальное количество впрысков может быть ограничено контроллером двигателя на основе условий двигателя и дополнительно основано на емкости форсунки. Количество впрысков может быть определено на основе рабочих условий и минимального времени выдержки между впрысками топливной форсунки. В одном примере количество впрысков топлива может быть отрегулировано до значения, достаточного для постоянного/плоского давления в цилиндре при максимальном уровне давления в цилиндре, как можно раньше во время такта сжатия с одновременной как можно более ранней установкой предварительного окончания момента сгорания. Большее количество впрысков топлива обеспечивает лучшее управление скоростью выделения тепла в результате сгорания с минимизацией пикового давления на осциллограмме давления в цилиндре. Также добавляется дополнительное время выдержки между впрысками, что замедляет окончание финального впрыска топлива и поэтому задерживает окончание момента сгорания.
На шаге 210 способ дополнительно содержит калибровку раздельного впрыска. Как более подробно раскрыто со ссылкой на ФИГ. 4, калибровка основного впрыска топлива содержит регулировку объема, момента и продолжительности каждого впрыска раздельного впрыска топлива на основе максимального давления в цилиндре для оптимизации момента опережения основного впрыска и обеспечения двух или более пиков при заданном давлении в цилиндре (таком как максимальное давление в цилиндре). Впрыски могут быть калиброваны для увеличения экономии топлива двигателя (например, посредством снижения удельного расхода топлива, УРТ) и получения наибольшей энтальпии/теплоты из события сгорания. При калибровке раздельного впрыска способ переходит на шаг 218, где настройки калибровки двигателя обновляются, и на шаге 220 двигатель работает с подачей топлива согласно определенным профилям впрыска топлива и калиброванным настройкам.
Если раздельный основной впрыск не введен в работу, то на шаге 212 способ содержит определение того, является ли температура отработавших газов меньшей, чем пороговое значение. В одном примере пороговая температура основана на температуре активации каталитического нейтрализатора отработавших газов, такого как один или несколько окислительных каталитических нейтрализатора, расположенного выше по потоку, и восстановительных каталитических нейтрализатора, расположенного ниже по потоку. Если температура отработавших газов не ниже порогового значения, т.е. если отработавшие газы достаточно горячие, то на шаге 214 способ содержит снижение объема топлива в (однократном) основном впрыске для снижения температуры отработавших газов. Объем топлива в основном впрыске может быть снижен за счет снижения длительности топливного импульса или опережения момента окончания впрыска (ОВ). Затем способ переходит на шаг 218, где настройки калибровки двигателя обновляются, и двигатель работает с подачей топлива согласно определенным профилям впрыска топлива.
Если температура отработавших газов ниже порогового значения, т.е. если отработавшие газы не достаточно горячие, то на шаге 216 способ содержит увеличение объема топлива в (однократном) основном впрыске для соответствия требуемому крутящему моменту с увеличением температуры отработавших газов. Объем топлива в основном впрыске может быть увеличен за счет увеличения длительности топливного импульса или задержки момента окончания впрыска (ОВ). Затем способ переходит на шаг 218, где настройки калибровки двигателя обновляются, и на шаге 220 двигатель работает с подачей топлива согласно определенному профилю впрыска топлива и калиброванным настройкам.
Что касается ФИГ. 3, на ней представлен пример способа 300 для определения профиля основного впрыска. В частности, способ 300 обеспечивает контроллеру функцию определения, разделять или не разделять запланированный основной впрыск на множество меньших впрысков. Другими словами, способ 300 может содержать субалгоритм решения о вводе в работу раздельного впрыска первичного контура управления способа 200. В одном примере способ 300 может быть выполнен как часть способа 200, такого как на шаге 206.
На шаге 301 способ содержит извлечение данных, относящихся к расчетным рабочим условиям двигателя (таким как рассчитанные и/или измеренные на ФИГ. 2 на шаге 202). Дополнительно могут быть извлечены подробные данные, относящиеся к запланированному основному впрыску топлива. Например, контроллер может определять исходный запланированный профиль основного впрыска топлива на основе расчетных рабочих условий, а затем определять необходимость разделения основного впрыска топлива на основе определенных факторов, раскрытых ниже.
На шаге 302 способ содержит определение того, является ли один из параметров: максимальное давление в цилиндре (Peak_pr), температура отработавших газов (T_exh), крутящий момент, требуемый водителем (Tq_dmd) и запланированное количество основных впрысков топлива (Main_inj_qty), большим, чем соответствующий предел. В одном примере заданное максимальное давление в цилиндре может быть определено для заданных рабочих условий двигателя, и можно определить, является ли давление в цилиндре равным или большим, чем заданное максимальное давление в цилиндре. Максимальное давление в цилиндре может превышать заданное давление, если запланированный основной впрыск топлива в цилиндр происходит позже, чем пороговый момент, например, позже оптимального момента, основанного на максимальном выходном крутящем моменте двигателя. Если соответствующие пределы/заданные значения не превышены, на шаге 304 способ содержит определение того, гарантирует ли текущая частота вращения двигателя и номинальный крутящий момент раздельный основной впрыск. Например, контроллер может обращаться к предварительно установленной калибровочной таблице, отображающей профили впрыска (например, однократный впрыск или раздельный впрыск) как функцию частоты вращения и нагрузки двигателя. Если частота вращения двигателя и крутящий момент не гарантируют раздельный основной впрыск, то на шаге 314 способ содержит поддержание основного впрыска топлива как однократного впрыска и отсутствие ввода в работу раздельного основного впрыска. В данном случае способ может возобновить подачу топлива в двигатель для основного впрыска топлива как однократного впрыска с запланированным моментом и объемом (в соответствии с запланированным профилем основного впрыска топлива).
В некоторых примерах дополнительно или опционально можно определить, хотел ли водитель автомобиля ввести в работу раздельный впрыск топлива. Если входные данные пользователя относительно запроса на раздельный впрыск топлива не получены, то способ может поддерживать однократный основной впрыск топлива.
Если какой-либо из параметров, оцененных на шаге 302, превысил соответствующее заданное значение/пределы, способ переходит на шаг 306 для оценки или измерения максимального давления в цилиндре, приведенном в движение. В контексте данной заявки максимальное давление в цилиндре, приведенном в движение, относится к максимальному давлению в цилиндре, образовавшемуся за счет механического сжатия двигателя, когда двигатель вращается без впрыска топлива и сгорания. Максимальное давление в цилиндре, приведенном в движение, может быть рассчитано или оценено с использованием одного или нескольких из следующего: измеренное давление и/или температура в цилиндре, калибровочные таблицы и датчики двигателя, осуществляющие мониторинг предельных условий двигателя. Расчеты могут быть основаны, в качестве примера, на калибровочной схеме, хранящейся в памяти контроллера в виде функции условий частоты вращения/нагрузки двигателя. В качестве другого примера, расчеты могут быть основаны на корреляционной функции, учитывающей рабочий объем двигателя, геометрию цилиндра, эффективный коэффициент сжатия, входное давление, выпускное давление, входную температуру и поток воздуха среди прочих факторов. Расчеты могут также быть основаны на энергетической плотности топлива, имеющегося в топливном баке.
На шаге 308 способ содержит определение максимального давления в цилиндре (или предела максимального давления в цилиндре) для цилиндра на основе текущих рабочих условий двигателя. Например, предел максимального давления в цилиндре может быть определен для цилиндра на основе по меньшей мере частоты вращения двигателя и требуемого крутящего момента, а также на основе температур, включая температуру на впуске турбины. Контроллер двигателя может определять максимальное давление в цилиндре на основе, например, калибровочной таблицы, обозначенной на схеме как функция частоты вращения двигателя относительно требуемого номинального крутящего момента, а также температуры на впуске турбины (где предел снижается, если температура на впуске турбины достигает максимального порогового значения). В качестве другого примера, максимальное давление в цилиндре может быть основано на корреляционной функции между частотой вращения двигателя и требуемым обозначенным крутящим моментом.
На шаге 310 способ содержит сравнение максимального давления в цилиндре, приведенном в движение, с максимальным давлением в цилиндре и расчет разности максимальных давлений на основе разницы между максимальным давлением в цилиндре, приведенном в движение, и максимальным давлением в цилиндре. В частности, контроллер может вычитать максимальное давление в цилиндре (или предел давления в цилиндре) из расчетного максимального давления в цилиндре, приведенном в движение, для получения расчетной разницы максимального давления.
На шаге 312 способ содержит определение того, является ли разница максимального давления большей, чем минимальное пороговое значение для раздельного основного впрыска (threshold_min). Другими словами, определяют, будет ли цилиндр работать с заданным максимальным давлением в цилиндре или меньшим максимальным давлением в цилиндре при однократном основном впрыске топлива. Таким образом, если цилиндр работает с заданным максимальным давлением в цилиндре или меньшим максимальным давлением в цилиндре при однократном основном впрыске топлива, может потребоваться запаздывание фазирования сгорания, что приведет к повышенному расходу топлива и энтальпии. При таких условиях может быть успешно использован раздельный основной впрыск для опережения фазирования сгорания (или уменьшения требуемого запаздывания фазирования сгорания) с поддержанием давления в цилиндре в рамках пределов.
В частности, если разность максимального давления выше порогового значения, то на шаге 316 способ содержит ввод в работу раздельного основного впрыска топлива. Например, команда ввода в работу раздельного впрыска топлива может быть направлена от контроллера топливной форсунке. На шаге 318 способ также содержит определение исходного профиля раздельного впрыска топлива. Это может быть профиль раздельного впрыска топлива, определенный на основе рабочих условий и изначально запланированного основного впрыска топлива до дальнейшей калибровки. Например, может быть определено количество впрысков в раздельном впрыске. Таким образом, основной впрыск может быть разделен на по меньшей мере первый и второй впрыск. В дополнение к количеству впрысков начальный профиль раздельного впрыска может содержать начальный момент каждого впрыска (такой как момент начала впрыска, момент окончания впрыска и усредненный момент впрыска), продолжительность каждого впрыска и объем топлива в каждом впрыске.
Таким образом, целью регулирования профиля впрыска топлива является максимизация удельного расхода топлива (УРТ) и как можно более раннее опережение окончания сгорания с соблюдением значения нагрузки, направленного командой пользователя. Профиль регулируют для получения осциллограммы плоского давления или по меньшей мере как можно более плоского при максимальном давлении в цилиндре во время сгорания в цилиндре. Это обеспечивает максимальную термодинамическую работу (т.е. давление, умноженное на изменение объема).
В качестве примера, запланированный основной впрыск может быть разделен на два и более меньших впрысков. Начало момента впрыска для первого из меньших впрысков может иметь опережение (относительно начала момента запланированного основного впрыска), и объем топлива, подаваемого за первый впрыск, может увеличиваться до тех пор, пока первое максимальное давление не будет равно заданному. В частности, фазирование первого впрыска имеет опережение во время регулировки объема для достижения заданного давления, пока не будет достигнут максимальный КПД (согласно расчетам по тепловому КПД, среднему эффективному давлению и т.д.). Например, момент первого впрыска может иметь опережение относительно момента запланированного основного впрыска топлива для поддержания максимального давления в цилиндре первой форсунки равным пределу максимального давления или ниже. Время первого впрыска может затем быть окончено, когда максимальное давление в цилиндре первого впрыска достигнет предельного значения.
В другом примере момент, продолжительность и объем топлива, подаваемого за первый впрыск, могут быть определены на основе крутящего момента, требуемого водителем (или нагрузки двигателя).
Во время регулирования объема первого впрыска объем второго (и одного или нескольких последующих) впрыска соответственно уменьшается для поддержания общего объема топлива (как для запланированного основного впрыска). Фазирование второго (и одного или нескольких последующих) раздельного впрыска затем перемещается как можно ближе к окончанию предыдущего впрыска без превышения заданного давления в цилиндре. Объем впрыска затем максимизируется до тех пор, пока не достигнет максимального давления, если давление в цилиндре реагирует на объем топлива. Например, контроллер двигателя может задерживать момент второго впрыска относительно момента запланированного основного впрыска топлива для поддержания максимального давления в цилиндре второго впрыска равным или меньшим, чем предел максимального давления. Расстояние между максимальным давлением в цилиндре второго впрыска и максимальным давлением в цилиндре первого впрыска ограничено форсункой, расстояние определяют на основе физической минимальной задержки аппаратного обеспечения между окончанием первого впрыска и началом второго впрыска.
Дополнительно или в качестве альтернативы, если давление в цилиндре не реагирует на объем топлива, объем впрыска можно увеличивать до тех пор, пока температура на впуске турбины не достигнет заданного значения. Например, если температура на впуске турбины недостаточно поднята, продолжительность второго (или последующего) впрыска может быть увеличена, или окончание момента впрыска может быть задержано. Например, двигатель может быть двигателем с наддувом, содержащим впускной компрессор с приводом от газовой турбины, где продолжительность второго впрыска регулируется на основе температуры на впуске турбины, продолжительность уменьшается по мере того, как температура на впуске турбины возрастает выше пороговой температуры. За счет оптимизации на основе давления в цилиндре улучшаются характеристики двигателя. За счет оптимизации на основе температуры на впуске турбины может быть уменьшена турбояма. Следует понимать, что момент и продолжительность первого и второго впрысков могут быть дополнительно отрегулированы на основе расчетного УРТ двигателя для увеличения экономии топлива в двигателе при обеспечении запаздывающего фазирования сгорания. Таким образом, при разделении запланированного основного впрыска топлива могут поддерживаться момент и продолжительность основного впрыска топлива.
На шаге 320 способ также содержит калибровку раздельного впрыска топлива, как показано со ссылкой на ФИГ. 4. На шаге 322 способ содержит поддержание использования события раздельного впрыска в течение одного или нескольких событий сгорания в цилиндре до тех пор, пока давление в цилиндре и температура на впуске турбины не достигнут заданных значений. Т. е. основной впрыск для множества последовательных событий сгорания может быть разделен на множество меньших впрысков до тех пор, пока не будут достигнуты заданное давление отработавших газов и/или профиль температуры.
Если разность максимального давления ниже порогового значения, то на шаге 314 способ содержит поддержание однократного основного впрыска топлива и отсутствие ввода в работу раздельного основного впрыска топлива. Например, команда вывода из работы раздельного впрыска топлива может быть направлена от контроллера топливной форсунке.
Что касается ФИГ. 4, на ней представлен примерный способ 400 для калибровки раздельного основного впрыска топлива после принятия решения о вводе в работу разделения основного впрыска топлива. Калибровка содержит регулировку момента и продолжительности каждого впрыска раздельного впрыска топлива на основе заданного или предельного значения максимального давления в цилиндре, а также на основе факторов расхода топлива в двигателе. Например, регулировка может быть основана на выходных данных датчика давления в цилиндре относительно определенного заданного максимального давления в цилиндре. Способ 400 может содержать субалгоритм оптимизации раздельного впрыска первичного контура управления способа 200. В одном примере способ 400 может быть выполнен как часть способа 200, такого как на шаге 210, и/или как часть способа 300, такого как на шаге 320.
Способ 400 содержит на шаге 402 подтверждение включения раздельного впрыска. Т. е. можно подтвердить, что решение о разделении основного впрыска было подтверждено, и контроллером двигателя был направлен сигнал разделения основного впрыска топлива. Таким образом, раздельный впрыск может содержать по меньшей мере первый и второй впрыск. Основной впрыск топлива может быть разделен на большее количество впрысков. Если раздельный впрыск не подтвержден, на шаге 404 способ содержит поддержание однократного основного впрыска топлива.
На шаге 406 при подтверждении включения раздельного впрыска способ содержит расчет максимального давления в цилиндре для каждого впрыска раздельного впрыска топлива. Например, может быть рассчитано максимальное давление в цилиндре для первого впрыска раздельного основного впрыска (main_inj_1) и второго впрыска раздельного основного впрыска (main_inj_2). Максимальное давление в цилиндре для каждого впрыска может быть рассчитано или оценено с использованием одного или нескольких из следующего: измеренное давление и/или температура в цилиндре, калибровочные таблицы и датчики двигателя, осуществляющие мониторинг предельных условий двигателя. Расчеты могут быть основаны, в качестве примера, на калибровочной схеме, хранящейся в памяти контроллера в виде функции условий частоты вращения / нагрузки двигателя. В качестве другого примера, расчеты могут быть основаны на корреляционной функции, учитывающей рабочий объем двигателя, геометрию цилиндра, эффективный коэффициент сжатия, входное давление, выпускное давление, входную температуру и поток воздуха среди прочих факторов.
Контроллер затем переходит к калибровке первого впрыска и второго впрыска. В настоящем примере первый и второй впрыски показаны последовательно калиброванными. Однако следует понимать, что в альтернативных примерах первый и второй впрыски могут быть калиброваны одновременно.
В частности, на шаге 408 можно определить, является ли максимальное давление в цилиндре для первого впрыска (Peak_cyl_pr_1) большим, чем пороговое значение. Пороговое значение может быть максимальным давлением в цилиндре (или пределом максимального давления в цилиндре), определяемым на основе рабочих условий двигателя, таких как частота вращения двигателя и требуемый крутящий момент, как описано выше на ФИГ. 3. Если максимальное давление в цилиндре для первого впрыска выше порогового значения, то на шаге 410 способ содержит снижение объема топлива в первом впрыске. Объем топлива в первом впрыске раздельного впрыска может быть снижен с использованием, в качестве одного из примеров, замкнутого контура управления с обратной связью, на основе максимального давления в цилиндре (согласно измеренному датчиком давления в цилиндре). В другом примере объем топлива в первом впрыске может быть уменьшен при помощи упреждающей корреляции между объемом топлива, началом момента впрыска и максимальным давлением в цилиндре для первого впрыска. В ином случае, если максимальное давление в цилиндре для первого впрыска ниже порогового значения, то на шаге 412 способ содержит увеличение объема топлива в первом впрыске. Объем топлива в первом впрыске раздельного впрыска может быть увеличен с использованием, в качестве одного из примеров, замкнутого контура управления с обратной связью, на основе максимального давления в цилиндре (согласно измеренному датчиком давления в цилиндре). В другом примере объем топлива в первом впрыске может быть увеличен при помощи упреждающей корреляции между объемом топлива, началом момента впрыска и максимальным давлением в цилиндре для первого впрыска.
От шага 410 и 412 способ переходит на шаг 414, где определяется, равна ли скорость расхода топлива двигателем минимальному заданному значению. Например, можно определить, соответствует ли скорость расхода топлива двигателем минимальному пределу УРТ. Если ответ - «да», то на шаге 416 способ содержит поддержание момента первого впрыска. В ином случае, если скорость расхода топлива двигателем не соответствует минимальной заданной скорости (т.е. расход топлива выше требуемого), то на шаге 418 способ содержит регулирование момента первого впрыска. Здесь момент первого впрыска может быть сдвинут в сторону опережения или запаздывания от момента запланированного однократного основного впрыска топлива. В одном примере момент может быть отрегулирован при помощи упреждающей корреляции между расходом топлива, началом момента впрыска и объема топлива, подаваемого за первый впрыск.
После калибровки первого впрыска способ переходит к калибровке второго впрыска. В частности, от шага 416 и 418 способ переходит на шаг 420, где может быть определено, является ли расчетное максимальное давление в цилиндре второго впрыска (Peak_cyl_pr_2) большим, чем пороговое значение. Пороговое значение может быть максимальным давлением в цилиндре (или пределом максимального давления в цилиндре), определяемым на основе рабочих условий двигателя, таких как частота вращения двигателя и требуемый крутящий момент, как описано выше на ФИГ. 3. В настоящем примере максимальные давления первого и второго впрысков сравниваются с общим пороговым значением. Однако следует понимать, что в альтернативных примерах максимальное давление второго впрыска можно сравнить с пороговым значением, отличающимся от (например, в большую или меньшую сторону) порогового значения, с которым сравнивается максимальное давление первого впрыска.
Если максимальное давление в цилиндре для второго впрыска выше порогового значения, то на шаге 422 способ содержит задержку момента второго впрыска. Здесь момент второго впрыска задерживается относительно момента запланированного однократного основного впрыска. В одном примере момент второго впрыска может быть задержан с использованием замкнутого контура управления с обратной связью, на основе максимального давления в цилиндре (согласно измеренному датчиком давления в цилиндре). В другом примере момент второго впрыска может быть задержан с использованием упреждающей корреляции между началом момента впрыска и максимальным давлением в цилиндре для второго впрыска.
Если максимальное давление в цилиндре для второго впрыска меньше порогового значения, то на шаге 424 способ содержит смещение в сторону опережения момента второго впрыска. Здесь момент второго впрыска смещают в сторону опережения относительно момента запланированного однократного основного впрыска топлива. В одном из примеров, момент второго впрыска может быть смещен в сторону опережения с использованием замкнутого контура управления с обратной связью на основе максимального давления в цилиндре (согласно измеренному датчиком давления в цилиндре). В другом примере момент второго впрыска может быть смещен в сторону опережения при помощи упреждающей корреляции между началом момента впрыска и максимальным давлением в цилиндре для второго впрыска.
От шага 422 и 424 способ переходит на шаг 426, где определяют, является ли температура отработавших газов (T_exh) большей, чем пороговое значение. Например, может быть определено, что температура отработавших газов больше порогового значения, при превышении которого возможно ухудшение состояния компонентов двигателя. В качестве альтернативы может быть определено, что температура отработавших газов выше температуры активации каталитического нейтрализатора.
Если температура отработавших газов выше порогового значения, то на шаге 428 способ содержит снижение объема топлива во втором впрыске. В одном примере объем топлива во втором впрыске раздельного впрыска может быть снижен с использованием замкнутого контура управления с обратной связью на основе температуры отработавших газов (согласно измеренному датчиком температуры в выпускном коллекторе). В другом примере объем топлива во втором впрыске может быть уменьшен при помощи упреждающей корреляции между окончанием момента сгорания (или окончанием момента второго впрыска) и температурой отработавших газов. Таким образом, момент второго впрыска может быть отрегулирован так, что второй впрыск будет отставать от первого впрыска.
В ином случае, если температура отработавших газов ниже порогового значения, то на шаге 430 способ содержит увеличение объема топлива во втором впрыске. Объем топлива во втором впрыске раздельного впрыска может быть увеличен с использованием, в качестве одного из примеров, замкнутого контура управления с обратной связью на основе номинального крутящего момента. В другом примере объем топлива во втором впрыске может быть увеличен при помощи упреждающей корреляции между объемом топлива и номинальным крутящим моментом для второго впрыска.
В некоторых примерах регулирование первого и второго впрысков выполняется одновременно. Например, объем впрыскиваемого топлива первого впрыска регулируется для соответствия крутящему моменту, требуемому пользователем, объем топлива первого впрыска определяется при помощи схемы корреляции или калибровки на основе экспериментальных данных, связывающих объем основного впрыска с номинальным крутящим моментом. Это выполняется благодаря тому, что фактический номинальный крутящий момент или крутящий момент при торможении физически не измеряется в двигателе. Финальный впрыск раздельных впрысков может затем быть использован для соответствия крутящему моменту, требуемому пользователем, с увеличением объема до тех пор, пока не будет достигнут крутящий момент, заданный пользователем, и температура отработавших газов не станет ниже максимально допустимого значения. В ином случае двигатель может снизить собственную мощность и остановить увеличение объема топлива для финального раздельного основного впрыска.
В примерах, где раздельный впрыск содержит дополнительные впрыски, контроллер двигателя может калибровать дополнительные впрыски так же, как раскрыто выше. После калибровки первого и второго (и дополнительных) впрысков калиброванные настройки могут быть обновлены в памяти контроллера двигателя, и алгоритм может закончиться. После этого двигатель может возобновить подачу топлива с калиброванными настройками впрыска топлива.
В одном примере способ калибровки, раскрытый выше, может быть внедрен как фиксированная стратегия калибровки в контроллере двигателя. В качестве альтернативы способ калибровки может быть соединен с датчиком сгорания с обратной связью, таким как датчик давления в цилиндре, и калибровка может быть активирована согласно требованиям.
Кроме того, калибровка может дальше обновляться на основе информации, касающейся типа топлива, доступного для впрыска. Например, используя измерения СИЭД, или на основе выходных данных датчика содержания кислорода в отработавших газах контроллер может определять, обладает ли топливо высокой или низкой энергетической плотностью, и отрегулировать калибровку основного впрыска (включая количество раздельных впрысков, момент и продолжительность раздельных впрысков и т.д.) соответствующим образом, компенсируя таким образом разницу в топливе. В одном примере, если энергетическая плотность топлива низкая (например, если топливо биодизельное или кислородсодержащее), калибровка может содержать большее количество впрысков в раздельном впрыске. Для сравнения, если энергетическая плотность топлива высокая (например, если топливо дизельное), калибровка может содержать меньшее количество впрысков в раздельном впрыске. Таким образом, энергетическая плотность непосредственно влияет на продолжительность впрыска. Большая энергетическая плотность потребует более коротких впрысков и во многих случаях меньшее количество впрысков для достижения той же нагрузки и КПД двигателя. Кроме того, контроллер может регулировать раздельный впрыск в каждом цилиндре на основе информации из системы сгорания с обратной связью для каждого цилиндра (такой как датчик давления в цилиндре), таким образом учитывая возможную разницу между цилиндрами в коэффициенте сжатия или потоке воздуха.
Кроме того, продолжительность второго впрыска может быть отрегулирована на основе одного или нескольких показателей: температура на впуске турбины, уровень оксидов азота в отработавших газах, уровень углеводородов в выхлопной трубе и выбросы монооксида углерода в отработавших газах. Величины могут быть смоделированы или измерены. Кроме того, контроллер выполнен с возможностью переключения между калибровками, спроектированными специально для прогрева каждого каталитического нейтрализатора доочистки отдельно.
В качестве одного из примеров, профиль запланированного основного впрыска может содержать однократный задержанный впрыск, начинающийся на 2 ГУКВ до ВМТ и заканчивающийся на 10 ГУКВ после ВМТ, с максимальным давлением в цилиндре на 16 ГУКВ после ВМТ. В ответ на задержанное фазирование сгорания основной впрыск может быть разделен на два впрыска, содержащих первый впрыск, начатый на 10 ГУКВ до ВМТ и продолженный до 6 ГУКВ до ВМТ, и второй впрыск, начатый на 6 ГУКВ до ВМТ и продолженный до 12 ГУКВ после ВМТ.
В другом примере первый впрыск (включая момент, продолжительность и объем топлива) раздельного впрыска может быть отрегулирован на основе крутящего момента, требуемого пользователем. Затем второй впрыск (включая момент, продолжительность и объем топлива) может быть калиброван для генерирования температуры отработавших газов и энтальпии. Это связано с тем, что второй впрыск обеспечивает меньший крутящий момент, чем первый впрыск, за счет того, что он сгорает дальше от ВМТ.
Следует понимать, что в то время как в способах, раскрытых выше, раскрыты разделение основного впрыска и калибровка каждого из раздельных впрысков для увеличения давления в цилиндре и температуры отработавших газов до заданного значения температуры, находящегося в установленных пределах, в альтернативных примерах раздельный впрыск может быть калиброван для снижения давления в цилиндре и температуры отработавших газов до заданного значения температуры. Например, калибровка может быть использована для снижения максимального давления в цилиндре при заданном уровне крутящего момента и мощности для увеличения износостойкости двигателя.
Вариант осуществления изобретения примерного профиля раздельного основного впрыска топлива согласно настоящему раскрытию представлен на схеме 500 на ФИГ. 5. На карте 500 показано положение двигателя вдоль оси X в градусах угла поворота коленчатого вала (ГУПКВ). Возвращаясь к верхним графикам на каждой схеме, на кривой 502 показаны положения поршня (вдоль оси Y) со ссылкой на их расположение от верхней мертвой точки (ВМТ) и/или нижней мертвой точки (НМТ) и также со ссылкой на их расположение в четырех тактах (впуск, сжатие, рабочий такт и выхлоп) цикла двигателя. На схеме 500, в частности, изображены такт сжатия и рабочий такт, чтобы показать впрыски топлива, происходящие в или рядом с положением поршня в ВМТ между тактом сжатия и рабочим тактом. Согласно синусоидальной кривой 502, поршень постепенно перемещается вверх от НМТ (после завершения такта впуска) к ВМТ к концу такта сжатия. Затем поршень возвращается в НМТ к концу рабочего такта.
Средний график на схеме 500 показывает профиль давления в цилиндре для цилиндра, в котором происходит сгорание. Профиль давления в цилиндре для запланированного однократного основного впрыска топлива в цилиндре, показанного пунктирной кривой 508, сравнивается с профилем давления в цилиндре для раздельного основного впрыска топлива в цилиндре, показанного сплошной кривой 506.
Нижний график 510 показывает пример профиля впрыска топлива для цилиндра, в котором происходит сгорание. Профиль давления топлива (включая момент, продолжительность и т.д.) для запланированного однократного основного впрыска топлива в цилиндре, показанного пунктирными линиями (М1), сравнивается с профилем впрыска топлива для раздельного основного впрыска топлива в цилиндре, показанного сплошными линиями (М1' и М2'). В настоящем примере поддерживается профиль предварительного впрыска (Р1), предшествующего основному впрыску топлива.
В этом примере двигатель может быть двигателем с воспламенением от сжатия, в котором, в качестве неограничивающего примера, может происходить сгорание такого топлива, как дизельное или биодизельное.
Контроллер двигателя может определять исходный профиль впрыска топлива для подачи общего объема топлива. В исходном профиле контроллер двигателя может обеспечивать подачу общего объема топлива в цилиндр за два впрыска, включая однократный первый предварительный впрыск Р1 (также называемый «обильный» предварительный впрыск) и однократный второй основной впрыск М1. Первый предварительный впрыск Р1 может быть назначен для выполнения раньше во время такта сжатия в CAD1 с продолжительностью d1, в то время как второй основной впрыск может быть назначен для выполнения позднее во время рабочего такта в CAD2 с продолжительностью d2. Например, первый предварительный впрыск Р1, составляющий 1-20% от всего впрыснутого топлива, может быть назначен для выполнения на 32 ГУПКВ до ВМТ. Оставшаяся часть общего объема топлива может быть затем подана на 2 ГУПКВ после ВМТ. В результате данного профиля впрыска топлива максимальное давление в цилиндре может быть достигнуто на 16 ГУПКВ после ВМТ, как показано пунктирной кривой 508. Здесь, чтобы максимальное давление в цилиндре не превышало предел 504 максимального давления в цилиндре (например, равный или около 150 бар), фазирование сгорания задерживается так, что максимальное давление в цилиндре достигается позднее в рабочем такте.
Для улучшения эффективности сгорания и управления температурой отработавших газов и давлением в цилиндре запланированный однократный основной впрыск топлива М1 может быть разделен на множество меньших впрысков. В настоящем примере однократный основной впрыск разделен на первый основной впрыск М1' и второй основной впрыск М2'. Первый основной впрыск М1' производится в CAD3 с продолжительностью d3, в то время как второй основной впрыск М2' производится в CAD4 с продолжительностью d4. В частности, первый основной впрыск является предварительным относительно однократного основного впрыска (CAD3 является предварительным относительно CAD2), в то время как второй основной впрыск является запаздывающим относительно однократного основного впрыска (CAD3 является запаздывающим относительно CAD2). В качестве одного из примеров, первый основной впрыск может быть произведен в точке 10 после ВМТ, в то время как второй впрыск может быть произведен в точке 6 после ВМТ.
В дополнение к опережению первого впрыска продолжительность первого впрыска (и поэтому объем топлива в первом впрыске) увеличивается до тех пор, пока максимальное давление в цилиндре в результате первого впрыска (показано первым максимумом 507а графика 506) не станет равным заданному значению, т.е. равным или немного ниже предела 504 давления. Затем оставшаяся часть топлива подается во втором впрыске. Например, по мере того как объем топлива в первом впрыске увеличивается, объем топлива во втором впрыске соответственно уменьшается для поддержания того же общего объема топлива, подаваемого при раздельном впрыске (т.е. fuel_M1' + fuel_M2' = fuel_M1), что и при однократном основном впрыске (М1). В настоящем примере меньшая часть общего объема топлива основного впрыска подается в первом впрыске, в то время как оставшаяся большая часть подается во втором впрыске.
Момент второго впрыска регулируется на основе первого впрыска так, что максимальное давление в цилиндре в результате второго впрыска (показано вторым максимумом 507b графика 506) также равно заданному давлению, и, кроме того, возникает как можно ближе к окончанию максимального давления первого впрыска. Т.е. второй впрыск должен иметь как можно большее опережение, чтобы быть как можно ближе к окончанию момента первого впрыска с поддержанием максимального давления в цилиндре в рамках пределов. Дополнительно продолжительность второго впрыска может быть отрегулирована на основе температуры на впуске турбины для обеспечения достаточного тепла отработавших газов. Другими словами, момент первого и второго впрысков регулируется так, чтобы максимальные давления двух впрысков (т.е. максимумы 507а и 507b) возникали как можно ближе друг к другу, например, непосредственно друг за другом, будучи равными или ниже предела 504 давления.
Таким образом, давление в цилиндре и температура на впуске турбины могут быть подняты до заданных значений с использованием меньшего запаздывания фазирования сгорания (в одном примере - без запаздывания фазирования сгорания).
За счет калибровки основного впрыска на основе максимального давления в цилиндре достигаются различные преимущества. Например, увеличивается экономия топлива и улучшаются выбросы отработавших газов. Кроме того, экономия топлива и выбросы отработавших газов улучшаются при использовании системы двигателя с соплами с низким расходом.
Что касается ФИГ. 6, на ней представлен примерный способ 600 для регулирования фазирования сгорания и калибровки впрыска в ответ на условия каталитического нейтрализатора отработавших газов. Способ обеспечивает улучшенную активацию окислительного каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку, (такого как окислительный каталитический нейтрализатор дизельного топлива ОКНД) и восстановительного каталитического нейтрализатора, расположенного ниже по потоку (такого как ИКН), без ухудшения характеристик выбросов отработавших газов и экономии топлива.
На шаге 602 способ содержит оценку и/или измерение условий выпуска. Сюда входят, например, температура отработавших газов, давление отработавших газов и температура и состояние активации одного или нескольких каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Один или несколько каталитических нейтрализаторов устройства контроля токсичности могут содержать, например, окислитель каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку (такого как окислительный каталитический нейтрализатор дизельного топлива ОКНД), и восстановительный каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку (такой как ИКН). Дополнительно к условиям выпуска могут быть также оценены условия окружающей среды.
На шаге 604 можно определить, являются ли оба каталитических нейтрализатора, расположенные выше и ниже по потоку, неактивными. Например, если температура отработавших газов ниже порогового значения, оба каталитических нейтрализатора могут быть определены как неактивные. В другом примере оба каталитических нейтрализатора могут быть определены как неактивные в холодных условиях окружающей среды.
Если оба каталитических нейтрализатора неактивны, то на шаге 606 способ содержит работу двигателя с более низкой скоростью РОГ. Дополнительно на шаге 610 момент сгорания может поддерживаться в заданном значении (таком как ОМЗ). За счет снижения скорости РОГ в ответ на условия неактивного каталитического нейтрализатора уменьшаются выбросы углеводородов, возникающие во время активации каталитических нейтрализаторов. Дополнительно увеличивается скорость массового расхода отработавших газов.
При возврате на шаг 604, если оба каталитических нейтрализатора не являются неактивными, на шаге 610 можно определить, только ли каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, является активным. Например, если температура отработавших газов выше температуры активации первого каталитического нейтрализатора, но ниже температуры активации второго каталитического нейтрализатора, то только первый каталитический нейтрализатор может считаться активным. В другом примере только первый каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, может быть определен как активный, если температура отработавших газов выше порогового значения в течение более короткого срока.
Если только первый каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, активен, то на шаге 612 способ содержит работу двигателя с более высокой скоростью РОГ. Дополнительно на шаге 614 момент сгорания может быть смещен в сторону запаздывания для поднятия максимального давления в цилиндре, а также поднятия температуры отработавших газов. Момент сгорания может быть смещен в сторону запаздывания за счет разделения основного впрыска на два или более меньших впрысков и запаздывания среднего начала момента впрыска. Опционально, предварительный впрыск, предшествующий основному впрыску, может быть также разделен на два или более меньших впрысков. Кроме того, может быть увеличен объем топлива, подаваемого в цилиндр за счет распределенного впрыска. В результате увеличения РОГ и запаздывания фазирования сгорания температура отработавших газов может быть увеличена и уровень оксидов азота в отработавших газах может быть снижен за счет выбросов углеводородов, которые будут далее увеличивать температуру отработавших газов при окислении в первом окислительном каталитическом нейтрализаторе.
Здесь высокая и низкая скорость РОГ может быть основана на сроке эксплуатации каталитических нейтрализаторов, расположенных выше и ниже по потоку, и температуре отработавших газов.
Уровень задержки фазирования сгорания и примененное увеличение скорости РОГ могут быть отрегулированы по одному или нескольким параметрам, связанным с первым окислительным каталитическим нейтрализатором, включая температуру тела каталитического нейтрализатора, температуру на выходе каталитического нейтрализатора, общие выбросы углеводородов и эффективность преобразования. Дополнительно задержка фазирования и скорость РОГ могут быть увеличены на основе срока эксплуатации каталитического нейтрализатора и температуры двигателя. Кроме того, калибровка раздельного впрыска и использование РОГ могут быть отрегулированы в ответ на один или несколько следующих параметров: массовый расход отработавших газов, температура отработавших газов, температура каталитического нейтрализатора, расчетный коэффициент теплоотдачи отработавших газов, расчетное число Рейнольдса отработавших газов и теплоотдача системы отработавших газов. Эти параметры могут быть рассчитаны на основе данных, рассчитанных датчиком, смоделированных данных или ожидаемых значениях одной или нескольких альтернативных калибровок.
Возвращаясь на шаг 610, если каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, не является единственным активным каталитическим нейтрализатором, то на шаге 616 может быть подтверждено, что и каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, и каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку, активны. Например, если температура отработавших газов выше температуры активации первого и второго каталитических нейтрализаторов, то оба каталитических нейтрализатора могут считаться активными. В другом примере оба каталитических нейтрализатора могут быть определены как активные, если температура отработавших газов выше порогового значения в течение более длительного срока.
Если активен и каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, и каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку, то на шаге 618 способ содержит работу двигателя с более высокой скоростью РОГ. Дополнительно на шаге 620 момент сгорания может поддерживаться в заданном значении (таком как ОМЗ). За счет однократного увеличения скорости РОГ активируются оба каталитических нейтрализатора, увеличивается экономия топлива и снижаются выбросы оксидов азота.
В одном примере впрыск и калибровка РОГ, применяемые, когда оба каталитических нейтрализатора неактивны, могут происходить с высокой энтальпией и небольшой температурой отработавших газов (например, с высокой скоростью РОГ, низкой скоростью внутренней РОГ, РОГ с охлаждением, РОГ с низким давлением, с высоким давлением наддува), в то время как калибровка, применяемая когда активен только каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, может происходить с высокой температурой отработавших газов с меньшей энтальпией отработавших газов (например, РОГ при высоком давлении без охлаждения и/или внутренняя РОГ, с низким давлением наддува). Контроллер двигателя может выбирать, какую калибровку применять, на основе ожидаемой теплоотдачи каталитическому(им) нейтрализатору(ам). Разница между калибровкой минимального общего количества углеводородов и минимального количества оксидов азота, а также между калибровкам низкой и высокой энтальпии отработавших газов, может быть задана также просто, как регулировка одного калибровочного параметра, например, скорости РОГ. В качестве альтернативы, изменения могут содержать множество калибровочных приводов, таких как один или несколько параметров: частота вращения двигателя, нагрузка, обход охладителя РОГ, объем внутренней РОГ, давление наддува и т.д.
В другом примере контроллер может разделять основной впрыск топлива на по меньшей мере первый и второй впрыск. Первый впрыск может опережать или отставать от момента сгорания запланированного основного впрыска топлива, момент, продолжительность и объем топлива в первом впрыске регулируются на основе нагрузки двигателя или крутящего момента, требуемого пользователем. Затем второй впрыск может быть отрегулирован на основе температуры каталитического нейтрализатора. Например, момент второго впрыска может отставать от первого впрыска, и объем топлива во втором впрыске может быть ограничен (ниже требуемого объема), когда первый каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, не был активирован, объем топлива во втором впрыске увеличился после активации первого каталитического нейтрализатора, объем увеличился для обеспечения активации второго каталитического нейтрализатора. Таким образом, объем топлива во втором впрыске, а не непосредственно первый впрыск влияет на температуру каталитического нейтрализатора. Однако количество топлива во втором впрыске ограничено выбросами углеводородов. В результате объем топлива во втором впрыске ограничивается до тех пор, пока каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, (например, ОКНД, ответственный за выбросы общего количества углеводородов из выхлопной трубы) не станет активным и не достигнет активации. Как только каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, активируется, объем топлива во втором впрыске может быть увеличен для увеличения температуры отработавших газов и ускорения активации второго каталитического нейтрализатора, расположенного ниже по потоку. Это связано с тем, что первый каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку, при активации предупреждает негативные последствия выбросов углеводородов, чтобы больший объем топлива мог быть добавлен во второй впрыск без значительного увеличения выбросов из выхлопной трубы. В другом примере продолжительность первого впрыска основана на температуре первого каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку, в то время как продолжительность второго впрыска регулируется на основе температуры второго каталитического нейтрализатора, расположенного ниже по потоку.
Таким образом, калибровка двигателя может смещаться вдоль кривой соотношения оксидов азота и общего количества углеводородов. Кроме того, калибровка может непрерывно оптимизировать условия отработавших газов на основе функционального состояния каталитических нейтрализаторов доочистки. В целом, время активации может быть снижено при поддержании управления выбросами из выхлопной трубы, тем самым увеличивая соответствие требованиям по выбросам.
Примерный способ для двигателя содержит: в ответ на прогнозируемое максимальное давление в цилиндре для планируемого основного впрыска топлива в цилиндр, происходящего позже порогового момента, разделение запланированного основного впрыска топлива на по меньшей мере первый и второй впрыски, причем первый впрыск смещен в сторону опережения относительно момента запланированного основного впрыска топлива. В предыдущем примере способ может также дополнительно или опционально содержать регулирование момента и продолжительности первого и второго впрысков на основе заданного максимального давления в цилиндре. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально регулирование, основанное на пределе максимального давления в цилиндре, содержит регулирование, основанное на выходных данных датчика давления в цилиндре относительно заданного максимального давления. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально регулирование содержит смещение в сторону опережения момента первого впрыска относительно момента запланированного основного впрыска топлива для поддержания максимального давления в цилиндре первого впрыска равным или меньшим, чем заданное максимальное давление. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально способ содержит окончание продолжительности первого впрыска, когда максимальное давление в цилиндре первого впрыска достигнет заданного максимального давления. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально регулирование содержит смещение в сторону запаздывания момента второго впрыска относительно момента первого впрыска для поддержания максимального давления в цилиндре второго впрыска равным или меньшим, чем заданное максимальное давление. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально двигатель может быть двигателем с наддувом, содержащим впускной компрессор с приводом от газовой турбины, причем продолжительность второго впрыска дополнительно регулируют на основе температуры на впуске турбины, причем продолжительность уменьшают по мере того, как температура на впуске турбины возрастает выше пороговой температуры. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально момент и продолжительность первого и второго впрысков дополнительно регулируют на основе расчетного УРТ двигателя. В любом или всех предыдущих примерах запланированный основной впрыск топлива является основным впрыском, следующим за предварительным впрыском топлива, и причем давление в цилиндре имеет только два максимума, каждый из которых соответствует одному из двух впрысков, и причем два максимума находятся в пределах порогового значения друг от друга, что включает в себя в пределах 10% друг от друга, но оба максимума ниже максимально допустимого давления в цилиндре, определенного на основе рабочих условий двигателя. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально запланированный основной впрыск топлива является основным впрыском, следующим за предварительным впрыском топлива. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально при разделении запланированного основного впрыска топлива поддерживают момент и продолжительность предварительного впрыска топлива.
Другой примерный способ для двигателя содержит: работу двигателя с моментом сгорания, равным заданному моменту, и меньшей скоростью РОГ до тех пор, пока температура в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, расположенным выше по потоку, не станет выше порогового значения; а затем работу двигателя с моментом сгорания, отстающим от заданного момента, и с более высокой скоростью РОГ для ускорения нагрева второго каталитического нейтрализатора отработавших газов, расположенного ниже по потоку, отстающий момент сгорания включает в себя раздельный впрыск топлива. В предыдущем примере дополнительно или опционально работа двигателя с моментом сгорания, отстающим от заданного момента, содержит: разделение запланированного основного впрыска топлива на по меньшей мере первый и второй впрыски, причем момент первого впрыска калибруют на основе крутящего момента, требуемого водителем, и причем момент второго впрыска задерживают относительно момента первого впрыска, и причем объем второго впрыска основан на температуре отработавших газов. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально более низкую и более высокую скорости РОГ регулируют на основе срока эксплуатации первого и второго каталитических нейтрализаторов, температуры двигателя и температуры отработавших газов. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально период между окончанием первого впрыска и началом второго впрыска регулируют на основе температуры второго каталитического нейтрализатора. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально двигатель является двигателем с турбонагнетателем, и продолжительность второго впрыска регулируют на основе одного или нескольких параметров: температура на впуске турбины, уровень оксидов азота в отработавших газах, уровень углеводородов в выхлопной трубе и уровень монооксида углерода в отработавших газах.
Другой примерный способ для двигателя с наддувом содержит: при первом условии - разделение впрыска топлива и сдвиг в сторону опережения усредненного момента сгорания раздельного впрыска топлива на основе максимального давления в цилиндре и температуры на впуске турбины; и при втором условии - разделение впрыска топлива и задержку усредненного момента сгорания раздельного впрыска топлива на основе температуры каталитического нейтрализатора. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально разделение впрыска топлива содержит разделение запланированного основного впрыска топлива, следующего за предварительным впрыском топлива цикла сгорания, причем при первом условии усредненный момент сгорания раздельного впрыска топлива смещают в сторону опережения относительно момента сгорания запланированного основного впрыска топлива, и причем при втором условии усредненный момент сгорания раздельного впрыска топлива задерживают относительно момента сгорания запланированного основного впрыска топлива. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально при первом условии разделение содержит разделение впрыска топлива на по меньшей мере первый впрыск, опережающий момент сгорания запланированного основного впрыска топлива, и по меньшей мере второй впрыск, отстающий от момента сгорания запланированного основного впрыска топлива, при этом продолжительность первого впрыска и период между первым впрыском и вторым впрыском регулируют на основе расчетного максимального давления в цилиндре в отношении к предельному значению давления в цилиндре, а продолжительность второго впрыска регулируют на основе температуры на впуске турбины. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально при втором условии разделение содержит разделение впрыска топлива на по меньшей мере первый впрыск, опережающий или отстающий от момента сгорания запланированного основного впрыска топлива, и по меньшей мере второй впрыск, отстающий от момента сгорания первого впрыска, первый впрыск основан на нагрузке двигателя, второй впрыск основан на температуре каталитического нейтрализатора. В любом или всех предыдущих примерах дополнительно или опционально двигатель содержит первый каталитический нейтрализатор отработавших газов, расположенный выше по потоку, и второй каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку, соединенные с выпускным коллектором двигателя, в котором при первом условии первый и второй каталитические нейтрализаторы отработавших газов достигли активации, и причем при втором условии объем топлива во втором впрыске ограничивают, если первый каталитический нейтрализатор не достиг активации, и причем объем топлива во втором впрыске увеличивают после достижения активации первым каталитическим нейтрализатором отработавших газов, объем увеличивают для активации второго каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Технический эффект разделения основного впрыска на множество меньших впрысков состоит в том, что мощность, крутящий момент и расход топлива двигателя могут быть улучшены даже при условиях, в которых момент впрыска задерживается для поддержания давления в цилиндре в рамках предельного максимального давления. За счет калибровки впрысков выходная мощность и выходной крутящий момент от впрыска топлива могут быть увеличены без дорогостоящих и сложных изменений оборудования двигателя, таких изменений, которые потребуются для увеличения максимального давления зажигания или температуры отработавших газов. Дополнительно выходная мощность и выходной крутящий момент могут быть увеличены без увеличения размера сопла форсунки, что в ином случае может ухудшить свойства выбросов отработавших газов и снизить экономию топлива. Кроме того, подход согласуется с использованием сопел с низким расходом. За счет использования сопел с низким расходом можно преодолеть пределы форсунок, ограничивающие впрыскиваемый объем. Кроме того, заданная мощность двигателя и крутящий момент могут быть достигнуты даже при использовании топлива с низкой энергетической плотностью. В заключение, время активации каталитического нейтрализатора может быть снижено при поддержании управления выбросами из выхлопной трубы, тем самым увеличивая соответствие требованиям по выбросам двигателя.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться управляющей системой, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопотоковые и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Точно так же, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей и преимуществ, раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и раскрытия. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в управляющей системе двигателя, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего раскрытия изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считают новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент, или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут содержать один или несколько указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения настоящих пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются помещенными в предмет настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИМ НЕЙТРАЛИЗАТОРОМ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ | 2017 |
|
RU2704902C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) УПРАВЛЕНИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРОМ ПОСРЕДСТВОМ ОТКЛЮЧЕНИЯ КЛАПАНА В РАЗДЕЛЬНОЙ ВЫХЛОПНОЙ СИСТЕМЕ ДВИГАТЕЛЯ | 2015 |
|
RU2709393C2 |
| Способ и система для работы каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя | 2018 |
|
RU2705291C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ГИБРИДНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО | 2017 |
|
RU2689228C2 |
| СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ДИСБАЛАНСА ВОЗДУШНО-ТОПЛИВНОГО ОТНОШЕНИЯ В ЦИЛИНДРАХ ДВИГАТЕЛЯ | 2017 |
|
RU2719372C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ | 2015 |
|
RU2697285C2 |
| Способ (варианты) впрыска воды в двигатель | 2017 |
|
RU2710446C2 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2697901C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА | 2017 |
|
RU2686539C1 |
| СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) | 2017 |
|
RU2716943C2 |
Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей для двигателей внутреннего сгорания. Представлены способы и системы для улучшения характеристик двигателя в условиях высокой нагрузки с ограниченным фазированием сгорания при поддержании максимального давления в цилиндре в рамках пределов. После предварительного впрыска топлива основной впрыск топлива разделяют на множество меньших впрысков, меньшие впрыски распределяют относительно момента основного впрыска топлива так, что максимальное давление в цилиндре для каждого впрыска находится в рамках пределов давления в цилиндре. Таким образом, создается большая энтальпия для ускорения нагрева каталитических нейтрализаторов отработавших газов, улучшается топливная экономичность, повышаются мощность и крутящий момент, а также снижается токсичность отработавших газов двигателя. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:
в ответ на прогнозируемое максимальное давление в цилиндре для планируемого основного впрыска топлива в цилиндр, происходящего позже порогового момента, осуществляют разделение запланированного основного впрыска топлива на по меньшей мере первый и второй впрыски, причем первый впрыск смещен в сторону опережения относительно момента запланированного основного впрыска топлива; и регулируют момент и продолжительность первого и второго впрысков на основе заданного максимального давления в цилиндре,
при этом двигатель является двигателем с наддувом, содержащим впускной компрессор с приводом от газовой турбины,
а продолжительность второго впрыска дополнительно регулируют на основе температуры на впуске турбины, причем продолжительность уменьшают по мере того, как температура на впуске турбины возрастает выше пороговой температуры.
2. Способ по п. 1, в котором регулирование, основанное на пределе максимального давления в цилиндре, содержит регулирование, основанное на выходных данных датчика давления в цилиндре относительно заданного максимального давления.
3. Способ по п. 1, в котором регулирование содержит смещение в сторону опережения момента первого впрыска относительно момента запланированного основного впрыска топлива для поддержания максимального давления в цилиндре первого впрыска равным или меньшим, чем заданное максимальное давление.
4. Способ по п. 3, в котором завершают продолжительность первого впрыска, когда максимальное давление в цилиндре первого впрыска достигнет заданного максимального давления.
5. Способ по п. 3, в котором регулирование дополнительно содержит задержку момента второго впрыска относительно момента первого впрыска для поддержания максимального давления в цилиндре второго впрыска равным или меньшим, чем заданное максимальное давление.
6. Способ по п. 1, в котором момент и продолжительность первого и второго впрысков дополнительно регулируют на основе расчетного удельного расхода топлива (УРТ) двигателя.
7. Способ по п. 1, в котором запланированный основной впрыск топлива представляет собой основной впрыск топлива, следующий за предварительным впрыском топлива, при этом давление в цилиндре имеет только два максимума, каждый максимум соответствует одному из двух основных впрысков и при этом два максимума находятся в пределах порогового значения друг от друга, что включает в себя в пределах 10% друг от друга, но оба максимума ниже максимально допустимого давления в цилиндре, определенного на основе рабочих условий двигателя.
8. Способ по п. 7, в котором при разделении запланированного основного впрыска топлива поддерживают момент и продолжительность предварительного впрыска топлива.
9. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:
эксплуатируют двигатель с моментом сгорания, равным заданному моменту, и более низкой скоростью рециркуляции отработавших газов (РОГ), до тех пор, пока температура первого каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку, не станет выше порогового значения; и
затем эксплуатируют двигатель с моментом сгорания, отстающим от заданного момента и с более высокой скоростью РОГ для ускорения нагрева второго каталитического нейтрализатора отработавших газов, расположенного ниже по потоку, причем отстающий момент сгорания включает в себя раздельный впрыск топлива.
10. Способ по п. 9, в котором работа двигателя с моментом сгорания, отстающим от заданного момента, содержит: разделение запланированного основного впрыска топлива на по меньшей мере первый и второй впрыски, причем момент первого впрыска калибруют на основе крутящего момента, требуемого водителем, причем момент второго впрыска задерживают относительно момента первого впрыска, причем объем второго впрыска основан на температуре отработавших газов.
11. Способ по п. 10, в котором более низкую и более высокую скорости РОГ регулируют на основе срока эксплуатации первого и второго каталитических нейтрализаторов, на основе температуры двигателя и температуры отработавших газов.
12. Способ по п. 10, в котором период между окончанием первого впрыска и началом второго впрыска регулируют на основе температуры второго каталитического нейтрализатора.
13. Способ по п. 10, в котором двигатель является двигателем с турбонагнетателем, причем продолжительность второго впрыска регулируют на основе одного или нескольких из следующих параметров: температура на впуске турбины, уровень оксидов азота в отработавших газах, уровень углеводородов в выхлопной трубе и уровень монооксида углерода в отработавших газах.
14. Способ для двигателя с наддувом, содержащий шаги, на которых:
при первом условии осуществляют разделение впрыска топлива и сдвиг в сторону опережения усредненного момента сгорания раздельного впрыска топлива на основе максимального давления в цилиндре и температуры на впуске турбины; и при втором условии осуществляют разделение впрыска топлива и задержку усредненного момента сгорания раздельного впрыска топлива на основе температуры каталитического нейтрализатора.
15. Способ по п. 14, в котором разделение впрыска топлива содержит разделение запланированного основного впрыска топлива, следующего за предварительным впрыском топлива цикла сгорания, причем при первом условии усредненный момент сгорания раздельного впрыска топлива смещают в сторону опережения относительно момента сгорания запланированного основного впрыска топлива, причем при втором условии усредненный момент сгорания раздельного впрыска топлива задерживают относительно момента сгорания запланированного основного впрыска топлива.
16. Способ по п. 15, в котором при первом условии разделение содержит разделение впрыска топлива на по меньшей мере первый впрыск, опережающий момент сгорания запланированного основного впрыска топлива, и по меньшей мере второй впрыск, отстающий от момента сгорания запланированного основного впрыска топлива, причем продолжительность первого впрыска и период между первым впрыском и вторым впрыском регулируют на основе расчетного максимального давления в цилиндре в отношении к предельному значению давления в цилиндре, причем продолжительность второго впрыска регулируют на основе температуры на впуске турбины.
17. Способ по п. 15, в котором при втором условии разделение содержит разделение впрыска топлива на по меньшей мере первый впрыск, опережающий или отстающий от момента сгорания запланированного основного впрыска топлива, и по меньшей мере второй впрыск, отстающий от момента сгорания первого впрыска, причем первый впрыск основан на нагрузке двигателя, второй впрыск основан на температуре каталитического нейтрализатора.
18. Способ по п. 17, в котором двигатель содержит первый каталитический нейтрализатор отработавших газов, расположенный выше по потоку, и второй каталитический нейтрализатор отработавших газов, расположенный ниже по потоку, соединенные с выпускным коллектором двигателя, причем при первом условии первый и второй каталитические нейтрализаторы отработавших газов достигли активации, причем при втором условии объем топлива во втором впрыске ограничивают, если первый каталитический нейтрализатор отработавших газов не достиг активации, причем объем топлива во втором впрыске увеличивают после достижения активации первым каталитическим нейтрализатором отработавших газов, причем объем увеличивают для активации второго каталитического нейтрализатора отработавших газов.
| Устройство для уменьшения колебаний объекта | 1982 |
|
SU1035315A1 |
| US 20110172897 A1, 14.07.2011 | |||
| Способ исследования обтекания сферических тел | 1960 |
|
SU140272A1 |
