Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание относится к способам и системам для осуществления впрыска воды в двигатель с охладителем заряда воздуха.
Уровень техники и раскрытие сущности изобретения
Двигатели внутреннего сгорания могут содержать системы впрыска воды, которые осуществляют впрыск воды из накопительного бака на нескольких участках, включающих в себя впускной коллектор, расположенный выше по потоку от цилиндров двигателя, впускной тракт, расположенный выше по потоку от впускных клапанов цилиндра, или непосредственно в цилиндры двигателя. Один из примеров системы двигателя с форсунками, установленными на нескольких участках, представлен Брехобом (Brehob) и др. в US 7,426,918. Впрыск воды во впускной воздух двигателя может способствовать увеличению экономии топлива, производительности двигателя, а также сокращению выбросов двигателя. Когда впрыск воды осуществляют во впуск двигателя или в цилиндры, воде передается тепло от впускного воздуха и/или компонентов двигателя. Такая теплопередача приводит к испарению, в результате которого происходит охлаждение. Впрыск воды во впускной воздух (к примеру, во впускной коллектор) снижает как температуру впускного воздуха, так и температуру сгорания в цилиндрах двигателя. За счет охлаждения заряда впускного воздуха может быть снижена подверженность к детонации без обогащения воздушно-топливного отношения сгорания. Также это может способствовать увеличению степени сжатия, опережению момента зажигания и снижению температуры отработавших газов. В результате улучшается эффективность использования топлива. Помимо этого, 
объемная эффективность может способствовать увеличению крутящего момента.
Однако преимущества от впрыска воды могут быть ограничены относительной влажностью заряда воздуха. К примеру, охлаждающий эффект, оказываемый впрыском воды на заряд воздуха, зависит от охлаждения впрыснутой воды за счет испарения. При этом если воздух влажный, меньшая часть впрыснутой воды способна к испарению, что приводит к меньшему охлаждению заряда воздуха. С другой стороны, эффект разбавления заряда за счет впрыска воды зависит от наличия воды, рассеянной в более теплом воздухе; причем указанный эффект усиливается во влажных условиях.
Авторы настоящего изобретения выявили, что поток охлаждающей жидкости, проходящий через охладитель заряда воздуха (ОЗВ), можно использовать для поддержания постоянной температуры заряда воздуха, выходящего из указанного охладителя. В условиях, когда с помощью компрессора, расположенного выше по потоку, осуществляется наддув, в охладитель поступает горячий заряд воздуха, и поток охлаждающей жидкости охлаждает указанный заряд воздуха до его подачи в двигатель. Другими словами, ОЗВ работает в режиме охлаждения с передачей тепла от заряда воздуха охлаждающей жидкости. При этом в условиях, когда в охладитель поступает холодный заряд воздуха, поток охлаждающей жидкости через охладитель заряда воздуха может использоваться для нагрева указанного заряда. Другими словами, охладитель заряда воздуха будет функционировать в режиме нагрева с передачей тепла от охлаждающей жидкости заряду воздуха. В результате преимущества от впрыска воды могут быть улучшены за счет осуществления впрыска воды выше по потоку от охладителя заряда воздуха в сухих и холодных условиях окружающей среды, и осуществления впрыска воды ниже по потоку от охладителя заряда воздуха во влажных или теплых условиях. Эффективно используя разные направления теплообмена в ОЗВ, впрыск воды до ОЗВ в холодных и сухих условиях может применяться для нагрева и повышения влажности воздуха, подаваемого в двигатель. При этом в жарких условиях впрыск воды после ОЗВ может использоваться для охлаждения заряда воздуха. Один из примеров способа для двигателя включает следующие этапы: при работе охладителя заряда воздуха в режиме нагрева осуществляют впрыск большей части воды выше по потоку от указанного охладителя; а при работе указанного охладителя в режиме охлаждения осуществляют впрыск большей части воды ниже по потоку от указанного охладителя.
К примеру, в ответ на запрос на разбавление в двигателе, поступивший при работе двигателя в режиме без наддува, может быть определено количество воды для впрыска, необходимое для удовлетворения указанного запроса на разбавление в двигателе. Если на момент запроса на разбавление в двигателе условия окружающей среды являются сухими и холодными (к примеру, если транспортное средство едет по пустыне), часть определенного количества воды для впрыска, может быть впрыснута в двигатель выше по потоку от ОЗВ, а оставшаяся, меньшая, часть определенного количества воды для впрыска, может быть впрыснута ниже по потоку от ОЗВ. При этом в ответ на запрос двигателя на охлаждение двигателя (к примеру, для подавления детонации), полученный при работе двигателя в режиме наддува, может быть определено количество воды для впрыска, необходимое для охлаждения двигателя. Если на момент запроса на охлаждение двигателя условия окружающей среды являются теплыми или жаркими, большая часть определенного количества воды для впрыска, может быть впрыснута в двигатель ниже по потоку от ОЗВ, а оставшаяся, меньшая, часть определенного количества воды для впрыска, может быть впрыснута непосредственно в цилиндр двигателя или выше по потоку от ОЗВ. В каждом из случаев количество впрыснутой воды может быть отрегулировано, принимая во внимание уровень конденсата в ОЗВ, для снижения вероятности пропуска зажигания, вызванного конденсатом.
Таким образом, преимущества от впрыска воды могут быть расширены за счет того, что движение потока воздуха через ОЗВ в холодных, сухих условиях сопровождается впрыском воды на участке до ОЗВ для нагрева и повышения влажности заряда воздуха до его подачи к двигателю. За счет впрыска воды на участке до ОЗВ вода получает теплоту испарения, что повышает общий объем воды, который может быть впрыснут в двигатель (относительно участка после ОЗВ), приводя к более выраженному эффекту разбавления заряда от впрыска воды. За счет забора тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей по ОЗВ во время холодных условий окружающей среды, заряд воздуха может быть нагрет до выхода из ОЗВ при отсутствии необходимости в отдельном нагревательном устройстве. За счет того, что движение потока воздуха через ОЗВ во время жарких условий при наддуве сопровождается впрыском воды на участке после ОЗВ для охлаждения заряда воздуха до его подачи к двигателю, усиливается эффект охлаждения заряда от впрыска воды. За счет подавления детонации с помощью впрыска воды снижается необходимость использования запаздывания зажигания, что приводит к экономии топлива.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной за раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение системы двигателя, выполненной с возможностью впрыска воды.
На Фиг. 2 представлен пример изменения относительной влажности в зависимости от температуры окружающей среды и давления.
На Фиг. 3 представлена подробная блок-схема изменения положения участка впрыска воды в зависимости от температуры и влажности окружающей среды.
На Фиг. 4 представлен график, изображающий пример регулировок в отношении количества впрыскиваемой воды и моментов осуществления впрыска для компенсации неравномерного распределения воды по цилиндрам.
Осуществление изобретения
Представленное ниже описание относится к системам и способам для расширения преимуществ от впрыска воды из системы впрыска воды, соединенной с двигателем транспортного средства, пример которого описан со ссылкой на систему транспортного средства, представленную на Фиг. 1. Система двигателя может быть выполнена с возможностью осуществления впрыска воды на различных участках, включая участки выше и ниже по потоку от охладителя заряда воздуха (ОЗВ), что обеспечивает различные преимущества от впрыска воды, такие как охлаждение заряда воздуха, охлаждение компонентов двигателя и разбавления в двигателе. Контроллер может быть выполнен с возможностью осуществления программы управления, пример которой представлен на Фиг. 3, для выбора отношения количества воды для впрыска на участке до ОЗВ к количеству воды для впрыска на участке после ОЗВ; выбор делается на основании запросов на охлаждение двигателя и разбавление в двигателе, а также на основании температуры окружающей среды и условий влажности. В связи с изменением относительной влажности в зависимости от температуры и давления (как показано на Фиг. 2) преимущества охлаждения заряда воздуха от впрыска воды могут быть усилены за счет осуществления впрыска воды на участке после ОЗВ. При этом преимущества разбавления заряда от впрыска воды могут быть усилены за счет осуществления впрыска воды на участке до ОЗВ. Пример осуществления впрыска воды показан на Фиг. 4. За счет возможности увеличения количества воды, впрыскиваемой в двигатель, преимущества от впрыска воды могут распространиться на более широкий диапазон условий работы двигателя. Как следствие, эффективность использования воды может повыситься, что приведет к значительной экономии топлива при работе транспортного средства.
На Фиг. 1 представлен пример осуществления системы 100 двигателя, выполненного с системой 60 впрыска воды. Система 100 двигателя установлена в автотранспортном средстве 102, изображенном схематично. Система 100 двигателя включает двигатель 10, изображенный в виде двигателя с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, содержащим компрессор 14, приводимый в действие турбиной 116. В частности, наружный воздух подается по впускному каналу 142 в двигатель 10 через воздухоочиститель 31 к компрессору 14. Компрессор может быть любым подходящим компрессором для впускного воздуха, к примеру, компрессором с приводом от мотора или механическим нагнетателем с приводом от приводного вала. В системе 100 двигателя компрессор показан в виде компрессора турбонагнетателя, механически соединенного с турбиной 116 посредством вала 19; турбина 116 приводится в движение за счет расширения отработавших газов двигателя. В одном из примеров компрессор и турбина могут быть соединены в виде турбонагнетателя с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может быть турбонагнетателем с изменяемой геометрией (ТИГ), в котором геометрия турбины активно меняется в зависимости от частоты вращения двигателя и других условий работы.
Как показано на Фиг. 1, компрессор 14 соединен через охладитель 118 заряда воздуха (ОЗВ) с дроссельным клапаном (к примеру, впускным дросселем) 20. ОЗВ может быть теплообменником по типу воздух-воздух или воздух-охлаждающая жидкость (как в настоящем примере). Дроссельный клапан 20 соединен с впускным коллектором 122 двигателя. От компрессора 14 заряд горячего сжатого воздуха поступает на вход ОЗВ 118, во время прохождения через ОЗВ заряд охлаждается, после чего заряд выходит из ОЗВ, поступая через дроссельный клапан 20 во впускной коллектор 122. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, датчик 124 абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) осуществляет измерение давления заряда воздуха внутри впускного коллектора, а датчик 24 давления наддува осуществляет измерение давления наддува. Перепускной клапан компрессора (не показан) может быть установлен на участке между входом и выходом компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может быть нормально закрытым клапаном, выполненным с возможностью быть открытым при определенных условиях работы для сброса избыточного давления наддува. К примеру, перепускной клапан компрессора может быть открыт в ответ на помпаж компрессора.
ОЗВ 118 также термически связан с системой 120 охлаждающей жидкости. Система 120 охлаждающей жидкости может содержать радиатор 130, служащий для рассеивания тепла от нагретой охлаждающей жидкости в атмосферу. Система 120 охлаждающей жидкости может также содержать дополнительные трубопроводы охлаждающей жидкости или контуры (не показаны), которые соединяют систему охлаждающей жидкости с системой двигателя так, что охлаждающая жидкость может циркулировать вокруг блока 182 двигателя (для ускорения нагрева двигателя) и/или по охладителю 50 РОГ. За счет теплообмена между ОЗВ 118 и системой 120 охлаждающей жидкости поддерживается постоянная температура заряда воздуха, покидающего ОЗВ 118 (к примеру, на уровне 35°С или примерно равной 35°С). Во время работы двигателя в режиме наддува впускной воздух, сжатый компрессором 14, подается в двигатель через ОЗВ 118. Во время прохождения через компрессор, воздух нагревается. Поэтому при работе двигателя в режиме наддува ОЗВ работает в режиме охлаждения, во время которого тепло от воздуха передается охлаждающей жидкости, проходящей по ОЗВ, охлаждая тем самым воздух до целевой температуры. Нагретая охлаждающая жидкость (роль которой может выполнять вода или другая подходящая охлаждающая жидкость) поступает в радиатор 130 по контуру 131 охлаждающей жидкости, в котором происходит рассеивание тепла в атмосферу (или передача тепла блоку двигателя для ускорения разогрева двигателя). Затем охлажденная охлаждающая жидкость покидает радиатор 130 и направляется обратно к ОЗВ 118 по контуру 131 охлаждающей жидкости. (Стрелки показывают направление потока охлаждающей жидкости). Для сравнения, в условиях без наддува, когда параметры впускного воздуха такие же, как параметры окружающей среды, ОЗВ работает в режиме нагрева, во время которого тепло от охлаждающей жидкости передается воздуху, нагревая воздух до указанной целевой температуры.
Впускной коллектор 122 соединен с набором камер сгорания или цилиндров 180 посредством набора впускных клапанов (не показаны) и впускных трактов (к примеру, впускных окон) 185. Как показано на Фиг. 1, впускной коллектор 122 расположен выше по потоку от всех камер 180 сгорания двигателя 10. Для определения температуры впускного воздуха на различных участках во впускном канале могут быть установлены дополнительные датчики, такие как датчик 33 температуры заряда в коллекторе (ТЗК) и датчик 25 температуры заряда воздуха (ТЗВ). Указанная температура воздуха может, к примеру, быть впоследствии использована вместе с температурой охлаждающей жидкости для расчета количества топлива, подаваемого в двигатель.
Каждая камера сгорания может также содержать датчик 183 детонации для обнаружения и классифицирования ненормальных случаев сгорания, таких как детонация и преждевременное зажигание. В альтернативных вариантах осуществления один или несколько датчиков 183 детонации могут быть соединены с определенными участками блока цилиндров. Как описано ниже со ссылкой на Фиг. 5, выходные данные датчиков детонации могут использоваться для обнаружения неравномерного распределения воды по цилиндрам двигателя при осуществлении впрыска воды выше по потоку от всех камер 180 сгорания.
Камеры сгорания далее соединены с коллектором 136 отработавших газов посредством набора клапанов отработавших газов (не показаны). Камеры 180 сгорания накрыты крышкой 182 цилиндра и соединены с топливными форсунками 179 (в то время как на Фиг. 1 показана лишь одна топливная форсунка, каждая камера сгорания содержит топливную форсунку, соединенную с указанной). Топливо может быть подано к топливной форсунке 179 системой топлива (не показана), содержащей топливный бак, насос для подачи топлива и топливную рампу. Топливная форсунка 179 может быть выполнена в виде форсунки непосредственного впрыска для осуществления впрыска топлива непосредственно в камеру 180 сгорания, или в виде форсунки распределенного впрыска для осуществления впрыска топлива во впускной тракт выше по потоку от впускного клапана камеры 180 сгорания.
В изображенном примере показан лишь одинарный коллектор 136 отработавших газов. Однако в других вариантах осуществления коллектор отработавших газов может иметь множество секций коллектора отработавших газов. Конфигурации с множеством секций коллектора отработавших газов могут обеспечить направление потока, выходящего из разных камер сгорания, к разным участкам системы двигателя. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах (УДКОГ) изображен соединенным с коллектором 136 отработавших газов выше по потоку от турбины 116. В качестве альтернативного варианта датчик УДКОГ может быть заменен бистабильным датчиком кислорода в отработавших газах.
Как показано на Фиг. 1, отработавшие газы от одной или несколько секций коллектора отработавших газов направляются к турбине 116 для приведения ее в действие. При необходимости снижения крутящего момента турбины некоторая часть отработавших газов может быть альтернативно направлена через перепускную заслонку (не показано), в обход турбины. Объединенный поток от турбины и перепускного заслонки затем проходит через устройство 170 снижения токсичности отработавших газов. В целом, одно или несколько устройств 170 снижения токсичности отработавших газов может содержать один или несколько катализаторов доочистки отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов для уменьшения количества одного или нескольких веществ в потоке отработавших газов.
Весь обработанный поток отработавших газов от устройства 170 снижения токсичности отработавших газов, или часть указанного потока, может быть выпущен в атмосферу через выхлопной трубопровод 35. При этом в зависимости от условий работы некоторая часть отработавшего газа может быть перенаправлена к каналу 151 рециркуляции отработавших газов (РОГ) через охладитель 50 РОГ и клапан 152 РОГ к входу компрессора 14. В таком случае компрессор выполнен с возможностью приема отработавших газов, отведенных от участка ниже по потоку от турбины 116. Клапан 152 РОГ может быть открыт для приема определенного количества охлажденных отработавших газов к входу компрессора для обеспечения необходимого процесса сгорания и необходимого снижения токсичности выбросов. Таким образом, система 100 двигателя адаптируется для обеспечения внешнего потока РОГ низкого давления (НЗ РОГ). Вращение компрессора, в дополнение к относительно длинной траектории потока НЗ РОГ в системе 100 двигателя, обеспечивает отличную гомогенизацию отработавших газов в заряде впускного воздуха. Положение выхода потока РОГ и положение точек смешения обеспечивает достаточное охлаждение отработавших газов для увеличения доступного объема РОГ и улучшения рабочих показателей. В других вариантах осуществления система РОГ может быть системой РОГ высокого давления с каналом 151 РОГ, проходящим от участка выше по потоку от турбины 116 до участка ниже по потоку от компрессора 14. В некоторых примерах осуществления изобретения датчик 33 ТЗК может быть установлен для определения температуры заряда в коллекторе, при этом указанный заряд может содержать воздух и отработавшие газы, повторно направленные через канал 151 РОГ.
Впускной коллектор 122 может также содержать датчик 34 кислорода во впускном воздухе. В одном из примеров датчик кислорода может быть датчиком УДКОГ. Датчик кислорода во впускном воздухе может быть выполнен с возможностью оценки содержания кислорода в свежем воздухе, поступающем во впускной коллектор. Дополнительно, при работе РОГ изменение концентрации кислорода в указанном датчике может быть использовано для расчета объема РОГ и для точного управления потоком РОГ. В изображенном примере датчик 34 кислорода расположен ниже по потоку от дросселя 20 и ниже по потоку от охладителя 118 заряда воздуха. Однако в альтернативных вариантах осуществления датчик кислорода может быть расположен выше по потоку от указанного дросселя. Датчик 34 кислорода во впускном воздухе может использоваться для оценки концентрации кислорода во впускном воздухе и расчета объема потока РОГ через двигатель на основании изменения концентрации кислорода во впускном воздухе при открытии клапана 152 РОГ. Аналогично датчик 34 кислорода может использоваться для оценки концентрации кислорода во впускном воздухе и расчета разбавления в двигателе, или изменения влажности впускного воздуха на основании концентрации кислорода во впускном воздухе после впрыска воды во впускной коллектор.
Камера 180 сгорания получает воду и/или водяной пар через систему 60 впрыска воды. Вода из системы 60 впрыска воды может быть впрыснута во впуск двигателя или непосредственно в камеры 180 сгорания с помощью одного или нескольких водяных форсунок 44-48. К примеру, вода может быть впрыснута во впускной коллектор 122 выше по потоку от ОЗВ 118 с помощью водяной форсунки 44, или ниже по потоку от ОЗВ 118 и выше по потоку от дросселя 20 с помощью водяной форсунки 45, такой впрыск является центральным впрыском воды.
Как объяснено со ссылкой на Фиг. 3, впрыск воды выше по потоку от ОЗВ при работе ОЗВ в режиме нагрева может использоваться для усиления эффекта разбавления заряда от впрыска воды в коллектор. К примеру, в условиях, когда впускной воздух сухой (относительная влажность ниже пороговой влажности) и двигатель работает в режиме без наддува, впрыск воды до ОЗВ может использоваться для обеспечения теплого, влажного воздуха на выходе ОЗВ. Тепло ОЗВ может использоваться для повышения температуры воды (к примеру, до 35°С) и повышения влажности заряда воздуха (к примеру, до 100%). При этом впрыск воды ниже по потоку от ОЗВ при работе ОЗВ в режиме охлаждения может использоваться для усиления эффекта охлаждения заряда воздуха от впрыска воды в коллектор. К примеру, в условиях, когда впускной воздух влажный (относительная влажность выше пороговой влажности) и двигатель работает в режиме наддува, впрыск воды после ОЗВ может использоваться для охлаждения воздуха до точки конденсации более низкой температуры (к примеру, ~15°С), даже если воздух, покидающий ОЗВ, более теплый (к примеру, 35°С), для обеспечения теплового, влажного воздуха на выходе ОЗВ.
В другом примере впрыск воды может осуществляться во впускной коллектор 122 ниже по потоку от дросселя, на одном или нескольких участках, с помощью водяной форсунки 46. В другом примере впрыск воды может осуществляться в один или несколько впускных трактов (к примеру, впускных окон) 185 с помощью водяной форсунки 48 (такой впрыск обозначается, как впрыск воды во впускной тракт), и/или непосредственно в камеру сгорания 180 с помощью водяной форсунки 47 (такой впрыск обозначается, как непосредственный впрыск воды). В одном из вариантов осуществления форсунка 48, установленная во впускных трактах, может располагаться под углом и быть обращена к впускному клапану цилиндра, к которому присоединен указанный впускной тракт. В результате форсунка 48 может осуществлять впрыск воды непосредственно на впускной клапан, в результате чего происходит более быстрое испарение впрыснутой воды и достигается больший эффект разбавления в двигателе от водяного пара. В другом варианте осуществления форсунка 48 может располагаться под углом и быть повернута в сторону от впускного клапана, и может быть установлена для осуществления впрыска воды в обратном направлении относительно направления потока впускного воздуха, проходящего через указанный впускной тракт. В результате больший объем впрыснутой воды может быть захвачен потоком воздуха, что усиливает эффект охлаждения заряда от впрыска воды.
Несмотря на то, что на Фиг. 1 показана только одна форсунка 47 и форсунка 48, каждый из элементов: камера сгорания 180 и впускной тракт 185, может содержать свою собственную форсунку. В альтернативных вариантах осуществления система 60 впрыска воды может содержать водяные форсунки, расположенные на одном или нескольких участках из вышеперечисленных. К примеру, в одном из вариантов осуществления двигатель может содержать только водяную форсунку 46. В другом варианте осуществления двигатель может содержать каждую из форсунок: водяную форсунку 46, водяные форсунки 48 (по одной в каждом впускном тракте) и водяные форсунки 47 (по одной в каждой камере сгорания).
Система 60 впрыска воды может содержать водяной бак 63, водяной насос 62, систему 72 сбора и канал 69 наполнения. Вода, хранящаяся в водяном баке 63, подается к водяным форсункам 45-48 через канал 61 подачи воды и трубопроводы или патрубки 161. В вариантах осуществления, предусматривающих несколько форсунок, канал 61 подачи воды может содержать клапан 162 (к примеру, отводной клапан, многоходовый клапан, дозирующий клапан, и т.д.) для направления воды к различным водяным форсункам по соответствующим трубопроводам. В качестве альтернативного варианта каждый трубопровод (или патрубок подачи воды) 161 может содержать соответствующие клапаны в водяных форсунках 45-48, для регулирования проходящего через них потока. Дополнительно к водяному насосу 62 в трубопроводах 161 может быть установлен один или несколько дополнительных насосов для нагнетания воды, направляемой к форсункам, например, в трубопроводе, соединенном с водяной форсункой 47 непосредственного впрыска.
Водяной бак 63 может содержать датчик 65 уровня воды и датчик 67 температуры воды, которые могут передавать информацию, касающуюся состояния воды, контроллеру 12. К примеру, в морозных условиях датчик 67 температуры воды определяет, является ли вода в баке 63 замерзшей или же она доступна для осуществления впрыска. В некоторых вариантах осуществления канал охлаждающей жидкости двигателя (не показан) может быть термически связан с накопительным баком 63 для размораживания замерзшей воды. Уровень воды, находящейся в водяном баке 63, определяемый датчиком 65 уровня воды, может быть передан оператору транспортного средства и/или использован для регулировки работы двигателя. К примеру, указатель уровня воды или индикатор на приборной панели транспортного средства (не показана) может использоваться для передачи информации об уровне воды. Если уровень воды в водяном баке 63 выше порогового уровня, может быть заключено, что имеющееся количество воды достаточно для осуществления впрыска, а значит, контроллер может осуществить впрыск воды. При этом, если уровень воды в водяном баке 63 ниже порогового уровня, может быть заключено, что количество имеющейся воды недостаточно для осуществления впрыска, а значит, устройство управления может заблокировать впрыск воды.
В изображенном примере водяной бак 63 может быть заполнен вручную через канал 69 наполнения и/или автоматически из системы 72 сбора через канал 76 наполнения водяного бака. Система 72 сбора может быть соединена с одним или несколькими компонентами 74 транспортного средства таким образом, что водяной бак может быть заполнен в процессе работы транспортного средства с помощью конденсата, собранного в различных системах двигателя или транспортного средства. В одном из примеров система 72 сбора может быть соединена с системой РОГ и/или системой отработавших газов для сбора воды, которая образуется за счет конденсации при проходе отработавших газов через указанную систему. В другом примере система 72 сбора может быть соединена с системой кондиционирования воздуха (не показана) для сбора воды, которая образуется за счет конденсации при проходе воздуха через испаритель. В другом примере система 72 сбора может быть соединена с внешней поверхностью транспортного средства для сбора дождя или атмосферного конденсата. Канал 69 наполнения вручную может быть соединен по текучей среде с фильтром 68, который может удалять некоторые примеси, содержащиеся в воде. Дренажный канал 92, содержащий дренажный клапан 91, может быть использован для сброса воды из водяного бака 63 вне транспортного средства (к примеру, на дорогу), например, в случае, если качество воды оказывается ниже порогового и неподходящим для впрыска в двигатель (к примеру, из-за высокой электропроводимости, высокого содержания твердых примесей). В одном из примеров качество воды может быть оценено на основании данных, поступающих от датчика, связанного с системой 60 впрыска воды, в патрубке 61 подачи воды. К примеру, качество воды может быть оценено на основании данных, поступающих от кондуктометрического датчика, емкостного датчика, оптического датчика, датчика по оценке мутности, датчика плотности, или датчиков других типов для оценки качества воды.
На Фиг. 1 представлена система 28 управления. Система 28 управления может быть связана с различными компонентами системы 100 двигателя для осуществления программ управления или действий, описанных в них. Система 28 управления может содержать электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может быть микрокомпьютером, содержащим блок микропроцессора, порт ввода/вывода, электронный носитель данных для выполняемых программ и значений калибровки, ОЗУ, энергонезависимое запоминающее устройство, и шину данных. Контроллер 12 может получать данные, касающиеся положения передаточного механизма, положения педали акселератора, запроса на торможение, скорости транспортного средства, частоты вращения двигателя, объема потока воздуха, проходящего через двигатель, давления наддува, условий окружающей среды (температура, давление, влажность), и т.д, поступающие от набора датчиков 30. Другие датчики могут быть датчиками ОЗВ 118, например, датчиком температуры воздуха на входе ОЗВ, датчиком 125 ТЗВ, датчиками 80,82 давления и температуры отработавших газов, датчиком 124 давления, датчиком температуры воздуха на выходе ОЗВ, и датчиком 33 ТЗК, датчиком 34 кислорода во впускном воздухе (КВВ), датчиком 183 детонации для определения воспламенения остаточных газов и/или распределения воды между цилиндрами, и т.д. Котроллер 12 получает сигналы от различных датчиков на Фиг. 1 и приводит в действие различные исполнительные механизмы, представленные на Фиг. 1, для регулировки работы двигателя на основании полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера. К примеру, осуществление впрыска воды в двигатель может включать в себя регулирование длительности импульса форсунок 44-48 для изменения количества впрыскиваемой воды при одновременном регулировании момента осуществления впрыска воды и количества импульсов впрыска. В некоторых примерах на носителе данных могут храниться машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, выполняемые процессором для осуществления способов описанных ниже (например, на Фиг. 3) и других их вариантов, которые подразумеваются, но не раскрыты полностью.
Таким образом, система, изображенная на Фиг. 1, представляет собой систему транспортного средства, содержащую: двигатель; компрессор для подачи заряда наддувочного воздуха в двигатель; охладитель заряда воздуха, соединенный с указанным компрессором ниже по потоку; систему охлаждающей жидкости, направляющую охлаждающую жидкость через указанный охладитель заряда воздуха и двигатель; первую водяную форсунку, соединенную с указанным охладителем заряда воздуха выше по потоку, и ниже по потоку от указанного компрессора; вторую водяную форсунку, соединенную с указанным охладителем заряда воздуха ниже по потоку, канал РОГ, содержащий клапан РОГ для повторной циркуляции отработавших газов, поступающих из коллектора отработавших газов во впускной коллектор выше по потоку от указанного компрессора; датчик влажности, соединенный с впускным коллектором выше по потоку от компрессора, для оценки влажности окружающей среды; датчик температуры, соединенный с впускным коллектором выше по потоку от компрессора, для оценки температуры окружающей среды; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для: осуществления впрыска большего количества воды в двигатель выше по потоку, чем ниже по потоку, от охладителя заряда воздуха при отключенном наддуве, если температура окружающей среды ниже пороговой; и осуществления впрыска большего количества воды ниже по потоку, чем выше по потоку, от охладителя заряда воздуха при активированном компрессоре, если температура окружающей среды выше пороговой.
Авторы настоящего изобретения выявили, что изменение влажности в зависимости от температуры и давления может быть использовано для усиления эффекта разбавления заряда воздуха за счет впрыска воды в сухих и/или холодных условиях, и эффекта охлаждения заряда воздуха за счет впрыска воды в теплых и/или влажных условиях. К примеру, температура ОЗВ (или температура заряда воздуха на выходе ОЗВ) может поддерживаться на примерно постоянном уровне в то время, как температура и влажность указанного выхода меняется за счет впрыскивания воды выше по потоку от ОЗВ (для получения максимального эффекта разбавления) или ниже по потоку от ОЗВ (для получения максимального эффекта охлаждения).
Пример связи между относительной влажностью и температурой, а также давлением в коллекторе, показан на графике 200 на Фиг. 2. В одном варианте осуществления график на Фиг. 2 может быть сгенерирован во время калибровки двигателя и может храниться в памяти контроллера двигателя. Контролер может обращаться к указанному графику во время работы двигателя для определения того, на каком участке осуществить впрыск воды в двигатель в ответ на изменения в температуре и влажности окружающей среды.
Согласно графику 200 при определенном давлении (к примеру, определенном ДВК) количество воды, которое может быть захвачено воздухом (обозначено, как относительная влажность), возрастает при повышении температуры воздуха. Кроме того, общее количество воды, которое может быть захвачено воздухом при определенной температуре, повышается при повышении давления. Поэтому в сухих и холодных условиях желательно отрегулировать впускной воздух до соответствия двигателя условиям, изображенным на графике, за счет нагрева указанного воздуха в дополнение к впрыскиванию в него воды. Это особенно эффективно в условиях частичной нагрузки, так как эффект разбавления заряда от впрыска воды способствует снижению насосных потерь, аналогично РОГ. При этом впрыск воды после ОЗВ повышает относительную влажность впускного воздуха, это происходит при неизбежном понижении температуры, что является противоположным эффекту, обеспечиваемому ОЗВ при использовании его в режиме нагрева. В таком случае осуществление впрыска воды до ОЗВ может быть более эффективным, потому что сухой и холодный воздух вмещает столько воды, сколько необходимо, при этом вода может быть нагрета при использовании ОЗВ в обратном режиме; описанный процесс приводит заряд впускного воздуха к наиболее выгодным значениям температуры и относительной влажности в широком диапазоне условий окружающей среды и условий работы. Результатом является теплый, влажный заряд воздуха, выходящий из ОЗВ, обеспечивающий значительное разбавление в двигателе.
Во влажных условиях эффект охлаждения заряда воздуха обеспечивается охлаждением наддувочного воздуха после прохождения его через ОЗВ, работающий в режиме охлаждения, и осуществлением впрыска воды на участке после ОЗВ. Испарение после ОЗВ охлаждает воздух до точки конденсации, равной ~15°С, даже в том случае, если температура воздуха, выходящего из ОЗВ равна 35°С. Поскольку теплота испарения не передается воздуху, воздушно-водная смесь способна забрать теплоту испарения из коллектора, усиливая охлаждающий эффект за счет впрыскивания воды после ОЗВ.
На Фиг. 3 представлен пример способа 300 для осуществления впрыска воды в двигатель. Впрыск воды может представлять собой впрыск воды посредством одной или нескольких водяных форсунок системы впрыска воды, такой как система 60 впрыска воды, показанной на Фиг. 1. Инструкции для осуществления способа 300 и других способов, включенных в настоящее описание, могут быть выполнены котроллером (таким как контроллер 12 на Фиг. 1) согласно инструкциям, хранящимся в памяти контроллера, и сигналам, полученным от датчиков системы двигателя, например, датчиков, описанных выше со ссылкой на Фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулировки работы двигателя согласно способам, описанным ниже. К примеру, контроллер может послать сигнал исполнительному механизму водяной форсунки, согласно которому необходимо осуществить впрыск воды на некотором участке двигателя. Способ позволяет осуществить впрыск воды во впускной коллектор двигателя на участке выше или ниже по потоку от ОЗВ на основании обратной связи от датчика, например, обратной связи от датчика кислорода во впускном коллекторе и датчика детонации, для обеспечения преимуществ разбавления или охлаждения заряда воздуха.
Способ 300 начинается на шаге 302 с оценки и/или измерения условий работы двигателя. Полученные в результате оценки условия работы двигателя могут включать в себя давление воздуха в коллекторе (ДВК), условия окружающей среды (температура, давление, влажность окружающего воздуха), воздушно-топливное отношение (В/Т) отработавших газов, скорость потока рециркуляции отработавших газов (РОГ) - массовый расход воздуха (МРВ), температуру заряда воздуха в коллекторе (ТЗК), частоту оборотов и/или нагрузку двигателя, запрос на крутящий момента от водителя, температуру двигателя, температуру катализатора отработавших газов, и т.д.
Далее, на шаге 304, способ предусматривает определение необходимости наддува. В одном примере наддув может требоваться, если частота вращения и/или нагрузка двигателя превышает пороговую. К примеру, частота вращения/нагрузка двигателя может увеличиться из-за запроса водителя на повышение крутящего момента, вследствие нажатия оператором педали акселератора.
Если наддув необходим, на шаге 308 предусматривается осуществление управления компрессором (к примеру, компрессором турбонагнетателя) для обеспечения целевого давления наддува. К примеру, контроллер может закрыть перепускную заслонку отработавших газов для ускорения турбины, и таким образом увеличить скорость компрессора. В вариантах осуществления, в которых компрессор соединен с электромотором (к примеру, в случае механического нагнетателя), управление компрессором может предусматривать приведение мотора к такой скорости, которая повышает скорость компрессора до целевой скорости. В результате становится возможной работа двигателя в режиме наддува.
Далее, на шаге 310, способ предусматривает отслеживание уровня конденсата в ОЗВ на основании условий работы двигателя и наддува. Управление двигателем в режиме наддува предусматривает подачу сжатого и нагретого в компрессоре воздуха через ОЗВ для охлаждения указанного воздуха до его подачи в двигатель. Поэтому во время работы двигателя в режиме наддува ОЗВ работает в режиме охлаждения с передачей тепла от указанного потока воздуха охлаждающей жидкости, циркулирующей по ОЗВ. Во время резкого местного охлаждения температура указанного воздуха может понизиться до точки конденсации, в результате чего происходит образование жидкого конденсата. По меньшей мере часть конденсата может собираться в желоб на дне ОЗВ. Уровень конденсата в ОЗВ может варьироваться в зависимости от давления наддува; повышение уровня конденсата происходит с повышением давления наддува и с увеличением продолжительности работы в режиме наддува. Уровень конденсата в ОЗВ может также варьироваться в зависимости от условий окружающей среды; повышение уровня конденсата происходит с повышением влажности окружающей среды. Отслеживание уровня конденсата в ОЗВ и его сравнение с пороговым значением, при превышении которого может произойти непреднамеренное засасывание конденсата в двигатель, может осуществляться постоянно во время работы двигателя в режиме наддува. В ответ на превышение порогового уровня конденсата в ОЗВ собранный конденсат может быть эффективным образом подан в двигатель с контролируемой скоростью подачи, к примеру, во время установившегося режима или режима с эксплуатационной скоростью.
На шаге 312 способ предусматривает определение наличия сигнала детонации. Сигнал детонации может относиться к обнаружению непосредственного случая детонации или предсказанию возможной детонации на основании условий работы двигателя. Контроллер может определить, происходит ли детонация, на основании выходных данных от одного или нескольких датчиков детонации (таких как датчики 183 детонации, показанные на Фиг. 1). В одном примере о детонации в двигателе может быть сигнализировано в случае, если выходные данные датчика детонации превышают пороговое значение детонации. В другом примере детонация в двигателе может быть предсказана в случае, когда частота вращения и/или нагрузка двигателя превышает пороговую, или когда история детонаций в двигателе свидетельствует о высокой предрасположенности к детонации (к примеру, пороговое число детонаций превышено). Когда двигатель требует принятия мер в отношении детонации, для обеспечения охлаждения заряда воздуха, уменьшающего предрасположенность к детонации, может быть использован впрыск воды.
В случае выявления детонации способ переходит на шаг 314, на котором определяют, возможен ли впрыск воды. В одном примере впрыск воды может быть невозможен, если вода для осуществления впрыска недоступна. К примеру, вода может быть недоступна для осуществления впрыска в том случае, если уровень воды в водяном баке (таком, как водяной бак 63, изображенный на Фиг. 1) находится ниже порогового уровня. В другом примере вода может быть недоступна для осуществления впрыска, если температура воды и качество воды в емкости хранения воды является неподходящим для впрыска. В другом примере впрыск воды может быть невозможен, если нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки, или если момент зажигания отсрочен на меньший промежуток времени, чем пороговый. В таких условиях впрыск воды может привести к пропуску зажигания. Если вода недоступна по причине того, что имеющееся количество воды недостаточно, контроллер может усилить сбор воды на борту. Это может предусматривать сбор воды от систем транспортного средства, например, сбор воды от системы сбора воды, соединенной с водяным баком системы впрыска воды. К примеру, работа компрессора системы кондиционирования воздуха может быть отрегулирована на повышение сбора конденсата от системы кондиционирования. В другом примере поток РОГ может быть отрегулирован на повышение сбора конденсата РОГ. В другом примере может быть усилен сбор конденсата с поверхности транспортного средства. Собранная вода может храниться в водяном баке. В другом примере контроллер может отправить сообщение оператору транспортного средства о необходимости наполнения водяного бака вручную.
Если на шаге 314 впрыск воды невозможен, на шаге 318 предусматривается осуществление запаздывания момента зажигания для подавления детонации. В ответ на сигнал детонации котроллер может отрегулировать одно или несколько условий работы двигателя для подавления детонации. К примеру, контроллер может выполнить запаздывание момента зажигания (на еще больший промежуток времени) относительно оптимального момента зажигания (ОМЗ); степень примененного запаздывания момента зажигания зависит от интенсивности детонации. В другом примере контроллер может дополнительно или в качестве альтернативы увеличить длительность импульса подачи топлива непосредственно в тот цилиндр, в котором произошла детонация, для обогащения воздушно-топливного отношения. Кроме того, контроллер может уменьшить степень открытия дросселя для понижения давления в коллекторе.
Однако, если впрыск воды возможен, на шаге 316 предусматривается впрыск воды во впускной коллектор на участке ниже по потоку от ОЗВ (после ОЗВ). Количество впрыснутой воды зависит от сигнализированной детонации. В одном примере контроллер может обратиться к справочной таблице, хранящейся в памяти контроллера, которая в качестве вводных данных использует выходные данные датчика детонации, а в качестве выходных данных предписывает количество воды для осуществления впрыска. В другом примере указанная справочная таблица может храниться в виде, в котором в качестве вводных данных используют частоту вращения-нагрузку двигателя, а в качестве выходных данных таблица предписывает количество воды для осуществления впрыска. Контроллер может послать сигнал с продолжительностью импульса, соответствующей заданному командой количеству воды, водяной форсунке коллектора, расположенной ниже по потоку от ОЗВ. Если заданное командой количество воды для впрыска таково, что впрыск воды в коллекторе превышает предельное значение, контроллер может отрегулировать длительность импульса, переданного водяной форсунке коллектора, до достижения форсункой коллектора указанного предельного значения воды для впрыска. Затем остаток от общего заданного командой количества воды может быть подан прямым впрыском воды. Дополнительно или в качестве альтернативы указанный остаток от общего количества воды может быть подан впрыском воды во впускной тракт, в противоположном от открытого впускного клапана направлении, так что впрыснутая вода может быть вовлечена в поток воздуха до достижения потоком цилиндра. В одном примере указанное предельное значение воды для впрыска форсункой коллектора может соответствовать предельному значению продолжительности импульса форсунки. В другом примере предельное значение воды для впрыска форсункой коллектора может быть достигнуто, когда скорость потока форсунки достигает предельного значения. В другом примере предельное значение воды для впрыска форсункой коллектора может быть достигнуто, когда влажность в коллекторе вблизи указанной форсунки достигает предела насыщения.
Определенное (к примеру, заданное командой) количество воды может быть подано во впускной коллектор в виде одиночного импульса в каждый цикл двигателя или в виде серии импульсов, синхронизированных с открытием впускного клапана каждого цилиндра группы цилиндров ниже по потоку от указанной форсунки.
В других примерах количество воды для впрыска может быть отрегулировано на основании уровня конденсата в ОЗВ. ОЗВ работает на охлаждение заряда впускного воздуха до температуры на несколько градусов выше точки конденсации с целью недопущения конденсации. После выхода указанного воздуха из ОЗВ относительная влажность воздуха снижается, при том, что удельная влажность сохраняется на прежнем уровне, что делает возможным впрыск дополнительного количества воды на участке после ОЗВ до предела 100% относительной влажности.
За счет подачи воды ниже по потоку от ОЗВ в ответ на детонацию в условиях наддува происходит забор теплоты испарения из коллектора, что усиливает эффект охлаждения заряда воздуха за счет впрыска воды.
Если на шаге 312 детонация не обнаружена, способ переходит на шаг 320, на котором предусматривается определение необходимости разбавления в двигателе. К примеру, разбавление может требоваться при низкой частоте вращения/нагрузки двигателя, и/или если стабильность процесса сгорания находится на пределе или близко к пределу. Контроллер может обратиться к справочной таблице, которая в качестве вводных данных использует частоту вращения и нагрузку двигателя, а в качестве выходных данных предписывает степень разбавления. В одном примере большее разбавление может требоваться, если частота вращения/нагрузка двигателя находится ниже порогового значения, причем указанное пороговое значение частоты вращения/нагрузки двигателя может соответствовать области значений частоты вращения/нагрузки, в которой высока вероятность насосных потерь. В другом примере разбавление заряда может требоваться в том случае, если двигатель находится на пределе стабильного процесса сгорания или вблизи указанного предела. Если на шаге 322 разбавление не требуется, описываемый способ предусматривает сохранение впрыска воды отключенным. Описываемый способ на шаге 322 предусматривает поддержание работы двигателя без осуществления впрыска воды. Если запрос на разбавление есть, способ переходит на шаг 324, на котором определяется, возможен ли впрыск воды. Как описано выше относительно шага 314, впрыск воды может быть невозможен в случае, если вода для впрыска недоступна. Если впрыск воды невозможен, способ переходит на шаг 328, чтобы отрегулировать один или несколько параметров работы двигателя для того, чтобы обеспечить необходимое разбавление. Это может предусматривать усиление потока РОГ (объема и скорости) за счет увеличения степени открытия клапана РОГ.
Однако, если впрыск воды на шаге 324 возможен, на шаге 326 предусматривается осуществление впрыска во впускной коллектор ниже по потоку от ОЗВ (после ОЗВ) до достижения некоторого предела, и последующего впрыска воды во впускной тракт. Контроллер может отправить сигнал исполнительному механизму водяной форсунки на впрыск некоторого количества воды посредством водяной форсунки коллектора ниже по потоку от ОЗВ (такой как водяная форсунка 44, изображенная на Фиг. 1). Количество впрыснутой воды зависит от запроса на разбавление. В одном примере контроллер может обратиться к справочной таблице, хранящейся в памяти контроллера, в которой в качестве вводных данных используются выходные данные датчика кислорода в отработавших газах и/или необходимая степень разбавления, а выходными данными является заданное командой количество воды для впрыска. В другом примере справочная таблица может храниться в виде, в котором в качестве вводных данных используется частота вращения-нагрузка двигателя, а выходными данными является заданное командой количество воды для впрыска. Контроллер может отправить сигнал с продолжительностью импульса, соответствующей заданному командой количеству воды, водяной форсунке коллектора, расположенной ниже по потоку от ОЗВ. Если заданное командой количество воды для впрыска таково, что вода для впрыска в коллекторе превышает пороговое значение, то контроллер может отрегулировать длительность импульса, переданного водяной форсунке коллектора, до достижения форсункой коллектора предельного значения воды для впрыска. В одном примере указанное предельное значение воды для впрыска может соответствовать предельному значению продолжительности импульса форсунки. В другом примере указанное предельное значение воды для впрыска форсункой коллектора может быть достигнуто, когда расход форсунки достигает предельного значения. В другом примере указанное предельное значение воды для впрыска форсункой коллектора может быть достигнуто, когда влажность в коллекторе вблизи указанной форсунки достигает предела насыщения. Остаток от общего заданного командой количества воды может затем быть подан впрыском во впускной тракт. К примеру, в ответ на запрос на разбавление контроллер может предписать осуществление впрыска воды водяными форсунками впускного тракта, расположенными под углом к впускным клапанам, и предписать синхронизацию осуществления впрыска воды с работой впускных клапанов, так что впрыск воды осуществляется на горячий, закрытый впускной клапан. В качестве альтернативы водяные форсунки впускного тракта могут быть расположены под углом к впускному клапану и выполнены с возможностью осуществления впрыска воды на поверхность клапана и/или находящуюся рядом поверхность коллектора. За счет подачи воды на закрытый впускной клапан и/или поверхность коллектора в ответ на запрос на разбавление, впрыснутая вода испаряется с горячих поверхностей двигателя, усиливая эффект разбавления за счет впрыска воды. Возвращаясь к способу на шаге 304, если наддув не требуется, на шаге 306 предусматривается управление двигателем в режиме без наддува. Управление двигателем в режиме без наддува предусматривает сохранение турбонагнетателя отключенным. К примеру, наддув не требуется, когда двигатель работает на холостом ходу, или когда частота вращения/нагрузка двигателя не превышает пороговое значение.
Далее на шаге 330 описываемый способ предусматривает определение необходимости разбавления. Если запроса на разбавление нет, способ переходит на шаг 332, на котором определяется, возможен ли впрыск воды. Как описано выше в отношении шага 314, впрыск воды возможен, если вода для впрыска доступна. Если впрыск воды невозможен, описываемый способ переходит на шаг 334 для регулирования одного или нескольких параметров работы двигателя для обеспечения необходимого разбавления заряда, например, за счет усиления потока РОГ. В одном примере регулирование параметров работы двигателя для достижения необходимого разбавления может предусматривать определение количества РОГ для подачи в двигатель. Контроллер может обратиться к справочной таблице, которая в качестве вводных данных использует частоту вращения и нагрузку двигателя, а в качестве выходных данных предписывает количество РОГ. Контроллер может усилить поток РОГ (объем и скорость) за счет увеличения степени открытия клапана РОГ. В результате РОГ может использоваться для достижения необходимого разбавления, когда впрыск воды невозможен.
Однако, если впрыск воды возможен, на шаге 336 предусматривается впрыск воды во впускной коллектор до ОЗВ или после ОЗВ. Количество впрыснутой воды зависит от необходимой степени разбавления, температуры воздуха и условий влажности. В одном примере контроллер может обратиться к справочной таблице, хранящейся в памяти контроллера, в которой в качестве вводных данных используются выходные данные датчика кислорода в отработавших газах, а в качестве выходных данных предписывается количество воды для впрыска. Контроллер может отправить сигнал с продолжительностью импульса, соответствующей заданному командой количеству, водяной форсунке коллектора. Таким образом, впрыск воды водяной форсункой коллектора, расположенной выше или ниже по потоку от ОЗВ, может использоваться для удовлетворения запроса на разбавление в двигателе в условиях вакуума.
На шаге 330 при отсутствии запроса на разбавление способ переходит на шаг 340 для определения наличия детонации. Как описано выше, сигнал детонации может относиться к обнаружению непосредственного случая детонации или предсказанию возможной детонации на основании условий работы двигателя. Контроллер может определить, происходит ли детонация, на основании выходных данных от одного или нескольких датчиков детонации (таких как датчики 183 детонации, показанные на Фиг. 1). В одном примере о детонации в двигателе может быть сигнализировано в случае, если выходные данные датчика детонации превышают пороговые значения детонации. В другом примере детонация в двигателе может быть предсказана в случае, когда частота вращения и/или нагрузка двигателя превышает пороговую, или когда история детонаций в двигателе свидетельствует о высокой предрасположенности к детонации (к примеру, пороговое число детонаций превышено). Когда двигатель требует принятия мер в отношении детонации, для обеспечения охлаждения заряда, уменьшающего предрасположенность к детонации, может быть использован впрыск воды. Если детонация не обнаружена, на шаге 342 предусматривается сохранение впрыска воды отключенным. Однако, в случае, если детонация обнаружена, на шаге 344 предусматривается определение того, возможен ли впрыск воды. В одном примере впрыск воды может быть невозможен в случае, если вода для впрыска недоступна. Как описано выше в отношении шага 314, впрыск воды может быть невозможен, если вода для впрыска недоступна. Если впрыск воды невозможен, описываемый способ переходит на шаг 348 для выполнения запаздывания момента зажигания. В ответ на сигнал детонации котроллер может отрегулировать одно или несколько условий работы двигателя для подавления детонации. К примеру, контроллер может выполнить запаздывание момента зажигания (на еще больший промежуток времени) относительно оптимального момента зажигания (ОМЗ); степень примененного запаздывания момента зажигания зависит от интенсивности детонации. В другом примере контроллер может дополнительно или в качестве альтернативы увеличить длительность импульса подачи топлива непосредственно в тот цилиндр, в котором произошла детонация, для обогащения воздушно-топливного отношения. Кроме того, контроллер может уменьшить степень открытия дросселя для понижения давления в коллекторе.
Однако, если впрыск воды возможен, описываемый способ на этапе 346 предусматривает осуществление впрыска воды во впускной коллектор на участке ниже по потоку от ОЗВ (после ОЗВ) до достижения некоторого предела, и последующего впрыска воды во впускной тракт. Как описано выше в отношении способа на шаге 316, количество впрыснутой воды зависит от сигнализированной детонации. В одном примере контроллер может обратиться к справочной таблице, хранящейся в памяти контроллера, которая в качестве вводных данных использует выходные данные датчика детонации, а в качестве выходных данных предписывает количество воды для осуществления впрыска. В другом примере указанная справочная таблица может храниться в виде, в котором в качестве вводных данных используют частоту вращения-нагрузку двигателя, а в качестве выходных данных указанная таблица предписывает количество воды для осуществления впрыска. Контроллер может послать сигнал с продолжительностью импульса, соответствующей заданному командой количеству, водяной форсунке коллектора, расположенной ниже по потоку от ОЗВ. Если заданное командой количество воды для впрыска таково, что впрыск воды в коллекторе превышает предельное значение, контроллер может отрегулировать длительность импульса, заданную командой водяной форсунке коллектора, до достижения форсункой коллектора предельного значения воды для впрыска. Затем остаток от общего заданного командой количества воды может быть подан прямым впрыском воды. Дополнительно или в качестве альтернативы указанный остаток от общего количества воды может быть подан впрыском во впускной тракт в противоположном от открытого впускного клапана направлении для повышения вовлеченности воды в поток воздуха, усиливая эффект охлаждения от впрыска во впускной тракт.В одном примере предельное значение воды для впрыска в коллектор может соответствовать предельному значению продолжительности импульса форсунки. В другом примере предельное значение воды для впрыска в коллектор может быть достигнуто, когда скорость потока форсунки достигает предельного значения. В другом примере предельное значение воды для впрыска в коллекторе может быть достигнуто, если влажность в коллекторе вблизи указанной форсунки достигает предел насыщения. Определенное (к примеру, заданное командой) количество воды может быть подано во впускной коллектор в виде одиночного импульса во время каждого цикла двигателя или в виде серии импульсов, синхронизированных с открытием впускного клапана каждого цилиндра группы цилиндров ниже по потоку от указанной форсунки. В других примерах количество воды для впрыска может быть отрегулировано на основании уровня конденсата в ОЗВ. За счет подачи воды ниже по потоку от ОЗВ в ответ на детонацию в условиях наддува происходит забор теплоты испарения из коллектора, что усиливает эффект охлаждения заряда воздуха от впрыска воды.
Таким образом, контроллер двигателя может осуществлять впрыск большей части воды выше по потоку, чем ниже по потоку, от охладителя заряда воздуха в режиме нагрева, и осуществлять впрыск большей части воды ниже по потоку, чем выше по потоку, от охладителя заряда воздуха в режиме охлаждения. Впрыск большей части воды выше по потоку, чем ниже по потоку, от охладителя заряда воздуха предусматривает определение общего количества воды для впрыска в двигатель в зависимости от условий работы двигателя, и последующую подачу большей части определенного общего количества воды выше по потоку от ОЗВ (например, с помощью водяной форсунки коллектора), подавая при этом оставшуюся, меньшую, часть определенного общего количества воды ниже по потоку от ОЗВ (например, с помощью водяной форсунки впускного тракта или непосредственного впрыска). В этом случае ОЗВ работает в режиме нагрева, причем указанная большая часть впрыснутой воды нагревается за счет теплопередачи от циркулирующей охлаждающей жидкости (воде). В результате большее количество воды превращается в пар до момента попадания в двигатель, что способствует большему разбавлению заряда. Для сравнения, впрыск большего количества воды ниже по потоку, чем выше по потоку, от охладителя заряда воздуха предусматривает определение общего количества воды для впрыска в двигатель в зависимости от условий работы двигателя и последующую подачу большей части определенного общего количества воды ниже по потоку от ОЗВ (например, с помощью водяной форсунки впускного тракта или непосредственного впрыска), подавая при этом оставшуюся, меньшую, часть определенного общего количества воды выше по потоку от ОЗВ (например, с помощью водяной форсунки коллектора). В этом случае ОЗВ работает в режиме охлаждения, причем тепло передается циркулирующей охлаждающей жидкости от заряда воздуха, проходящего через ОЗВ, что увеличивает количество воды, достигающей двигатель в жидком виде, и способствует большему охлаждению заряда. В каждом из случаев указанные части общего количества воды определяются в зависимости от условий работы двигателя (таких, как наличие или отсутствие давления наддува, температура и влажность окружающей среды, и т.д.), а также в зависимости от необходимости разбавления заряда в сравнении с необходимостью охлаждения заряда воздуха. На Фиг. 4 представлен график 400, иллюстрирующий пример внесения регулировок в выбор участка для впрыска воды и работы двигателя в зависимости от влажности и температуры окружающего воздуха. К примеру, график 400 изображает регулирование впрыска воды с помощью водяной форсунки коллектора, расположенной выше или ниже по потоку от ОЗВ. В частности, параметры работы, изображенные на графике 400, включают: изменение частоты вращения двигателя - кривая 402; изменение давления воздуха в коллекторе (ДВК) - кривая 404; количество воды, впрыскиваемой с помощью водяной форсунки до ОЗВ - кривая 406; количество воды, впрыскиваемой с помощью водяной форсунки после ОЗВ - кривая 408; изменение влажности окружающей среды - кривая 410; изменение температуры окружающей среды - кривая 412; изменения во времени момента зажигания - кривая 414; и изменения в потоке РОГ - кривая 416. Для каждого из параметров вдоль горизонтальной оси показано время, а вдоль вертикальной оси - значения соответствующего параметра работы двигателя.
До момента времени t1 двигатель работает в режиме без наддува в связи с тем, что частота вращения и/или нагрузка двигателя ниже пороговой (кривая 402). В это время впрыск воды не требуется.
В момент времени t1 происходит повышение частоты вращения-нагрузки двигателя в связи с запросом на увеличение крутящего момента. Однако переход двигателя в режим наддува не требуется, поэтому двигатель продолжает работать в режиме без наддува. В связи с переходом от условий с низкой нагрузкой к условиям со средней нагрузкой возрастает необходимость в разбавлении в двигателе. В связи с тем, что условия осуществления впрыска соблюдены, и поскольку вода для впрыска доступна, на основании запроса на разбавление в двигателе осуществляют впрыск воды в двигатель. Из-за относительно низкой температуры (кривая 412) и влажности (кривая 410) окружающей среды контроллер осуществляет впрыск воды с помощью водяной форсунки до ОЗВ (кривая 406) в момент времени t1. Контроллер может определить количество воды для впрыска на основании указанного запроса на разбавление в двигателе. В это время ОЗВ работает в режиме нагрева и тепло передается от охлаждающей жидкости, проходящей через ОЗВ, заряду воздуха. В результате теплота и влажность воздуха повышаются, усиливая тем самым эффект разбавления в двигателе за счет впрыска воды.
В момент времени t2 наблюдается необходимость в дальнейшем повышении крутящего момента. Двигатель, однако, продолжает находиться в области средней нагрузки, и переход в режим наддува не требуется. Наблюдается необходимость в еще большем разбавлении в двигателе. Однако в момент времени Х2 водяная форсунка до ОЗВ находится на верхнем пределе и не может обеспечить большего разбавления. В ответ на запрос на большее разбавление контроллер регулирует один или несколько параметров работы двигателя для удовлетворения указанного запроса на разбавление. В изображенном примере контроллер увеличивает поток РОГ (кривая 416), сохраняя при этом впрыск воды до ОЗВ на указанном пределе после момента времени t2 для обеспечения необходимого разбавления в двигателе. В качестве альтернативного варианта, как показано пунктирной линией 407, контроллер может осуществить впрыск воды на участке после ОЗВ, сохраняя при этом впрыск воды до ОЗВ на указанном пределе. В этом случае впрыск на участке после ОЗВ может быть впрыском воды на закрытый, горячий впускной клапан.
В момент времени t3 происходит дальнейшее повышение частоты вращения-нагрузки двигателя в связи с запросом на увеличение крутящего момента. В связи с увеличением нагрузки двигателя необходим переход двигателя на режим наддува; для обеспечения необходимого давления наддува увеличивается выработка компрессора турбонагнетателя. В результате работы двигателя в режиме наддува возрастает ДВК (кривая 404). Кроме того, контроллер останавливает впрыск воды, осуществляемый водяной форсункой до ОЗВ, и уменьшает поток РОГ в ответ на снижение необходимости в разбавлении в двигателе.
Между моментами времени t3 и t4 частота вращения и/или нагрузка двигателя возрастает (кривая 402) в связи с запросом на увеличение крутящего момента. Двигатель работает в условиях наддува (кривая 404). Условия осуществления впрыска воды не выполнены, поскольку двигатель не подвержен детонации. Поэтому контроллер сохраняет впрыск воды отключенным (кривые 406 и 408). Далее влажность окружающей среды (кривая 410) и температура окружающей среды (кривая 412) повышаются. В одном примере температура и влажность окружающей среды могут повыситься в результате въезда транспортного средства в район с большей температурой и влажностью. В другом примере температура и влажность окружающей среды может повыситься при изменении текущих погодных условий, например, в случае дождя.
В момент времени t4 вследствие дальнейшего повышения частоты вращения-нагрузки двигателя в связи с запросом оператора на увеличение крутящего момента (к примеру, в связи с нажатием педали акселератора, в результате чего дроссель оказывается широко открыт) двигатель становится подвержен детонации. К примеру, в двигателе обнаружена детонация. В то же время, поскольку двигатель работает в режиме наддува, и поскольку температура и влажность окружающей среды относительно высокие, контроллер осуществляет впрыск воды в двигатель на участке после ОЗВ, к примеру, с помощью водяной форсунки коллектора после ОЗВ. В это время ОЗВ работает в режиме охлаждения. За счет работы ОЗВ в режиме охлаждения тепло передается от заряда впускного воздуха охлаждающей жидкости, снижая температуру заряда воздуха. В результате большая часть воды, впрыснутой ниже по потоку от ОЗВ, может локально испариться, усиливая эффект локального охлаждения заряда и снижая тенденцию к детонации.
Затем, в момент времени t5, впрыск воды водяной форсункой после ОЗВ достигает своего верхнего предела (кривая 408). Однако подавление детонации по-прежнему необходимо. Вследствие пребывания впрыска воды после ОЗВ на верхнем пределе контроллер продолжает осуществлять впрыск воды после ОЗВ на предельном уровне и регулирует один или несколько параметров работы двигателя для принятия мер в отношении детонации в двигателе. В изображенном примере в ответ на детонацию контроллер увеличивает время запаздывания зажигания в сравнении с ОМЗ (кривая 414). В результате продолжительность запаздывания зажигания оказывается меньше запаздывания зажигания, которое было бы необходимо в случае, если бы вода не была впрыснута (как показано пунктирной линией 413). Поэтому впрыск воды, в качестве меры для подавления детонации, повышает эффективность экономии топлива. В альтернативном примере, в котором двигатель выполнен с возможностью осуществления непосредственного впрыска воды, для усиления эффекта охлаждения заряда вместо запаздывания зажигания контроллер может осуществить впрыск воды с помощью водяных форсунок непосредственного впрыска вследствие пребывания водяной форсунки коллектора после ОЗВ на верхнем пределе. К моменту времени t6 в результате впрыска воды и регулирования момента зажигания происходит снижение детонации. В момент t6 из-за принятия мер в отношении детонации и снижения частоты вращения-нагрузки двигателя (вследствие снижения запроса, поступающего от водителя) проблема детонации более не требует решения. Поэтому в момент времени t6 контроллер отключает впрыск воды (кривая 408) и ускоряет момент зажигания относительно ОМЗ (кривая 414).
Таким образом, преимущество разбавления в двигателе от впрыска воды может быть усилено во время сухих или холодных условий окружающей среды за счет впрыска воды выше по потоку от охладителя заряда воздуха при работе двигателя в режиме без наддува. Техническим результатом передачи тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей по ОЗВ, заряду воздуха, проходящему через ОЗВ, является то, что больше воды оказывается вовлеченной в воздух, что способствует подаче теплого, влажного воздуха в двигатель. Теплый, влажный воздух, образованный за счет передачи тепла воздуху в ОЗВ, усиливает эффект разбавления водой, снижая нагрузку двигателя на прокачивание и снижая количество NOx в отработавших газах. Преимущество охлаждения заряда от впрыска воды может быть усилено во время влажных или теплых условий окружающей среды за счет осуществления впрыска воды ниже по потоку от охладителя заряда воздуха при работе двигателя в режиме наддува. Технический результат забора тепла от заряда воздуха, проходящего через ОЗВ, охлаждающей жидкостью, циркулирующей через ОЗВ, является то, что точка росы заряда воздуха может быть снижена, что позволяет распространить большее количество воды в жидкой фазе в коллекторе. В коллекторе указанная вода может испариться за счет забора тепла из окружающего воздуха, усиливая охлаждающий эффект и снижая предрасположенность к детонации. За счет более эффективного использования воды преимущества от впрыска воды могут распространиться на более широкий диапазон условий работы двигателя. В общем и целом, могут быть улучшены эксплуатационные характеристики двигателя и экономия топлива.
В одном из вариантов осуществления способ предусматривает следующие этапы: осуществляют впрыск большей части воды выше по потоку от охладителя заряда воздуха, чем ниже по потоку, при работе указанного охладителя в режиме нагрева; и осуществляют впрыск большей части воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, чем выше по потоку, при работе указанного охладителя в режиме охлаждения. Первый вариант способа также предусматривает, что впрыск воды выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют, если температура окружающей среды ниже пороговой температуры, а впрыск воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют, если температура окружающей среды выше указанной пороговой температуры. Второй вариант способа по усмотрению может включать первый вариант и дополнительно предусматривать, что впрыск воды выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют, если влажность окружающей среды ниже пороговой влажности, а впрыск воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют, если влажность окружающей среды выше указанной пороговой влажности. Третий вариант способа по усмотрению может включать один из или и первый и второй варианты, и дополнительно включать то, что работа указанного охладителя в режиме нагрева предусматривает работу двигателя в режиме без наддува, а работа указанного охладителя в режиме охлаждения предусматривает работу двигателя в режиме наддува. Четвертый вариант способа по усмотрению может включать один или несколько из вариантов, начиная с первого и заканчивая третьим, и дополнительно предусматривать, что впрыск воды выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют в ответ на запрос на разбавление в двигателе, а впрыск воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют в ответ на запрос на охлаждение двигателя. Пятый вариант способа по усмотрению может включать варианты с первого по четвертый и дополнительно предусматривать то, что количество воды, впрыскиваемой выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, зависит от каждого из следующих параметров: запроса разбавления в двигателе, давления в коллекторе и температуры окружающей среды, а количество воды, впрыскиваемой ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, зависит от каждого из следующих параметров: запроса на охлаждение двигателя, давления наддува и уровня конденсата в охладителе заряда воздуха. Шестой вариант способа по усмотрению может включать варианты с первого по пятый и дополнительно включать то, что работа указанного охладителя в режиме нагрева предусматривает передачу тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник, воздуху, проходящему через указанный теплообменник, а работа указанного охладителя в режиме охлаждения предусматривает передачу тепла от воздуха, проходящего через указанный теплообменник, охлаждающей жидкости, циркулирующей через указанный теплообменник. Седьмой вариант способа по усмотрению может включать варианты с первого по шестой и дополнительно предусматривать, что температура воздуха на выходе из указанного охладителя заряда воздуха соответствует обычной уставке температуры при работе указанного охладителя как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения, причем указанную уставку температуры выбирают в зависимости от предела детонации двигателя. Восьмой вариант способа по усмотрению может включать варианты с первого по седьмой и дополнительно предусматривать, что в ответ на впрыск воды выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха регулируют первый набор параметров работы двигателя, а в ответ на впрыск воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха регулируют второй, отличный от первого, набор параметров работы двигателя. Девятый вариант способа по усмотрению может включать варианты с первого по восьмой и дополнительно предусматривать, что первый набор параметров работы двигателя включает в себя расход потока РОГ, а второй набор параметров работы двигателя включает в себя моменты времени зажигания.
В другом варианте осуществления способ предусматривает, что при первом условии, в котором и температура окружающей среды, и влажность окружающей среды, находится на пониженном уровне, впрыск воды осуществляют выше по потоку от охладителя заряда воздуха для повышения температуры и влажности заряда воздуха, подаваемого в двигатель; а при втором условии, в котором и температура окружающей среды, и влажность окружающей среды, находятся на повышенном уровне, впрыск воды осуществляют ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха для снижения температуры указанного заряда воздуха, подаваемого в двигатель. В первом варианте способ дополнительно предусматривает, что при первом условии двигатель работает в режиме без наддува, а при втором условии двигатель работает в режиме наддува. Второй вариант способа по усмотрению может включать первый вариант и дополнительно предусматривать, что при первом условии двигатель работает на пределе разбавления, и количество воды, впрыскиваемой выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, зависит от запроса разбавления в двигателе и давления в коллекторе, а при втором условии двигатель работает на пределе детонации, и количество воды, впрыскиваемой ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, зависит от предела детонации двигателя и давления наддува. Третий вариант способа по усмотрению может включать один из или и первый и второй варианты, и дополнительно предусматривать, что как при первом условии, так и при втором условии указанное количество впрыскиваемой воды также зависит от уровня конденсата в указанном охладителе заряда воздуха. Четвертый вариант способа по усмотрению может включать один или несколько из вариантов, начиная с первого и заканчивая третьим, и дополнительно предусматривать, что при первом условии на основании указанного количества воды, впрыскиваемой выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, регулируют степень открытия клапана РОГ, а при втором условии на основании указанного количества воды, впрыскиваемой ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, регулируют моменты времени зажигания. Пятый вариант способа по усмотрению может включать варианты с первого по четвертый и дополнительно включать то, что как при первом условии, так и при втором условии, подают воздух через указанный охладитель заряда воздуха и осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости, связанной с системой охлаждающей жидкости двигателя, через указанный охладитель заряда воздуха, причем при первом условии тепло передают от охлаждающей жидкости воздуху, а при втором условии тепло передают от воздуха охлаждающей жидкости. Шестой вариант способа по усмотрению может включать варианты с первого по пятый и дополнительно предусматривать, что как при первом условии, так и при втором условии, температуру воздуха на выходе из указанного охладителя заряда воздуха поддерживают на уровне целевой температуры, причем целевую температуру выбирают в зависимости от предела детонации двигателя при его работе в режиме наддува.
В другом варианте осуществления система содержит двигатель; компрессор для подачи заряда наддувочного воздуха в указанный двигатель; охладитель заряда воздуха, расположенный ниже по потоку от указанного компрессора; систему охлаждающей жидкости, обеспечивающую циркуляцию охлаждающей жидкости по указанному охладителю заряда воздуха и двигателю; первую водяную форсунку, установленную выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха и ниже по потоку от указанного компрессора; вторую водяную форсунку, установленную ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха; канал РОГ, содержащий клапан РОГ для рециркуляции отработавших газов, поступающих из коллектора отработавших газов во впускной коллектор выше по потоку от указанного компрессора; датчик влажности, соединенный с указанным впускным коллектором выше по потоку от указанного компрессора, для оценки влажности окружающей среды; датчик температуры, соединенный с указанным впускным коллектором выше по потоку от указанного компрессора, для оценки температуры окружающей среды; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для: осуществления впрыска большего количества воды в двигатель выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, чем ниже по потоку, при поддержании компрессора в выключенном состоянии, если температура окружающей среды ниже пороговой температуры; и осуществления впрыска большего количества воды в двигатель ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, чем выше по потоку, при включении компрессора, если температура окружающей среды выше указанной пороговой температуры. Первый вариант системы дополнительно предусматривает, что часть от общего количества впрыскиваемой воды, впрыск которой осуществляют выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, увеличивается при снижении температуры окружающей среды, а часть от общего количества впрыскиваемой воды, впрыск которой осуществляют ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, увеличивается при повышении температуры окружающей среды. Второй вариант системы по усмотрению может включать первый вариант и дополнительно предусматривать то, что указанный контроллер содержит дополнительные инструкции для: уменьшения степени открытия указанного клапана РОГ в зависимости от части воды, впрыскиваемой выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха; и смещения момента зажигания в сторону опережения в зависимости от части воды, впрыскиваемой ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, 1-4, 1-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая наличие двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Способ (варианты) и система для регулирования впрыска воды в двигатель | 2017 |
|
RU2684065C1 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) РЕГУЛИРОВАНИЯ ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2702783C2 |
| Способ (варианты) импульсного впрыска воды в двигатель | 2017 |
|
RU2704368C2 |
| Способ и система для регулирования впрыска воды | 2017 |
|
RU2674856C1 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2693282C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ВЫБОРА МЕСТА ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2699848C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2712550C2 |
| Способ (варианты) впрыска воды в двигатель | 2017 |
|
RU2710446C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ УРОВНЯ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ДВИГАТЕЛЯ | 2018 |
|
RU2682793C1 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2015 |
|
RU2711573C2 |
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Представлены способы и системы выбора участка для впрыска воды в условиях осуществления впрыска воды во впускной тракт на основании температуры и влажности окружающей среды, а также условий работы двигателя. В одном из примеров, в способе, осуществляют впрыск воды выше по потоку от охладителя впускного воздуха при работе указанного охладителя в режиме нагрева, при этом впрыск воды осуществляют ниже по потоку от указанного охладителя при работе охладителя в режиме охлаждения. При этом работу охладителя в режиме нагрева осуществляют в сухих, холодных условиях окружающей среды и на основании запроса разбавления, а работу охладителя в режиме охлаждения осуществляют в условиях работы в режиме наддува и при детонации двигателя. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики двигателя и экономию топлива. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Способ для двигателя, в котором:
осуществляют впрыск большей части воды выше по потоку от охладителя заряда воздуха, чем ниже по потоку, при работе указанного охладителя в режиме нагрева; и
осуществляют впрыск большей части воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, чем выше по потоку, при работе указанного охладителя в режиме охлаждения.
2. Способ по п. 1, в котором впрыск большей части воды выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют, если температура окружающей среды ниже пороговой температуры, а впрыск большей части воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют, если температура окружающей среды выше указанной пороговой температуры.
3. Способ по п. 1, в котором впрыск большей части воды выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют, если влажность окружающей среды ниже пороговой влажности, а впрыск большей части воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют, если влажность окружающей среды выше указанной пороговой влажности.
4. Способ по п. 1, в котором работа указанного охладителя в режиме нагрева предусматривает работу двигателя в режиме без наддува, а работа указанного охладителя в режиме охлаждения предусматривает работу двигателя в режиме наддува.
5. Способ по п. 4, в котором впрыск большей части воды выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют в ответ на запрос разбавления в двигателе, а впрыск большей части воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха осуществляют в ответ на запрос охлаждения двигателя.
6. Способ по п. 5, в котором количество воды, впрыскиваемой выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, зависит от каждого из следующих параметров: запроса разбавления в двигателе, давления в коллекторе и температуры окружающей среды, а количество воды, впрыскиваемой ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, зависит от каждого из следующих параметров: запроса охлаждения двигателя, давления наддува и уровня конденсата в охладителе заряда воздуха.
7. Способ по п. 1, в котором работа указанного охладителя в режиме нагрева предусматривает передачу тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник, воздуху, проходящему через указанный теплообменник, а работа указанного охладителя в режиме охлаждения предусматривает передачу тепла от воздуха, проходящего через указанный теплообменник, охлаждающей жидкости, циркулирующей через указанный теплообменник.
8. Способ по п. 1, в котором температура воздуха на выходе из указанного охладителя заряда воздуха соответствует обычной уставке температуры при работе указанного охладителя как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения, причем указанную уставку температуры выбирают в зависимости от предела детонации двигателя.
9. Способ по п. 1, в котором дополнительно: в ответ на впрыск воды выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха регулируют первый набор параметров работы двигателя, а в ответ на впрыск воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха регулируют второй, отличный от первого, набор параметров работы двигателя.
10. Способ по п. 9, в котором первый набор параметров работы двигателя включает в себя расход потока рециркуляции отработавших газов (РОГ), а второй набор параметров работы двигателя включает в себя моменты времени зажигания.
11. Способ для двигателя, в котором:
при первом условии, в котором и температура окружающей среды, и влажность окружающей среды находятся на пониженном уровне, осуществляют впрыск воды выше по потоку от охладителя заряда воздуха для повышения температуры и влажности заряда воздуха, подаваемого в двигатель; а
при втором условии, в котором и температура окружающей среды, и влажность окружающей среды находятся на повышенном уровне, осуществляют впрыск воды ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха для снижения температуры указанного заряда воздуха, подаваемого в двигатель.
12. Способ по п. 11, в котором при первом условии двигатель работает в режиме без наддува, а при втором условии двигатель работает в режиме наддува.
13. Способ по п. 11, в котором при первом условии двигатель работает на пределе разбавления, и количество воды, впрыскиваемой выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, зависит от запроса разбавления в двигателе и давления в коллекторе, а при втором условии двигатель работает на пределе детонации, и количество воды, впрыскиваемой ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, зависит от предела детонации двигателя и давления наддува.
14. Способ по п. 13, в котором как при первом условии, так и при втором условии количество впрыскиваемой воды также зависит от уровня конденсата в указанном охладителе заряда воздуха.
15. Способ по п. 11, в котором дополнительно: при первом условии на основании количества воды, впрыскиваемой выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, регулируют степень открытия клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ), а при втором условии на основании количества воды, впрыскиваемой ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, регулируют моменты времени зажигания.
16. Способ по п. 11, в котором дополнительно: как при первом условии, так и при втором условии подают воздух через указанный охладитель заряда воздуха и осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости, связанной с системой охлаждающей жидкости двигателя, через указанный охладитель заряда воздуха, причем при первом условии тепло передают от охлаждающей жидкости воздуху, а при втором условии тепло передают от воздуха охлаждающей жидкости.
17. Способ по п. 11, в котором дополнительно: как при первом условии, так и при втором условии температуру воздуха на выходе из указанного охладителя заряда воздуха поддерживают на уровне целевой температуры, причем целевую температуру выбирают в зависимости от предела детонации двигателя при его работе в режиме наддува.
18. Система двигателя, содержащая:
двигатель;
компрессор для подачи заряда наддувочного воздуха в указанный двигатель;
охладитель заряда воздуха, расположенный ниже по потоку от указанного компрессора;
систему охлаждающей жидкости, обеспечивающую циркуляцию охлаждающей жидкости через указанный охладитель заряда воздуха и двигатель;
первую водяную форсунку, подсоединенную выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха и ниже по потоку от указанного компрессора;
вторую водяную форсунку, подсоединенную ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха;
канал рециркуляции отработавших газов (РОГ), содержащий клапан рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркуляции отработавших газов, поступающих из коллектора отработавших газов во впускной коллектор, выше по потоку от указанного компрессора;
датчик влажности, соединенный с указанным впускным коллектором выше по потоку от указанного компрессора, для оценки влажности окружающей среды;
датчик температуры, соединенный с указанным впускным коллектором выше по потоку от указанного компрессора, для оценки температуры окружающей среды; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями для:
осуществления впрыска большего количества воды в двигатель выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, чем ниже по потоку, при поддержании компрессора выключенным, если температура окружающей среды ниже пороговой температуры; и
осуществления впрыска большего количества воды в двигатель ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, чем выше по потоку, при включении компрессора, если температура окружающей среды выше указанной пороговой температуры.
19. Система по п. 18, в которой часть от общего количества впрыскиваемой воды, впрыск которой осуществляют выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, увеличивается при снижении температуры окружающей среды, а часть от общего количества впрыскиваемой воды, впрыск которой осуществляют ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха, увеличивается при повышении температуры окружающей среды.
20. Система по п. 19, в которой указанный контроллер содержит дополнительные инструкции для:
уменьшения степени открытия указанного клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) в зависимости от части воды, впрыскиваемой выше по потоку от указанного охладителя заряда воздуха; и
смещения момента зажигания в сторону опережения в зависимости от части воды, впрыскиваемой ниже по потоку от указанного охладителя заряда воздуха.
| US 20140109870 A1, 24.04.2014 | |||
| US 20160061100 A1, 03.03.2016 | |||
| US 20140041381 A1, 13.02.2014 | |||
| 0 |
|
SU153202A1 | |
| Устройство для увлажнения наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания | 1982 |
|
SU1132043A1 |
