Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в основном, к системам и способам регулирования работы топливных инжекторов двигателя внутреннего сгорания для компенсации изменений температуры.
Уровень техники / Раскрытие сущности изобретения
Двигатели могут быть выполнены с возможностью подачи топлива в цилиндры двигателя с использованием инжекторов распределенного впрыска и/или инжекторов непосредственного впрыска. Двигатели с инжекторами распределенного впрыска (РВ) и инжекторами непосредственного впрыска (НВ), что обозначено в настоящем документе как РНВ, могут совмещать преимущества обеих систем впрыска топлива. Например, при высоких нагрузках двигателя топливо могут подавать с использованием непосредственного впрыска в цилиндр двигателя через инжектор непосредственного впрыска, получая выгоду от возможности охлаждения впускного заряда при непосредственном впрыске. При низких нагрузках двигателя и при запусках двигателя топливо могут подавать во впускной тракт цилиндра двигателя через инжектор распределенного впрыска, что позволяет уменьшить образование твердых частиц в отработавших газах. Во время других условий часть топлива могут подавать в цилиндр через инжектор распределенного впрыска, а остальную часть топлива могут подавать в цилиндр через инжектор непосредственного впрыска.
Во время работы двигателя с непосредственным впрыском, топливо может проходить через форсунку инжектора непосредственного впрыска, обеспечивая поддержание по существу низких значений температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска (например, около 100°С). Для сравнения, во время работы двигателя, когда непосредственный впрыск отключен, и топливо не поступает через инжектор непосредственного впрыска (например, во время условий, при которых требуется только распределенный впрыск), температура наконечника инжектора непосредственного впрыска может оказаться по существу больше (например, около 260°С). Когда после этого топливо подают через инжектор непосредственного впрыска, температура топлива может возрасти, что приведет к уменьшению плотности топлива по сравнению с ожидаемой, что, в свою очередь, приведет к непреднамеренным ошибкам подачи топлива. Например, в результате того, что количество поданного топлива меньше, чем ожидалось, непосредственный впрыск привести к ошибке в виде изменения воздушно-топливного отношения в сторону обеднения. Например, когда температура инжектора увеличивается на 80Х, создается ошибка в сторону обеднения смеси на 4%.
Один пример подхода для компенсации увеличения температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска предложен ВанДерВеге (VanDerWege) и др. в патентном документе US 9322340. В указанном документе регулируют длительность импульса впрыска в ответ на повышенную температуры жидкости для снижения детонации во время выпуска ее через инжектор непосредственного впрыска. В частности, используют более длительный импульс непосредственного впрыска, если увеличивается спрогнозированная температура топлива, подаваемого из инжектора непосредственного впрыска.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили возможные недостатки в таком подходе. Например, даже при регулировании, указанном в US 9322340, могут сохраняться ошибки подачи топлива вследствие различий в изменении температуры топлива и температуры наконечника в период отключения инжектора непосредственного впрыска, а также во время последующего непосредственного впрыска. Например, теплопередача к инжектору непосредственного впрыска за период отключения может отличаться в зависимости от того, продолжалось ли сгорание в цилиндре с использованием распределенного впрыска, в зависимости от средней нагрузки цилиндра, если процесс сгорания в цилиндре продолжался, а также в зависимости от того, был ли остановлен процесс сгорания во всех цилиндрах и продолжалось ли перекачивание воздуха через цилиндр, когда сгорание было прекращено в результате выборочного отключения топлива без отключения клапана, были ли топливный инжектор и клапаны отключены, когда сгорание было прекращено, вращался ли двигатель после того, как сгорание было прекращено и т.д. Некоторые из этих факторов могут также влиять на температуру топлива, хотя и иначе по сравнению с влиянием на температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска. В другом примере, когда инжектор непосредственного впрыска включают повторно и используют для подачи топлива, температура наконечника инжектора может уменьшиться с большей скоростью, чем температура топлива. В результате этих изменений, если изменяют количество непосредственного впрыска жидкости для уменьшения детонации для компенсации повышения температуры топлива во время впрыска, может быть завышено изменение плотности. Длительность импульса непосредственного впрыска может быть увеличена в большей степени, чем необходимо (или импульс может быть более длительным, чем необходимо), что приводит к ошибке воздушно-топливного отношения в сторону обогащения смеси. В качестве альтернативы изменение плотности может быть занижено, что приводит к меньшему увеличению длительности импульса непосредственного впрыска, чем необходимо (или к более короткому импульсу, чем необходимо), что приводит к ошибке воздушно-топливного отношения в сторону обеднения смеси. В другом примере, в подходе, предложенном в US 9322340, температуру топлива вычисляют на основании рассчитанной температуры топливной рампы. Однако во время переходных процессов в двигателе температура топливной рампы может остаться стабильной. В результате вычисленная температура топлива остается по существу постоянной, в то время как фактическая температура топлива увеличивается.
Например, некоторые вышеупомянутые проблемы могут быть решены посредством способа для двигателя, в котором: в ответ на отключение инжектора непосредственного впрыска оценивают температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска, которая отличается от температуры топлива, на основании условий работы цилиндра, включающих в себя условия сгорания в цилиндре, работу клапана цилиндра и работу инжектора распределенного впрыска во время указанного отключения; и в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска регулируют импульс непосредственного впрыска топлива на основании оцененной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска и оцененной температуры топлива. Таким образом, могут быть уменьшены ошибки подачи топлива при непосредственном впрыске.
Например, двигатель может быть выполнен и с возможностью распределенного впрыска, и с возможностью непосредственного впрыска. Во время работы двигателя, в том числе во время сгорания в цилиндрах и при отсутствии сгорания в цилиндрах, контроллер двигателя может непрерывно оценивать температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска, отличающуюся от температуры топлива. Температуру топлива могут оценить посредством температурного датчика топливной рампы. Температура наконечника инжектора непосредственного впрыска может быть определена как функция теплового потока в инжектор непосредственного впрыска (например, вследствие тепла сгорания, когда разрешено сгорание в цилиндре), а также охлаждающего потока в инжектор непосредственного впрыска (например, при поступлении топлива в инжектор). Кроме того, оценки теплового потока и охлаждающего потока могут изменяться на основании нескольких параметров сгорания, например, в зависимости от того, включен или нет инжектор непосредственного впрыска, продолжается или нет сгорание в цилиндре посредством распределенного впрыска в то время, когда отключен инжектор непосредственного впрыска, работают или нет клапаны цилиндра в то время, когда отключен инжектор непосредственного впрыска, и в цилиндре не происходит сгорание, в зависимости от средней нагрузки цилиндра в то время, когда инжектор непосредственного впрыска отключен, и в цилиндре происходит сгорание, в зависимости от продолжительности отключения инжектора непосредственного впрыска и т.д. Контроллер может определить установившуюся температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска, когда непосредственный впрыск разрешен, и затем может отслеживать переходное изменение температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска в то время, когда непосредственный впрыск отключен. Кроме того, температура топлива может колебаться в меньшей степени, чем температура наконечника. Контроллер может одновременно определить поправочный коэффициент плотности топлива на основании температуры наконечника относительно температуры топлива и применить поправочный коэффициент к номинальной оценке плотности топлива таким образом, чтобы колебания плотности топлива могли быть наблюдаемы в режиме реального времени. Во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска контроллер может регулировать длительность импульса непосредственного впрыска на основании исправленной оценки плотности топлива. Например, во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска после периода отключения НВ, когда цилиндры продолжают получать топливо через инжекторы распределенного впрыска, и происходит сгорание, температура наконечника инжектора НВ может увеличиться выше установившейся температуры. Соответственно, контроллер может обеспечить компенсацию понижения плотности топлива посредством увеличения длительности импульса впрыска топлива на большее значение. Для сравнения, во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска после периода отключения НВ, когда в цилиндрах не происходит сгорание, но воздух продолжают прокачивать через клапаны (например, событие отсечки топлива при замедлении (ОТЗ)), температура наконечника инжектора НВ может уменьшиться ниже установившейся температуры. Соответственно, контроллер может обеспечить компенсацию повышения плотности топлива, увеличив длительность импульса НВ топлива на меньшее значение, или уменьшив длительность импульса НВ топлива. Кроме того, длительность импульса может изменяться по продолжительности после повторного включения, с постоянной времени, основанной на переходном изменении температуры наконечника.
Таким образом, параметры настройки впрыска топлива для инжектора непосредственного впрыска могут быть отрегулированы таким образом, чтобы обеспечить компенсацию изменения плотности топлива вследствие различных уровней нагревания топлива и наконечника инжектора в течение некоторого периода отключения инжектора непосредственного впрыска. Технический результат компенсации скорости изменения температуры топлива, отличающегося от скорости изменения температуры наконечника, состоит в том, что могут быть использованы различные температурные профили во время повторного включения непосредственного впрыска. Непрерывная оценка температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, основанная на изменениях теплового потока и охлаждающего потока к инжектору, позволяет более точно оценить изменения плотности топлива, вызванные температурой, при этом длительность импульса впрыска может быть соответствующим образом отрегулирована без изменения воздушно-топливного отношения в сторону обеднения или обогащения. Кроме того, может быть более эффективно использован эффект охлаждения заряда непосредственного впрыска топлива. Кроме того, можно уменьшить степень загрязнения инжектора непосредственного впрыска и его термическую деградацию.
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 после 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 показана схема примера варианта осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания, расположенного в системе гибридного транспортного средства.
На фиг. 2 показана схема примера варианта осуществления топливной системы, выполненной с возможностью распределенного впрыска и непосредственного впрыска, которая может быть использована с двигателем, показанным на фиг. 1.
На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая пример способа, который может быть использован для регулирования длительности импульса непосредственного впрыска во время повторного включения инжектора.
На фиг. 4 показан пример модели, которая может быть использована контроллером двигателя для оценки изменений температуры топливной системы НВ в период отключения НВ и во время повторного включения НВ.
На фиг. 5 показан пример таблицы эмпирически определенных долей топлива распределенного и непосредственного впрыска (отношение разделения НВ/РВ).
На фиг. 6 показан пример графика вычисления температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, выполняемого на основании теплового потока и потока охлаждения к инжектору во время условий сгорания в двигателе и отсутствия сгорания в двигателе.
На фиг. 7 показан пример графика компенсации длительности импульса непосредственного впрыска топлива и распределенного впрыска топлива, согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Следующее раскрытие относится к системам и способам для регулирования работы топливного инжектора непосредственного впрыска в двигателе внутреннего сгорания, после периода отключения для компенсации изменения плотности подаваемого топлива в результате изменения температуры. На фиг. 1 показан пример варианта осуществления системы гибридного транспортного средства, имеющего цилиндр двигателя, выполненный с инжектором непосредственного впрыска и инжектором распределенного впрыска. На фиг. 2 показан пример топливной системы, которая может использоваться с системой двигателя, показанной на фиг. 1. Отношение разделения топлива, подаваемого посредством распределенного впрыска относительно непосредственного впрыска, может быть определено на основании условий работы двигателя, например, с использованием таблицы, содержащей данные частоты вращения и нагрузки двигателя, показанной на фиг. 5. Во время некоторых условий работы двигателя топливо в двигатель могут подавать только посредством распределенного впрыска, а инжекторы непосредственного впрыска могут быть отключены. Во время длительного периода отключения инжекторов непосредственного впрыска может увеличиться температура инжектора непосредственного впрыска, топливной рампы непосредственного впрыска и, следовательно, топлива, которое будет подано через инжектор непосредственного впрыска. Контроллер двигателя может выполнять программу, например, программу, показанную в качестве примера на фиг. 3, для непрерывной оценки температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, отличающуюся от температуры топлива, и корректировать плотность топлива на основании этой оценки. Контроллер может использовать модель, например, модель, показанную на фиг. 4 в качестве примера, для оценки изменения температуры наконечника инжектора НВ. Например, контроллер может сравнить тепловой поток и охлаждающий поток к инжектору непосредственного впрыска во время условий сгорания в двигателе и условий отсутствия сгорания в двигателе, для определения чистого теплового потока к наконечнику инжектора, как проиллюстрировано с использованием примера на фиг. 6. Затем можно исправить значение длительности импульса впрыска топлива для компенсации изменения плотности топлива, вызванного чистым тепловым потоком к инжектору, как проиллюстрировано со ссылкой на фиг. 7. Таким образом, можно уменьшить ошибки подачи топлива во время работы инжектора непосредственного впрыска после некоторого периода отключения инжектора непосредственного впрыска, и можно предотвратить тепловое повреждение компонентов топливной системы.
В настоящей заявке используются следующие термины и аббревиатуры. Насос высокого давления или насос непосредственного впрыска может быть сокращен как НВД. Аналогичным образом, насос низкого давления или подкачивающий насос может быть сокращен как ННД. Распределенный впрыск может быть сокращен как РВ, а непосредственный впрыск может быть сокращен как НВ. Кроме того, давление топливной рампы или значение давления топлива внутри топливной рампы может быть сокращено как ДТР.
На фиг. 1 показан пример камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может входить в состав силовой установки транспортного средства, предназначенного для движения по дороге, например, может входить в состав системы 5 транспортного средства. Например, система 5 транспортного средства может быть системой гибридного электрического транспортного средства.
Двигателем 10 может управлять, по меньшей мере частично, управляющая система, содержащая контроллер 12 и получающая входной сигнал водителя 130 через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала, пропорционального положению педали ПП. Цилиндр (в настоящем документе также называемый «камера сгорания») 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным внутри них поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы возвратно-поступательные движения поршня могли быть преобразованы во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен по меньшей мере с одним приводным колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, мотор стартера (не показанный на схеме) может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик таким образом, чтобы обеспечить работу двигателя 10 при запуске.
Цилиндр 14 может получать впускной воздух через несколько впускных воздушных каналов 142, 144, и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10, кроме цилиндра 14. В некоторых примерах один или несколько впускных каналов могут содержать устройство наддува, например, турбонагнетатель или механический нагнетатель. Например, на фиг.1 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и выпускную турбину 176, расположенную в выпускном канале 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере частично, приводиться в движение выпускной турбиной 176 через вал 180, то есть, такое устройство наддува представляет собой турбонагнетатель. Однако в других примерах, например, когда двигатель 10 оборудован механическим нагнетателем, выпускная турбина 176 может опционально отсутствовать, а компрессор 174 может приводиться в действие механически, то есть посредством мотора или двигателя. Дроссель 162, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть расположен во впускном канале двигателя для обеспечения возможности изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть расположен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы не только из цилиндра 14, но и из других цилиндров двигателя 10. Показано, что датчик 128 отработавших газов соединен с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных подходящих для этой цели датчиков, для обеспечения указания воздушно-топливного отношения отработавших газов, то есть, может представлять собой, например, линейный датчик кислорода или универсальный (или широкодиапазонный) датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ), бистабильный датчик кислорода в отработавших газах или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ) (как показано на схеме), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ). датчик NOx, углеводородов или СО. Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, или какое-либо другое устройство снижения токсичности отработавших газов, а также комбинацию упомянутых устройств.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, показано, что цилиндр 14 содержит по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Контроллер 12 может управлять впускным клапаном 150 посредством привода 152. Аналогичным образом, контроллер 12 может управлять выпускным клапаном посредством привода 154. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, подаваемые на приводы 152 и 154, для управления открытием и закрытием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено соответствующими датчиками положения клапана (не показанными на схеме). Приводы клапанов могут быть выполнены в виде электропривода клапанов, кулачкового привода или их комбинации. Фазами впускного клапана и выпускного клапана могут управлять одновременно или могут использовать какую-либо из следующих систем регулирования фаз: изменения фаз кулачкового распределения впускного клапана, изменения фаз кулачкового распределения выпускного клапана, двойного независимого изменения фаз кулачкового распределения или фиксированные фазы кулачка. Каждая система кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из следующих систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), с возможностью управления от контроллера 12, для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14 может в качестве альтернативы содержать впускной клапан, управляемый при помощи электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый при помощи кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР. В других примерах впускными и выпускными клапанами могут управлять при помощи общего привода клапанов или системы приводов, а также с помощью привода или системы приводов для изменения фаз газораспределения.
Цилиндр 14 может характеризоваться степенью сжатия, то есть, отношением объемов камеры сгорания для положений поршня 138 в нижней мертвой точке и в верхней мертвой точке соответственно. Например, значение степени сжатия может находиться в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, если используются другие виды топлива, степень сжатия может быть увеличена. Это может быть применимо, например, при использовании топлива с более высоким октановым числом или топлива с более высокой удельной теплотой парообразования. Степень сжатия могут также увеличить при использовании прямого впрыска, вследствие ее влияния на детонацию в двигателе.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для запуска процесса сгорания. Система 190 зажигания может создавать искру зажигания в камере 14 сгорания при помощи свечи 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (03) от контроллера 12 для выбранных режимов работы. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, если двигатель 10 имеет возможность использовать процесс сгорания с самовоспламенением или воспламенением при помощи впрыска топлива, как может быть реализовано в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одним или несколькими топливными инжекторами для подачи топлива. В качестве не ограничивающего примера, показан цилиндр 14 с двумя топливными инжекторами 166 и 170. Топливные инжекторы 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, полученного из топливной системы 8. Как показано со ссылкой на фиг. 2, топливная система 8 может содержать один или несколько топливных баков, топливных насосов и топливных рамп. Показано, что топливный инжектор 166 соединен непосредственно с цилиндром 14 для обеспечения непосредственного впрыска топлива в цилиндр пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ДИВТ-1), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 168. В данном случае топливный инжектор 166 обеспечивает процесс, известный как непосредственный впрыск (НВ) топлива в цилиндр 14 для сгорания. Несмотря на то, что на фиг. 1 показан топливный инжектор 166, расположенный на боковой части цилиндра 14, топливный инжектор может быть расположен над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Такое положение топливного инжектора может улучшить смешивание и сгорание при эксплуатации двигателя с топливом на спиртовой основе, из-за более низкой испаряемости некоторых видов топлива на спиртовой основе. В качестве альтернативы, топливный инжектор может быть расположен над впускным клапаном или рядом с ним для улучшения смешивания. Топливо могут подавать к топливному инжектору 166 из топливного бака топливной системы 8 посредством топливного насоса высокого давления и топливной рампы. Кроме того, топливный бак может иметь датчик давления с возможностью подачи сигнала в контроллер 12.
Показано, что топливный инжектор 170 встроен во впускной канал 146, а не в цилиндр 14, что образует конфигурацию, известную как распределенный впрыск (РВ), то есть, впрыск во впускной тракт выше по потоку относительно цилиндра 14. Топливный инжектор 170 имеет возможность впрыска топлива, получаемого из топливной системы 8, пропорционально длительности импульса сигнала впрыска топлива (ДИВТ-2), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Следует учитывать, что может использоваться один драйвер 168 или 171 для обеих систем впрыска топлива или может использоваться несколько драйверов, например, на схеме показан драйвер 168 для топливного инжектора 166 и драйвер 171 для топливного инжектора 170.
В альтернативном примере каждый из топливных инжекторов 166 и 170 может быть выполнен как топливный инжектор непосредственного впрыска для впрыскивания топлива непосредственно в цилиндр 14. В другом примере каждый из топливных инжекторов 166 и 170 может быть выполнен как топливный инжектор для распределенного впрыска топлива, выше по потоку от впускного клапана 150. В других примерах цилиндр 14 может содержать только один топливный инжектор, выполненный с возможностью получения различных видов топлива из топливных систем в различных относительных количествах в виде топливной смеси, и указанный топливный инжектор может быть дополнительно выполнен с возможностью впрыска этой топливной смеси или непосредственно в цилиндр, в качестве топливного инжектора непосредственного впрыска, или выше по потоку от впускных клапанов, в качестве топливного инжектора распределенного впрыска. Также следует отметить, что раскрытые в настоящем документе топливные системы не могут быть ограничены конкретными конфигурациями топливных инжекторов, раскрытыми в настоящем документе только в качестве примера.
Топливо может поступать в цилиндр из обоих инжекторов за время одного цикла цилиндра. Например, каждый инжектор может доставлять часть общего количества впрыскиваемого топлива, сжигаемого в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, впрыснутого из каждого инжектора, может изменяться в зависимости от условий работы, таких как нагрузка двигателя, детонация и температура отработавших газов, например, как раскрыто ниже. Топливо посредством распределенного впрыска могут подавать во время события открытия впускного клапана, события закрытия впускного клапана (например, по существу, перед тактом впуска), а также во время работы при открытом и закрытом впускном клапане. Аналогичным образом, например, топливо для непосредственного впрыска могут подавать во время такта впуска, а также частично во время предыдущего такта выпуска, во время такта впуска и частично во время такта сжатия. Кроме того, даже для одного события сгорания впрыскиваемое топливо могут подавать в различные моменты времени как из инжектора распределенного впрыска, так и из инжектора непосредственного впрыска. Кроме того, для единственного события сгорания в течение цикла могут выполнить многократный впрыск подаваемого топлива. Многократный впрыск могут осуществить во время такта сжатия, такта впуска или любой соответствующей их комбинации.
Топливные инжекторы 166 и 170 могут иметь различные характеристики, что может быть обусловлено различием размеров: например, один инжектор может иметь большее отверстие для впрыска, чем другой. Другие различия могут содержать, но без ограничения этим, различные углы распыла, различные рабочие температуры, различное нацеливание, различный момент времени впрыска, различные характеристики распыла, различные местоположения и т.д. Кроме того, различные эффекты могут быть получены в результате изменения относительного распределения количества впрыскиваемого топлива между инжекторами 170 и 166.
Топливные баки в топливной системе 8 могут содержать различные типы топлива, например, топливо с различными топливными характеристиками и различные топливные составы. Эти различия могут заключаться в различном содержании спирта, в различном содержании воды, в различных октановых числах, в различных значениях теплоты испарения, в различных топливных смесях и/или в их комбинации и т.д. Один пример видов топлива с различными значениями теплоты испарения может содержать бензин в качестве топлива первого типа, с меньшей теплотой испарения, и этанол в качестве топлива второго типа, с большей теплотой испарения. В другом примере двигатель может использовать бензин в качестве топлива первого типа и спиртосодержащую топливную смесь, например Е85 (состоящую приблизительно из 85% этанола и 15% бензина) или М85 (состоящую приблизительно из 85% метанола и 15% бензина) в качестве топлива второго типа. Другие возможные вещества содержат воду, метанол, смесь спирта и воды, смесь воды и метанола, смесь спиртов и т.д.
В другом примере два типа топлива могут представлять собой спиртовые смеси с различными пропорциями спирта, где топливо первого типа может представлять собой смесь бензина и спирта с более низкой концентрацией спирта, например, Е10 (смесь, содержащую приблизительно 10% этанола), а топливо второго типа может представлять собой смесь бензина и спирта с более высокой концентрацией спирта, например, Е85 (смесь, содержащую приблизительно 85% этанола). Кроме того, топливо первого и второго типа может также отличаться по другим топливным характеристикам, например, отличаться по температуре, вязкости, октановому числу и т.д. Кроме того, характеристики топлива из одного или обоих топливных баков могут часто изменяться в результате изменяющихся день ото дня заправок топливного бака.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 106, порты ввода/вывода 108, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в этом конкретном примере в виде микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства для хранения исполняемых инструкций, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, в том числе, данные измерения входного массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от температурного датчика 116, присоединенного к охлаждающей рубашке 118; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) на основании сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе ДВК от датчика давления в коллекторе могут использовать для определения разрежения или избыточного давления во впускном коллекторе. Контроллер 12 может получать сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, и использовать различные приводы, показанные на фиг. 1, для регулирования работы двигателя на основании полученных сигналов и с использованием инструкций, сохраненных в памяти контроллера. Например, используя сигнал длительности импульса, подаваемый контроллером на электронный драйвер, соединенный с инжектором непосредственного впрыска, могут подавать порцию впрыскиваемого топлива из инжектора непосредственного впрыска в соответствующий цилиндр.
Как было раскрыто выше, на фиг. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный набор впускных и выпускных клапанов, топливный инжектор (инжекторы), свечу зажигания и т.д. Следует учитывать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров, например, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более цилиндров. Кроме того, каждый из указанных цилиндров может содержать некоторые или все компоненты, раскрытые и показанные на фиг. 1 в отношении цилиндра 14.
В некоторых примерах транспортное средство 5 может представлять собой гибридное транспортное средство с несколькими источниками крутящего момента, подаваемого к одному или нескольким колесам 55 транспортного средства. В других примерах транспортное средство 5 может представлять собой транспортное средство с бензиновым двигателем, то есть только с двигателем, или электрическим транспортным средством только с электрическим мотором (моторами). В показанном примере транспортное средство 5 содержит двигатель 10 и электрический мотор 52. Электрический мотор 52 может представлять собой обычный мотор или мотор-генератор. Коленчатый вал 140 двигателя 10 и электрический мотор 52 находятся в соединении через трансмиссию 54 с колесами 55 транспортного средства, когда одна или несколько муфт 56 находятся в зацеплении. В изображенном примере первая муфта 56 расположена между коленчатым валом 140 и электрическим мотором 52, а вторая муфта 56 расположена между электрическим мотором 52 и трансмиссией 54. Контроллер 12 может посылать сигнал на привод каждого муфты 56, что позволяет переводить муфты в замкнутое или разомкнутое состояние, для присоединения или отсоединения коленчатого вала 140 от электрического мотора 52 и присоединенных к нему компонентов и/или присоединить или отсоединить электрический мотор 52 от трансмиссии 54 и от компонентов, присоединенных к трансмиссии. Трансмиссия 54 может представлять собой коробку передач, систему планетарной передачи или трансмиссию другого типа. Силовой агрегат может иметь разные конфигурации, в том числе, может быть выполнен по параллельной, последовательной или параллельно-последовательной схеме гибридного транспортного средства.
Электрический мотор 52 может получать электроэнергию от тягового аккумулятора 58, что позволяет обеспечить крутящий момент для колес 55 транспортного средства. Электрический мотор 52 может также работать как генератор, что позволяет обеспечить электроэнергию для заряда аккумулятора 58, например, во время торможения.
На фиг. 2 показана схема примера варианта осуществления топливной системы 200, например топливной системы 8, показанной на фиг. 1. Топливная система 200 может эксплуатироваться для подачи топлива в двигатель, например, в двигатель 10, показанный на фиг. 1. Контроллер может управлять топливной системой 200, что позволяет выполнить некоторые или все операции, раскрытые в отношении способа, показанного на фиг. 3.
Топливная система 200 содержит топливный бак 210 для хранения топлива на борту транспортного средства, топливный насос 212 низкого давления (ННД) (в настоящем документе также называемый «топливный подкачивающий насос 212») и топливный насос 214 высокого давления (НВД) (в настоящем документе также называемый «насос 214 впрыска топлива»). Топливо можно подавать в топливный бак 210 через топливный заправочный канал 204. Например, ННД 212 может представлять собой топливный насос низкого давления с электрическим приводом, расположенный по меньшей мере частично внутри топливного бака 210. Контроллер 222 (например, контроллер 12, показанный на фиг. 1) может управлять ННД 212 для обеспечения подачи топлива к НВД 214 через топливный канал 218. ННД 212 может быть выполнен таким образом, что может упоминаться как топливный подкачивающий насос. Например, ННД 212 может представлять собой турбинный (например, центробежный) насос, содержащий электрический мотор (например, мотор постоянного тока) насоса, выполненный таким образом, что увеличением давления на насосе и/или объемным расходом через насос можно управлять посредством изменения количества электроэнергии, подаваемой к мотору насоса, что позволяет увеличивать или уменьшать частоту вращения мотора. Например, когда контроллер уменьшает количество электроэнергии, подаваемой на подкачивающий насос 212, объемный расход и/или увеличение давления на подкачивающем насосе могут быть уменьшены. Объемный расход и/или увеличение давления на насосе могут быть увеличены за счет увеличения количества электроэнергии, подаваемой на подкачивающий насос 212. Например, электроэнергия, подаваемая на мотор насоса низкого давления, может быть получена от генератора переменного тока или другого устройства аккумулирования энергии на борту транспортного средства (которые не показаны на схеме), и в результате управляющая система может управлять электрической нагрузкой, используемой для приведения в действие насоса низкого давления. Таким образом, изменяя напряжение и/или ток, подаваемый на топливный насос низкого давления, можно регулировать расход и давление топлива, подаваемого во впускное отверстие топливного насоса 214 высокого давления.
ННД 212 может быть соединен по текучей среде с фильтром 217, выполненным с возможностью удаления мелких примесей, содержащихся в топливе, которые могут повредить компоненты топливной системы. Обратный клапан 213, который может облегчить подачу топлива и поддерживать давление топлива в линии, может быть расположен выше по потоку текучей среды от фильтра 217. За счет использования обратного клапана 213 выше по потоку от фильтра 217 можно увеличить согласование канала 218 низкого давления, так как фильтр может быть физически больше по объему. Кроме того, предохранительный клапан 219 может использоваться для ограничения давления топлива в канале 218 низкого давления (например, на выходе подкачивающего насоса 212). Предохранительный клапан 219 может содержать шарик и пружинный механизм, которые осуществляют герметизацию при заданной разности давлений. Уставка разности давлений, при которой предохранительный клапан 219 может быть открыт, может иметь различные подходящие значения: в качестве неограничивающего примера уставка может быть равна 6, 4 бар или 5 бар (манометрическое давление). Отверстие 223 может быть использовано для пропуска воздуха и/или паров топлива, что позволяет обеспечить отвод газов из подкачивающего насоса 212. Этот отвод посредством отверстия 223 может также использоваться для приведения в действие струйного насоса, используемого для перемещения топлива из одного местоположения внутри бака 210 в другое. Например, обратный клапан отверстия (не показанный на схеме) может быть расположен последовательно с отверстием 223. В некоторых вариантах осуществления топливная система 8 может содержать один или несколько (например, набор) обратных клапанов, связанных по текучей среде с топливным насосом 212 низкого давления и позволяющих предотвращать обратную утечку топлива, то есть, выше по потоку от клапанов. В данном контексте движение текучей среды выше по потоку относится к топливному потоку, проходящему из топливных рамп 250, 260 к ННД 212, в то время как движение текучей среды ниже по потоку относится к номинальному направлению топливного потока от ННД к НВД 214 и затем к топливным рампам.
Топливо, подкачиваемое ННД 212, может быть подано с низким давлением в топливный канал 218 и затем к входу 203 НВД 214. Электромагнитный клапан 281, расположенный выше по потоку от впускного отверстия 203, выполнен с возможностью управления количеством нагнетаемого топлива. НВД 214 может затем подавать топливо в первую топливную рампу 250, соединенную с одним или несколькими топливными инжекторами первой группы 252 инжекторов непосредственного впрыска (которая в настоящем документе также называется первой инжекторной группой). Топливо, подкачиваемое ННД 212, может также быть подано ко второй топливной рампе 260, соединенной с одним или несколькими топливными инжекторами второй группы 262 инжекторов распределенного впрыска (которая в настоящем документе также называется второй инжекторной группой). НВД 214 может использоваться для увеличения давления топлива, подаваемого к первой топливной рампе, выше давления подкачивающего насоса, причем первая топливная рампа соединена с группой инжекторов непосредственного впрыска, работающих при высоком давлении. В результате может быть обеспечен НВ высокого давления, в то время как РВ может осуществляться при более низком давлении.
Хотя первая топливная рампа 250 и вторая топливная рампа 260 показаны с возможностью распределения топлива по четырем топливным инжекторам соответствующих инжекторных групп 252 и 262, следует учитывать, что любая топливная рампа 250 и 260 может распределять топливо для любого приемлемого количества топливных инжекторов. Например, первая топливная рампа 250 может распределять топливо для одного топливного инжектора первой инжекторной группы 252 для каждого цилиндра двигателя, в то время как вторая топливная рампа 260 может распределять топливо для одного топливного инжектора второй инжекторной группы 262 для каждого цилиндра двигателя. Контроллер 222 может индивидуально включать каждый инжектор распределенного впрыска из группы 262 посредством драйвера 237 распределенного впрыска и включать каждый инжектор непосредственного впрыска из группы 252 посредством драйвера 238 для непосредственного впрыска. Контроллер 222, драйверы 237 и 238 и другие соответствующие контроллеры системы двигателя могут образовывать управляющую систему. Хотя драйверы 237 и 238 показаны расположенными вне контроллера 222, следует понимать, что в других примерах контроллер 222 может содержать драйверы 237 и 238 или может быть выполнен с возможностью выполнения функций драйверов 237 и 238. Контроллер 222 может содержать дополнительные непоказанные компоненты: например, входящие в состав контроллера 12, изображенного на фиг. 1.
НВД 214 может представлять собой приводимый в движение двигателем насос вытесняющего действия. В качестве неограничивающего примера, НВД 214 может представлять собой насос высокого давления BOSCH HDP5, использующий электромагнитный управляющий клапан (например, регулятор объема топлива, электромагнитный клапан и т.д.) для изменения эффективного объема насоса для каждого хода насоса. Выпускной обратный клапан НВД имеет механическое управление и не имеет электронного управления от внешнего контроллера. НВД 214 может приводиться в движение двигателем, в отличие от ННД 212, имеющего привод от электромотора. НВД 214 содержит поршень 228 насоса, камеру 205 сжатия насоса (в настоящем документе также называемую рабочей камерой), и штоковую полость 227. Поршень 228 насоса может воспринимать входное механическое усилие от коленчатого вала двигателя или кулачкового вала через кулачок 230, что позволяет приводить в движение НВД в соответствии с принципом работы одноцилиндрового насоса с кулачковым приводом. Датчик (не показанный на фиг. 2) может располагаться рядом с кулачком 230 для определения углового положения кулачка (например, между 0 и 360 градусами), значение которого может быть передано в контроллер 222. Штоковая полость 227 может также быть непосредственно соединена с топливным каналом 218 посредством топливной линии 282. Накопитель 284 может быть присоединен к этому узлу.
Датчик 231 давления топлива подкачивающего насоса может быть расположен в топливном канале 218 между подкачивающим насосом 212 и топливным насосом 214 высокого давления. В этом варианте осуществления показания датчика 231 могут нести информацию о давлении топлива, создаваемом подкачивающим насосом 212 (например, давление топлива на выпускном отверстии подкачивающего насоса) и/или давлении топлива на входе топливного насоса высокого давления. Показания датчика 231 могут быть использованы для оценки работы различных компонентов топливной системы 200, для определения, обеспечивается ли достаточное давление топлива для топливного насоса 214 высокого давления таким образом, что в топливный насос высокого давления поступает жидкое топливо, а не топливные пары, и/или для минимизации средней электрической мощности, подаваемой к подкачивающему насосу 212.
Первая топливная рампа 250 содержит датчик давления 248 первой топливной рампы для измерения давления в топливной рампе непосредственного впрыска и передачи этих данных в контроллер 222. Аналогичным образом, вторая топливная рампа 260 содержит датчик давления 258 второй топливной рампы для измерения давления в топливной рампе распределенного впрыска и передачи этих данных в контроллер 222. Датчик 233 частоты вращения двигателя может быть использован для измерения частоты вращения двигателя и передачи этих данных в контроллер 222. Измерение частоты вращения двигателя может быть использовано для определения частоты вращения топливного насоса 214 высокого давления, поскольку насос 214 имеет механический привод от двигателя 202, например, через коленчатый вал или кулачковый вал.
Первая топливная рампа 250 соединена с выпускным отверстием 208 НВД 214 посредством топливного канала 278. Обратный клапан 274 и предохранительный клапан 272 давления (также известный как предохранительный клапан насоса) могут располагаться между выпускным отверстием 208 НВД 214 и первой топливной рампой 250 (НВ). Предохранительный клапан 272 насоса может быть соединен с перепускным каналом 279 топливного канала 278. Открытие выпускного отверстия обратного клапана 274 позволяет топливу выходить из выпускного отверстия 208 насоса высокого давления в топливную рампу только в том случае, когда давление в выпускном отверстии топливного насоса 214 непосредственного впрыска (например, давление в выпускном отверстии камеры сжатия) выше, чем давление топливной рампы. Предохранительный клапан 272 насоса может ограничивать давление в топливном канале 278 ниже по потоку от НВД 214 и выше по потоку от первой топливной рампы 250. Например, предохранительный клапан 272 насоса может ограничивать давление в топливном канале 278 до значения 200 бар. Предохранительный клапан 272 насоса позволяет топливу выходить из топливной рампы 250 НВ к выпускному отверстию 208 насоса, когда давление в топливной рампе больше заранее заданного давления. Клапаны 244 и 242 работают совместно для поддержания давления в топливной рампе 260 низкого давления на уровне заранее заданного низкого давления. Регулятор давления 242 помогает ограничивать давление, которое может быть создано в топливной рампе 260 вследствие теплового расширения топлива.
На основе условий работы двигателя топливо могут подавать через один или несколько инжекторов 262 распределенного впрыска и/или через один или несколько инжекторов 252 непосредственного впрыска. Например, во время условий высокой нагрузки топливо могут подавать в цилиндр на данном цикле двигателя только с использованием непосредственного впрыска, а инжекторы 262 распределенного впрыска могут быть отключены. В другом примере во время условий средней нагрузки топливо могут подавать в цилиндр на данном цикле двигателя с использованием непосредственного впрыска и распределенного впрыска. В другом примере во время условий низкой нагрузки, во время запусков двигателя, а также во время работы прогретого двигателя на холстом ходу, топливо могут подавать в цилиндр на данном цикле двигателя с использованием только распределенного впрыска, а инжекторы 252 непосредственного впрыска могут быть отключены.
Следует отметить, что насос 214 высокого давления, показанный на фиг. 2, представлен как иллюстративный пример одной возможной конфигурации насоса высокого давления. Компоненты, показанные на фиг. 2, могут быть удалены и/или изменены, в то время как в насос 214 могут быть добавлены дополнительные компоненты, не показанные в данном примере, но с сохранением возможности подачи топлива с высоким давлением в топливную рампу непосредственного впрыска и в топливную рампу распределенного впрыска.
Контроллер 12 может также управлять работой каждого из топливных насосов 212 и 214 для регулирования количества, давления, расхода и т.д. топлива, подаваемого в двигатель. Например, контроллер 12 может изменять уставку давления, величину рабочего хода насоса, команду рабочего цикла насоса и/или расход топлива для топливных насосов, что позволяет подавать топливо в различные места топливной системы. Драйвер (не показанный на схеме), электрически соединенный с контроллером 222, может быть использован для подачи требуемого управляющего сигнала насос низкого давления для регулирования производительности (например, частоты вращения, выходного потока и/или давления) насоса низкого давления.
Поскольку впрыск топлива из инжекторов непосредственного впрыска приводит к охлаждению инжектора, после периода простоя возможно увеличение давления, создаваемого топливом, находящемся в топливной рампе 250 НВ, в результате увеличения температуры и давления в топливной рампе 250 НВ. Кроме того, значения температур наконечника инжектора непосредственного впрыска могут начать увеличиваться. Если температура наконечника инжектора НВ повышается выше пороговой температуры, возможно появление тепловой деградации и загрязнения инжектора (иными словами, «закоксовывания инжектора»), и поэтому инжектору непосредственного впрыска может требоваться охлаждение для защиты компонентов топливной системы от повреждения. Например, в то время, когда разрешен только распределенный впрыск, инжектором непосредственного впрыска могут периодически управлять для впрыска достаточного количества топлива, позволяющего снизить температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска до значения, находящегося в пределах диапазона допустимых температур. Повышение температуры наконечника инжектора может также повлиять на плотность топлива, впрыснутого во время непосредственного впрыска. Когда непосредственный впрыск выполняют для управления детонацией или охлаждением заряда топливной смеси (например, когда топливо подают с использованием непосредственного впрыска после продолжительной работы только с распределенным впрыском), эффективность охлаждения заряда топливной смеси за счет непосредственного впрыска может быть уменьшена для подкачиваемого топлива и температуры наконечника вследствие уменьшения теплоты испарения топлива с увеличением температуры. Кроме того, из-за изменения плотности топлива может уменьшиться масса топлива, впрыснутого при данной длительности импульса впрыска топлива, что приводит к изменению воздушно-топливного отношения в сторону обеднения.
Авторы настоящего изобретения выяснили, что температура наконечника инжектора НВ может изменяться в зависимости от многих параметров. В частности, чистое количество тепла, переданного наконечнику инжектора, изменяется в зависимости от наличия или отсутствия тепла в результате сгорания, охлаждения потока топлива, охлаждения воздушного потока и т.д. Например, когда отключают непосредственный впрыск, но продолжают процесс сгорания в цилиндрах, наконечнику инжектора может быть передано большее количества тепла от сгорания, чем количество отведенного тепла за счет пополнения топлива, что приводит к повышению температуры наконечника. В другом примере, когда непосредственный впрыск отключен и сгорание в цилиндре остановлено, но работа клапанов не прекращена, наконечнику инжектора передается меньше тепла от сгорания, но зато большее количество тепла передается в охлаждающий поток, существующий в результате пополнения топлива в инжекторе и движения воздуха, прокачиваемого через цилиндр. Это может привести к понижению температуры наконечника. В другом примере, когда непосредственный впрыск отключен, сгорание в цилиндре остановлено, и работа клапанов прекращена, существует меньший охлаждающий поток, что приводит к результирующему нагреванию наконечника инжектора. В каждой ситуации температура топлива в топливной рампе может оставаться по существу стабильной или может изменяться иначе по сравнению с изменением температуры наконечника.
Для более точной компенсации дрейфов температуры наконечника инжектора НВ и вызванного температурой изменения плотности топлива, контроллер может непрерывно оценивать температуру наконечника инжектора НВ на основании различных условий работы, содержащих теплопередачу к инжектору непосредственного впрыска при наличии и отсутствии сгорания, охлаждающий поток к инжектору непосредственного впрыска в результате наличия или отсутствия потока топлива, а также влияние температуры топлива и охлаждающего потока к инжектору непосредственного впрыска вследствие потока воздуха через цилиндр. Следовательно, контроллер может получить более точную оценку мгновенной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска. Как раскрыто в настоящем документе со ссылкой на фиг. 3, для уменьшения изменения воздушно-топливного отношения, когда непосредственный впрыск разрешен после периода отключения, могут регулировать посредством команды длительность импульса для инжектора непосредственного впрыска на основании мгновенной оценки температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска. Например, изменение температуры топливной системы НВ и соответствующее изменение плотности топлива могут оценить посредством контроллера двигателя, используя алгоритм или модель, например модель, показанную на фиг. 4 в качестве примера, или посредством графиков, показанных на фиг. 6. В частности, за счет регулирования импульса непосредственного впрыска топлива после повторного включения НВ для учета различий в изменении температуры наконечника инжектора относительно изменения температуры топлива за период отключения НВ могут быть обеспечены преимущества охлаждения заряда для впрыска с использованием НВ без непреднамеренного изменения воздушно-топливного отношения в сторону обеднения или обогащения смеси.
Таким образом, система, показанная на фиг. 1-2, позволяет создать систему двигателя, содержащую цилиндр двигателя с впускным клапаном и выпускным клапаном; топливный инжектор непосредственного впрыска для подачи топлива непосредственно в цилиндр двигателя; топливный инжектор распределенного впрыска для подачи топлива во впускной тракт выше по потоку от впускного клапана цилиндра двигателя; топливную рампу, подводящую топливо к каждому из топливных инжекторов непосредственного впрыска и топливных инжекторов распределенного впрыска; температурный датчик, соединенный с топливной рампой; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти для следующего: отключение топливного инжектора непосредственного впрыска; в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска после некоторого периода подачи топлива в двигатель только посредством распределенного впрыска увеличение посредством команды длительности импульса непосредственного впрыска топлива; и в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска после некоторого периода отключения подачи топлива в двигатель уменьшение посредством команды длительности импульса непосредственного впрыска топлива. Например, скорость увеличения могут увеличить, если увеличивается один или несколько из следующих параметров: частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, запаздывание момента зажигания, оцененная температура топливной рампы и продолжительность увеличения подачи топлива в двигатель. В другом примере скорость уменьшения могут увеличить в ответ на продолжение работы одного или нескольких впускных и выпускных клапанов во время периода отключения подачи топлива в двигатель и на увеличение продолжительности отключения подачи топлива в двигатель. Контроллер может содержать дополнительные команды для оценки расхода топлива в отключенный инжектор непосредственного впрыска; и, поскольку оцененный расход топлива увеличивается, может уменьшать скорость увеличения в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска после некоторого периода подачи топлива в двигатель только посредством распределенного впрыска; и может увеличивать скорость уменьшения в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска после некоторого периода отключения подачи топлива в двигатель.
На фиг. 3 показан пример способа 300 для уменьшения изменения воздушно-топливного отношения, происходящего в результате изменений плотности топлива при увеличении температуры, когда отключена система непосредственного впрыска. Инструкции для выполнения способа 300 и других раскрытых в настоящем документе способов могут быть выполнены контроллером на основании инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и совместно с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например датчиков, раскрытых выше со ссылкой на фиг. 1 и 2. Контроллер может использовать приводы двигателя из системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
На шаге 302 контроллер может определить условия работы двигателя. Условия работы двигателя могут содержать нагрузку двигателя, температуру двигателя, частоту вращения двигателя, требование водителем крутящего момента и т.д. В зависимости от оцененных условий работы может быть определено множество параметров двигателя. Например, на шаге 304 может быть определен временной режим впрыска топлива. Этот шаг содержит определение количества топлива, которое будет подано в цилиндр (например, на основании требования крутящего момента), а также определение момента впрыска топлива. Кроме того, могут определить режим впрыска топлива и отношение разделения топлива, которое подают посредством распределенного впрыска относительно непосредственного впрыска для текущих условий работы двигателя. Например, при высоких нагрузках двигателя могут выбрать непосредственный впрыск (НВ) топлива в цилиндр двигателя через инжектор непосредственного впрыска, чтобы усилить свойства охлаждения впускного заряда при НВ таким образом, чтобы цилиндры двигателя могли работать при более высоких степенях сжатия, без возникновения нежелательной детонации двигателя. Если выбран непосредственный впрыск, контроллер может определить, следует ли подавать топливо посредством единственного впрыска или необходимо разделить подачу топлива на несколько впрысков, и, кроме того, следует ли выполнять впрыск (впрыски) на такте впуска и/или на такте сжатия. В другом примере для уменьшения выбросов твердых частиц при низких нагрузках двигателя (при низкой частоте вращения двигателя) и во время запусков двигателя (особенно во время холодных запусков двигателя) могут выбрать распределенный впрыск (РВ) топлива во впускной тракт цилиндра двигателя через топливный инжектор распределенного впрыска. Если выбран распределенный впрыск, то контроллер может определить, следует ли подавать топливо во время события закрытого впускного клапана или во время события открытого впускного клапана. Могут существовать другие условия, когда часть топлива могут подавать в цилиндр через инжектор распределенного впрыска, а остальную часть топлива могут подавать в цилиндр через инжектор непосредственного впрыска. Определение временного режима впрыска топлива может также содержать определение длительности импульса впрыска топлива для каждого инжектора, а также период времени между импульсами впрыска на основании оцененных условий работы двигателя.
Например, могут определить временной режим подачи топлива, который может содержать отношение разделения топлива, подаваемого посредством распределенного впрыска относительно непосредственного впрыска, где отношение разделения определяют из справочной таблицы контроллера, например таблицы, показанной в качестве примера на фиг. 5. Таблица 500, показанная на фиг. 5, используется для определения долей от общего количества топлива, подаваемого в двигатель во время цикла двигателя, где доли соответствуют количеству топлива, подаваемого через топливный инжектор распределенного впрыска и через топливный инжектор непосредственного впрыска. Таблица на фиг. 5 может представлять собой основу для определения режима работы топливной системы (только НВ, только РВ или совместно РВ и НВ (РНВ)), как раскрыто в способе на фиг. 3. Вертикальная ось отображает частоту вращения двигателя, и значения частоты вращения двигателя указаны вдоль вертикальной оси. Горизонтальная ось отображает нагрузку двигателя, и значения нагрузки двигателя указаны вдоль горизонтальной оси. В этом примере клетки 502 таблицы содержат два значения, отделенные запятой. Значения слева от запятой отображают доли топлива, впрыскиваемого через топливный инжектор распределенного впрыска, а значения справа от запятой отображают доли топлива, впрыскиваемого через топливный инжектор непосредственного впрыска. Например, для значений в таблице, соответствующих 2000 об/мин и нагрузке 0.2, указаны определенные опытным путем значения 0.4 и 0.6. Значение 0.4 или 40% представляет собой долю топлива, впрыскиваемого через топливный инжектор распределенного впрыска, а значение 0.6 или 60% представляет собой долю топлива, впрыскиваемого через топливный инжектор непосредственного впрыска. Следовательно, если требуемая масса впрыскиваемого топлива равна 1 грамм топлива в течение цикла двигателя, то 0,4 грамма топлива подают через топливный инжектор распределенного впрыска, а 0,6 грамма топлива подают через топливный инжектор непосредственного впрыска. В других примерах таблица может содержать только одно значение в каждой клетке таблицы, и соответствующее значение может быть определено посредством вычитания этого значения из единицы. Например, если клетка таблицы для 2000 об/мин и нагрузки 0.2 содержит единственное значение 0.6 для доли топлива для инжектора непосредственного впрыска, то доля топлива для инжектора распределенного впрыска равна 1-0.6=0.4.
Можно заметить в этом примере, что доля топлива распределенного впрыска имеет наибольшие значения при низких частотах вращения двигателя и нагрузках. В изображенном примере клетка 504 таблицы соответствует условиям частоты вращения двигателя и нагрузки, когда все топливо подают только посредством распределенного впрыска. При этих значениях нагрузки и частоты вращения двигателя непосредственный впрыск отключен. Доля топлива для непосредственного впрыска имеет наибольшие значения при среднем уровне частот вращения двигателя и нагрузок. В изображенном примере клетка 506 таблицы соответствует условию частоты вращения двигателя и нагрузки, когда все топливо подают только с использованием непосредственного впрыска. При этих значениях нагрузки и частоты вращения двигателя распределенный впрыск отключен. Доля топлива распределенного впрыска увеличивается при более высоких частотах вращения двигателя, поскольку время, доступное для подачи топлива непосредственно в цилиндр, может быть уменьшено из-за сокращения времени между событиями сгорания в цилиндре. Можно заметить, что если частота вращения двигателя изменяется без изменения нагрузки двигателя, то могут измениться доли топлива распределенного впрыска и непосредственного впрыска.
На шаге 306, показанном на фиг. 3, программа определяет, выполнены ли условия отключения непосредственного впрыска. Например, условия отключения НВ подтверждены, если был выбран режим подачи топлива только посредством распределенного впрыска (только РВ) на основании текущих условий работы двигателя. Подачу топлива только посредством РВ могут требовать, например, во время условий низкой нагрузки двигателя и низкой температуры двигателя, а также во время запусков двигателя. В другом примере условия отключения НВ подтверждены, когда сгорание остановлено, например, во время события отсечки топлива в режиме замедления, во время холостого хода и остановки двигателя и во время отключения двигателя, когда двигатель вращается до остановки, без подачи топлива.
Если условия отключения НВ не выполнены, например, когда был выбран режим подачи топлива только с использованием непосредственного впрыска (только НВ) или двойной режим подачи топлива (с использованием распределенного впрыска и непосредственного впрыска, РНВ), то способ переходит к шагу 308, где программа содержит поддержание инжекторов непосредственного впрыска во включенном состоянии. На шаге 310 способ содержит оценку и отслеживание установившейся температуры наконечника инжектора НВ на основании условий сгорания. Как раскрыто более подробно со ссылкой на фиг. 6, контроллер может непрерывно отслеживать состояние наконечника инжектора НВ для оценки установившейся температуры наконечника инжектора НВ на основании теплового потока и охлаждающего потока к инжектору. Оценка установившейся температуры обеспечивает для контроллера значение опорной температуры, относительно которой происходит дрейф температуры, и, следовательно, могут быть оценены соответствующие дрейфы плотности топлива во время переходной работы двигателя без непосредственного впрыска.
Кроме того, модель температуры наконечника инжектора может работать непрерывно при использовании транспортного средства. В частности, эта модель может работать независимо от того, используются ли инжекторы НВ или нет. Температурная модель может быть включена при запуске транспортного средства. В некоторых примерах температуру могут продолжать моделировать даже после того, как транспортное средство выключено. Например, контроллер может отслеживать время выключения транспортного средства и использовать эти данные в качестве фактора при оценке начальной температуры наконечника инжектора, когда транспортное средство будет включено снова.
Если условия отключения НВ выполнены, то на шаге 312 способ содержит отключение инжекторов непосредственного впрыска. На шаге 314 могут определить, происходит ли сгорание в двигателе. Таким образом, можно определить, работает ли двигатель только с распределенным впрыском, в то время как непосредственный впрыск отключен, или все сгорание в двигателе было временно приостановлено. Затем контроллер может продолжить оценку температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, отличающуюся от температуры топлива в инжекторе непосредственного впрыска, на основании условий работы цилиндра, которые включают в себя условия сгорания в цилиндре и работу клапанов цилиндра. Контроллер может сравнить тепловой поток от сгорания относительно охлаждающего потока за счет пополнения топлива в инжекторе непосредственного впрыска в течение периода отключения, что позволяет вычислить мгновенную температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска.
В частности, на шагах 316 и 320 контроллер может оценить тепловой поток от сгорания в инжектор непосредственного впрыска на основании наличия или отсутствия сгорания в цилиндре, в то время как инжектор непосредственного впрыска отключен. Этот тепловой поток представляет собой тепловую энергию, переданную от камеры сгорания в наконечник инжектора непосредственного впрыска. Переданный тепловой поток от сгорания зависит от того, подают ли топливо в цилиндр и осуществляют ли зажигание. Температура наконечника инжектора непосредственного впрыска увеличивается до значения, большего, чем температура топлива, когда происходит сгорание в цилиндре, и температура наконечника инжектора непосредственного впрыска уменьшается до значения, меньшего, чем температура топлива, когда сгорание в цилиндре отсутствует.
Когда сгорание в цилиндре отсутствует, тепловой поток в инжектор непосредственного впрыска может быть оценен на шаге 320 как функция частоты вращения двигателя, средней нагрузки цилиндра и температуры головки цилиндра (ТГЦ). Контроллер может использовать справочную таблицу, алгоритм или модель (такую как модель, показанную на фиг. 4 в качестве примера), где частота вращения двигателя, средняя нагрузка цилиндра и температура головки цилиндра (ТГЦ) используются как исходные данные и позволяют получить значения температуры наконечника инжектора НВ (или увеличения температуры наконечника инжектора НВ относительно установившейся температуры). Контроллер может увеличить температуру наконечника инжектора НВ, если частота вращения двигателя увеличивается, средняя нагрузка цилиндра увеличивается и/или если измеренная ТГЦ увеличивается.
Когда в цилиндре присутствует сгорание, тепловой поток в инжектор непосредственного впрыска могут оценить на шаге 316 как функцию частоты вращения двигателя, средней нагрузки цилиндра, температуры головки цилиндра (ТГЦ) и момента зажигания. Контроллер может использовать справочную таблицу, алгоритм или модель (такую как модель, показанную на фиг. 4 в качестве примера), где частота вращения двигателя, средняя нагрузка цилиндра, температура головки цилиндра (ТГЦ) и момент зажигания используются как исходные данные и позволяют получить значения температуры наконечника инжектора НВ (или увеличение температуры наконечника инжектора НВ относительно установившейся температуры). Контроллер может увеличить температуру наконечника инжектора НВ, если частота вращения двигателя увеличивается, средняя нагрузка цилиндра увеличивается, измеренная ТГЦ увеличивается и/или если момент зажигания запаздывает относительно оптимального момента зажигания (ОМЗ). Значение увеличения температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска может быть повышено относительно соответствующего увеличения температуры топлива, если увеличивается средняя нагрузка цилиндра. Кроме того, тепловой поток может быть основан на воздушно-топливном отношении смеси для сгорания в цилиндре, когда сгорание присутствует. Например, когда фактическая температура наконечника инжектора выше, чем оцененная температура наконечника, могут впрыскивать меньше топлива, по сравнению с заданным командой количеством, что изменяет воздушно-топливное отношение в сторону обеднения смеси, по сравнению с намеченным значением. В качестве альтернативы тепловой поток в инжектор могут определить как функцию разности температуры наконечника инжектора в установившемся режиме (вычисленной на шаге 320, когда сгорание отсутствует) и температурой наконечника инжектора (вычисленной на шаге 316, когда сгорание присутствует), обусловленной сгоранием.
Оценку температуры наконечника инжектора дополнительно выполняют на основании того, включен ли распределенный впрыск (и в цилиндре происходит сгорание) или отключен (и в цилиндре не происходит сгорание), в то время как инжектор непосредственного впрыска отключен. Температура наконечника инжектора непосредственного впрыска становится больше температуры топлива, когда распределенный впрыск включен. Температура наконечника инжектора непосредственного впрыска уменьшается ниже температуры топлива, когда распределенный впрыск отключен. В другом примере в качестве базисной линии системы двигателя принимают двигатель с НВ. Когда в двигателе не происходит сгорание, плотность теплового потока в инжекторы НВ уменьшается, и они охлаждаются. Когда в инжекторах НВ отсутствует поток топлива, охлаждение наконечника инжектора НВ уменьшается, а температура наконечника инжектора НВ увеличивается.
Затем, на шагах 318 и 322 контроллер может оценить охлаждающий поток в инжектор непосредственного впрыска, обусловленный пополнением топлива в инжекторе. Охлаждающий поток в инжектор непосредственного впрыска может быть определен как функция измеренной или смоделированной температуры топливной рампы (ТТР) (например, температуры, измеренной посредством температурного датчика топливной рампы), и дополнительно может быть основан на расходе топлива (в инжектор непосредственного впрыска). Расход топлива может быть определен контроллером, потому что контроллер двигателя обеспечивает впрыск известного объема топлива в цилиндр. Если эту массу впрыснутого топлива умножить на количество событий впрыска в единицу времени (пропорционально частоте вращения двигателя), можно получить значение объемного расхода. Охлаждающий поток могут увеличить, если увеличивается расход более холодного топлива, поступающего в наконечник инжектора, и если уменьшается температура топлива в топливной рампе.
Следует учитывать, что, в то время как вышеупомянутая модель раскрывает два фактора получения и отвода тепла, а именно, расход топлива и теплоту сгорания, это не следует рассматривать в ограничивающим смысле, поскольку могут существовать дополнительные источники тепла и возможности для отвода тепла (например, воздушный поток и т.д.), которые могут содержаться в модели температуры наконечника инжектора. После шага 318 способ переходит непосредственно к шагу 328.
Если в цилиндре не происходит сгорание, то от шага 322 способ переходит к шагу 324, на котором можно дополнительно определить, существует ли охлаждающий поток в результате работы клапанов цилиндра в то время, когда в цилиндре не происходит сгорание. Таким образом, на шаге 324 можно определить, включены ли клапаны. Например, во время ОТЗ подача топлива в цилиндр может быть выборочно отключена, в то время как один или несколько клапанов цилиндра (например, по меньшей мере один впускной и один выпускной клапан) продолжают работать и прокачивать воздух через цилиндр. В других примерах, во время ОТЗ могут выборочно отключить и подачу топлива в цилиндр, и работу клапанов. Контроллер может оценить температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска, отличающуюся от температуры топлива, используя данные о том, разрешена или не разрешена работа клапанов цилиндра в то время, когда инжектор непосредственного впрыска отключен. Если осуществляется работа клапанов, то на шаге 326 контроллер может обновить (например, увеличить) чистый охлаждающий поток в инжектор непосредственного впрыска, на основании воздушного потока через цилиндр через клапаны цилиндра в то время, когда инжектор непосредственного впрыска отключен. Температура наконечника инжектора непосредственного впрыска может уменьшиться в большей степени, чем температура топлива, когда осуществляется работа клапанов цилиндра, и температура наконечника инжектора непосредственного впрыска может увеличиться в большей степени, чем температура топлива, когда работа клапанов цилиндра выключена. Затем способ переходит к шагу 328. Если работа клапанов для отключения цилиндра не осуществляется, способ переходит непосредственно к шагу 328.
На шаге 328 способ содержит оценку чистого тепла, переданного инжектору непосредственного впрыска на основании теплового потока (в результате сгорания) относительно охлаждающего потока (пополнения топлива). Например, чистая теплопередача может быть определена следующим образом:
Чистая тепловая мощность = нагревающая мощность от камеры сгорания к наконечнику инжектора - охлаждающая мощность за счет холодного топлива, поступающего в наконечник инжектора.
Следует понимать, что в примерах, где алгоритм контроллера автоматически назначает отрицательный знак для теплопередачи от потока топлива для учета эффекта охлаждения и назначает положительный знак для теплопередачи от сгорания для учета эффекта нагревания, чистая нагревающая мощность может быть получена как сумма теплопередачи от потока топлива и теплопередачи от сгорания.
Следует понимать, что температура наконечника инжектора непосредственного впрыска может быть дополнительно оценена иным образом, без учета температуры топлива, на основании продолжительности отключения инжектора непосредственного впрыска. Температура наконечника может повыситься быстрее и на большее значение, чем температура топлива, в течение периода отключения инжектора непосредственного впрыска. В частности, во время переходных процессов температура топливной рампы может оставаться относительно стабильной из-за ее большого объема (40-60 мл относительно 0,02-0,5 мл для события впрыска).
На шаге 330 способ содержит оценку плотности топлива на основании оцененной температуры наконечника инжектора НВ и оцененной температуры топлива. Контроллер может использовать справочную таблицу или алгоритм, который использует смоделированную температуру наконечника инжектора НВ в качестве исходных данных и позволяет получить значение плотности топлива (или изменение плотности топлива относительно номинальной плотности). Когда температура наконечника инжектора НВ увеличивается выше установившейся температуры, оцененная плотность топлива может уменьшиться. В одном из примеров модели изменение температуры наконечника обратно пропорционально изменению плотности топлива в наконечнике инжектора.
На шаге 332 можно определить, выполнены ли условия повторного включения НВ. В качестве неограничивающего примера, условия повторного включения НВ можно считать выполненными, если происходит окончание события ОТЗ, увеличивается требование водителем крутящего момента, температура наконечника достигает верхнего предела и т.д. Если условия повторного включения НВ не выполнены, то на шаге 334 способ содержит продолжение отслеживания теплового потока и охлаждающего потока к инжектору непосредственного впрыска и, соответственно, обновление значений оцененной температуры наконечника инжектора НВ и плотности топлива.
Если условия повторного включения НВ выполнены, то на шаге 336 способ содержит регулирование импульса непосредственного впрыска топлива и/или импульса распределенного впрыска топлива на основании оцененной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска и температуры топлива. Управляющий модуль силового агрегата (УМСА) контроллера двигателя может вычислить начальное значение длительности импульса впрыска топлива для инжектора непосредственного впрыска на основании условий работы двигателя во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска, и затем обновить начальное значение длительности импульса впрыска топлива на основании оцененной плотности топлива. Например, начальную длительность импульса впрыска топлива для инжектора непосредственного впрыска могут увеличить, когда оцененная плотность топлива уменьшается ниже номинальной плотности топлива (из-за повышения температуры наконечника или температуры топлива), и начальную длительность импульса впрыска топлива для инжектора непосредственного впрыска могут уменьшить, когда оцененная плотность топлива превышает номинальную плотность топлива (из-за понижения температуры наконечника или температуры топлива). Для сохранения на прежнем уровне воздушно-топливного отношения смеси для сгорания могут регулировать длительность импульса распределенного впрыска топлива на основании изменений длительности импульса непосредственного впрыска топлива.
На шаге 338 могут задать командой обновленные значения длительностей импульсов впрыска топлива для соответствующего топливного инжектора непосредственного впрыска и/или соответствующего топливного инжектора распределенного впрыска. Таким образом, начальные параметры настройки по меньшей мере длительности импульса непосредственного впрыска топлива могут регулировать для компенсации изменения плотности топлива в результате изменения температуры наконечника инжектора НВ. Например, для подачи топлива из инжектора НВ в соответствии с обновленной длительностью импульса могут послать управляющий сигнал, соответствующий обновленному значению длительности импульса непосредственного впрыска топлива, из контроллера к приводу, соединенному с топливным инжектором НВ. Затем программа заканчивает свою работу.
В альтернативном примере контроллер может определить первый поправочный коэффициент, который будет применен к плотности топлива, оцененной на основании спрогнозированного повышения температуры топлива за предыдущий период отключения НВ относительно спрогнозированного понижения температуры топлива, обусловленного потоком топлива, во время повторного включения. Аналогичным образом, можно определить второй поправочный коэффициент на основании спрогнозированного повышения температуры наконечника инжектора за предыдущий период отключения НВ, относительно спрогнозированного понижения температуры наконечника инжектора, обусловленного потоком топлива, во время повторного включения. Использование первого и второго поправочного коэффициента позволяет определить чистое изменение температуры топлива на каждом импульсе НВ после повторного включения, и позволяет оценить соответствующее изменение плотности топлива. Применение первого и второго поправочного коэффициента к первоначально определенному значению длительности импульса непосредственного впрыска топлива позволяет определить обновленный профиль длительности импульса непосредственного впрыска топлива, который обеспечивает компенсацию изменения плотности топлива в зависимости от температуры. Кроме того, если изменение плотности топлива было оценено на основании только оцененного повышения температуры топлива во время предыдущего отключения НВ, без учета спрогнозированного понижения температуры топлива из-за быстрого понижения температуры наконечника инжектора после прохождения потока топлива через инжектор НВ, то оцененная плотность топлива может быть занижена и может быть применена избыточная компенсация, что приведет к впрыску более обогащенной смеси по сравнению с намеченной.
Обновление длительности импульса непосредственного впрыска топлива с поправочными коэффициентами может содержать регулирование одного или нескольких параметров впрыска, например длительности импульса непосредственного впрыска, давления впрыска и количества впрыска. В одном конкретном примере на первом импульсе после повторного включения НВ длительность импульса непосредственного впрыска может быть увеличена до значения, большего, чем начальная длительность импульса впрыска топлива, и для последующих импульсов длительность импульса непосредственного впрыска может постепенно уменьшаться до значения начальной длительности импульса впрыска топлива. Таким образом, регулирование длительности импульса (содержащие величину регулирования и скорость регулирования) может быть выполнено на основании события подачи топлива с учетом изменения температуры топлива, обусловленного состоянием топлива и состоянием инжектора НВ на каждом событии подачи топлива. Например, регулирование может учитывать изменение плотности топлива в результате более медленного повышения температуры топлива во время периода отключения НВ и более медленного понижения температуры топлива после повторного включения, а также более быстрого повышения температуры наконечника инжектора во время периода отключения НВ и более быстрого понижения температуры наконечника инжектора после повторного включения. Таким образом, увеличение длительности импульса на первом импульсе после повторного включения НВ может быть больше уменьшения длительности импульса для последующих импульсов непосредственного впрыска топлива. В другом примере для компенсации изменения плотности топлива в зависимости от температуры топливной системы, обновленная температура топливной системы может быть использована для вычисления коррекции наклона НВ.
Следует учитывать, что, в то время как программа, показанная на фиг.3, раскрывает регулирование длительности импульса непосредственного впрыска топлива, когда НВ повторно включают после периода подачи топлива в двигатель только посредством распределенного впрыска, в других примерах та же самая программа может использоваться для прогнозирования изменения плотности топлива, когда повторно включают только топливную систему НВ после некоторого периода отключения. Например, изменения температуры наконечника инжектора НВ, обусловленные изменением температуры штока клапана в период отключения НВ в топливной системе только с НВ, могут быть определены и использованы для компенсации длительности импульса непосредственного впрыска топлива, когда повторно включена подача топлива с использованием НВ. Это позволяет уменьшить изменение значения лямбда в результате изменения температуры топливной системы.
На фиг. 4 показан пример модели или алгоритма, который может использоваться контроллером для оценки теплопередачи и потери тепла для наконечника инжектора и результирующего изменения температуры топлива во время (и после) повторного включения НВ. В этом случае диаграмма 400 изображает пример модели для вычисления смоделированной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска (Инж_након_мод_выч_темп).
Для определения значения теплоемкости (С) используют теплоемкость сосредоточенной тепловой массы, представляющей собой наконечник инжектора (Инж_након_мод_инж_С). Единица измерения теплоемкости: джоуль/градус Цельсия. Размерность теплоемкости: энергия/разность температур.
Охлаждение наконечника инжектора непосредственного впрыска за счет потока топлива определяется контроллером K1 как функция вычисленной или измеренной температуры топлива в топливной рампе, которое охлаждает наконечник инжектора, когда инжекторы НВ включены (значение Инж_након_мод_ттр, измеряемое в градусах Цельсия и имеющее размерность температуры), расход топлива через один инжектор НВ (значение Инж_након_мод_нв_топл_расх, измеряемое в г/с и имеющее размерность масса/время), и смоделированная версия температуры наконечника инжектора, соответствующая одному предыдущему временному шагу (Инж_након_мод_выч_темп). На выходе контроллера K1 получают плотность теплового потока от топлива к наконечнику инжектора непосредственного впрыска (значение Инж_након_мод_плот_выхт_чист, измеряемое в ваттах и имеющее размерность мощности).
Контроллер K2 вычисляет проводящую теплопередачу к наконечнику инжектора непосредственного впрыска как функцию смоделированной версии температуры наконечника инжектора, соответствующей одному предыдущему временному шагу (Инж_након_мод_выч_темп), средней эффективной температуры, созданной за счет процесса сгорания, который передает тепло наконечнику инжектора через фиксированное тепловое сопротивление (Инж_након_мод_рв_темп), и теплоемкости инжектора (С). На выходе контроллера К2 получают плотность теплового потока от камеры сгорания к наконечнику инжектора (значение Инж_након_мод_плот_вхт_инж, измеряемое в ваттах и имеющее размерность мощности).
Затем плотность теплового потока от камеры сгорания и плотность теплового потока от топлива к наконечнику инжектора непосредственного впрыска вводят в контроллер K3 (например, компаратор), который вычисляет чистую плотность теплового потока к наконечнику инжектора (значение Инж_након_мод_разн_тепл, измеряемое в ваттах и имеющее размерность мощности). Затем контроллер K4 (например, умножитель) использует вычисленную чистую плотность теплового потока, в дополнение к теплоемкости инжектора непосредственного впрыска (С) и период времени, в течение которого выполняется эта модель дискретного времени (значение Инж_након_мод_пер, измеряемое в секундах и имеющее размерность разности времени), для вычисления изменения температуры наконечника инжектора за период времени (значение Инж_након_мод_разн_темп, измеряемое в градусах Цельсия). Например, модель может выполняться с периодичностью 0,1 секунды.
Изменение температуры наконечника используется контроллером K5 (например, сумматором) совместно со смоделированной версией температуры наконечника инжектора, соответствующей одному предыдущему временному шагу (Инж_након_мод_выч_темп), для получения текущей оценки температуры наконечника инжектора (значение Инж_након_мод_выч_темп, измеряемое в градусах Цельсия и имеющее размерность температуры). Контроллер Кб используется для создания задержки, для получения смоделированной версии температуры наконечника инжектора, соответствующей одному предыдущему временному шагу. Затем смоделированную версию температуры наконечника инжектора обновляют для следующего повторения программы на основании текущей оценки температуры наконечника инжектора. На первом повторении программы, когда недоступна какая-либо предыдущая оценка температуры наконечника инжектора, программу инициализируют с использованием температуры головки цилиндра (значение тгц_градц, измеряемое в градусах Цельсия). После этого модель температуры наконечника инжектора запускают на каждом повторении программы с обновленной смоделированной температурой наконечника инжектора. Таким образом, температуру наконечника инжектора можно оценить точнее, и изменения плотности топлива, вызванные изменением температуры наконечника, могут быть учтены более точно.
На фиг. 6 показана диаграмма 600, иллюстрирующая пример получения информации об эффективной температуре наконечника инжектора непосредственного впрыска. Эта диаграмма позволяет непрерывно наблюдать изменение температуры наконечника в период работы двигателя, посредством сравнения изменения теплового потока и охлаждающего потока к инжектору непосредственного впрыска со сгоранием в цилиндре и без него.
В изображенном примере сгорание в цилиндре происходит между моментами времени t0 и t1, и после момента времени t2. Между моментами времени t1 и t2 все сгорание в цилиндре временно отключено. Например, между моментами времени t1 и t2 может происходить событие ОТЗ.
На графике 602 показана температура наконечника инжектора НВ, когда в цилиндре осуществляется сгорание. В этом случае, после подачи топлива с использованием непосредственного впрыска и/или распределенного впрыска, происходит сгорание в цилиндре. На графике 604 показана температура наконечника инжектора НВ, когда сгорание в цилиндре отсутствует. На графике 606 показаны периоды времени, когда сгорание в цилиндре присутствует или отсутствует. При помощи графиков 602-606 контроллер может вычислить результирующий тепловой поток к наконечнику инжектора непосредственного впрыска, обусловленный теплотой сгорания, как показано на графике 608. Тепловой поток от сгорания уменьшается с течением времени, когда отсутствует сгорание в цилиндре (между моментами времени t1 и t2).
На графике 610 показана температура топливной рампы за тот же самый период. Кроме того, температура топливной рампы дает информацию о температуре топлива, которая остается стабильной, когда сгорание в цилиндре выключают и включают. Расход топлива в инжектор показан на графике 612. Расход уменьшается, когда сгорание отключено, и повышается, когда сгорание включают. После отключения потока топлива вследствие отключения сгорания, тепловой поток в результате пополнения топлива немедленно уменьшается, и к наконечнику инжектора не поступает какой-либо тепловой поток. Когда сгорание отключено, происходит также непосредственное уменьшение теплового потока, обусловленного сгоранием, к инжектору непосредственного впрыска, однако, из-за длительного присутствия тепла в цилиндре, к наконечнику инжектора продолжается перенос некоторого тепла, произведенного сгоранием. Когда поток топлива возобновляют в момент времени t2 в результате повторного включения сгорания, немедленно возобновляется тепловой поток в результате пополнения топлива. Аналогичным образом, тепловой поток, обусловленный сгоранием, также возобновляется, когда повторно включают сгорание. Однако из-за внезапного увеличения тепла в результате сгорания в цилиндре, в тепловом потоке сгорания присутствует переходный пик. При помощи графиков 610 и 614 контроллер может вычислить результирующую теплопередачу (или охлаждающий поток) к наконечнику инжектора непосредственного впрыска, обусловленную теплом, возникающим в результате пополнения топлива, как показано на графике 614.
Чистый тепловой поток в инжектор относительно нулевого потока (штриховая линия) определяют как функцию (например, сумму) теплового потока от сгорания и тепла от пополнения топлива, как показано на графике 616 (то есть, график 616 представляет собой сумму графиков 614 и 608). В частности, чистый тепловой поток резко понижается, когда сгорание отключено, но затем постепенно повышается в период отключения инжектора непосредственного впрыска и без сгорания в цилиндре. Затем чистый поток снова резко повышается, когда повторно включают сгорание.
Затем определяют эффективную температуру наконечника инжектора как функцию чистого теплового потока и теплоемкости наконечника инжектора, как показано на графике 618. Эффективная температура наконечника инжектора понижается в течение периода отключения и без сгорания в цилиндре. Когда инжектор непосредственного впрыска повторно включают во время повторного включения сгорания, могут обновить оценку плотности топлива на основании мгновенной температуры наконечника.
Пример регулирования длительности импульса впрыска топлива показан на фиг. 7. Диаграмма 700 на графике 702 иллюстрирует подачу топлива в цилиндр посредством распределенного впрыска и на графике 704 подачу топлива в тот же самый цилиндр с использованием непосредственного впрыска. Вычисленную температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска непрерывно оценивают и отслеживают, как изображено на графике 708. Частота вращения двигателя показана на графике 701.
В изображенном примере, до момента времени t1, в зависимости от условий работы двигателя (например, в диапазоне средних частот вращения и нагрузок двигателя), в цилиндр двигателя могут подавать топливо, используя непосредственный впрыск и распределенный впрыск (графики 702, 704) с отношением разделения количества топлива для впрысков, регулируемым в зависимости от условий двигателя, что позволяет поддерживать стехиометрическое соотношение для отработавших газов. Таким образом, могут быть включены и инжекторы распределенного впрыска, и инжекторы непосредственного впрыска. Вычисленную температуру наконечника инжектора НВ в это время оценивают на основании большего теплового потока, передаваемого наконечнику инжектора в результате сгорания в цилиндре, относительно меньшего охлаждающего потока, передаваемого наконечнику инжектора в результате протекания потока топлива через форсунку инжектора. Во время сгорания вычисленная температура наконечника инжектора НВ стабилизируется и приближается к установившейся температуре.
В момент времени t1 увеличивается требование водителя, и двигатель переходит в диапазон более высоких частот вращения и нагрузок, где существует более высокая вероятность детонации. В ответ на увеличение требования водителя увеличивают количество топлива для непосредственного впрыска, которое поступает в цилиндр через инжектор непосредственного впрыска, в то время как количество топлива распределенного впрыска, которое поступает в цилиндр через инжектор распределенного впрыска, соответственно уменьшают для сохранения стехиометрического соотношения топливовоздушной смеси для сгорания. В это время продолжают оценивать вычисленную температуру наконечника инжектора НВ. Существует небольшое понижение температуры вследствие увеличения охлаждающего потока, переданного наконечнику инжектора в результате увеличения потока топлива через форсунку инжектора непосредственного впрыска. Вычисленная температура по существу равна или приблизительно равна установившейся температуре, и поэтому плотность топлива остается по существу равной или приблизительно равной номинальной плотности. Поэтому не требуется регулирование длительности импульса непосредственного впрыска топлива для компенсации изменения температуры.
В момент времени t2, в результате изменения условий работы двигателя (например, перехода частоты вращения и нагрузки двигателя в диапазон более низких частот вращения и нагрузок), отключают непосредственный впрыск топлива. Например, двигатель может работать при низких нагрузках, при которых детонация появляется редко, а распределенный впрыск обеспечивает преимущества высоких характеристик двигателя. В момент времени t2 инжектор распределенного впрыска остается включенным, и сгорание в цилиндре продолжается за счет распределенного впрыска, в то время как инжектор непосредственного впрыска отключен или находится в состоянии простоя. Инжектор непосредственного впрыска может оставаться отключенным или находиться в состоянии простоя в период между моментами времени t2 и t3.
Вычисленную температуру наконечника инжектора НВ продолжают оценивать, в то время как инжектор непосредственного впрыска отключен. Существует постепенное повышение температуры наконечника вследствие чистого теплового потока в наконечник инжектора. Чистый тепловой поток обусловлен теплотой сгорания, образующейся в результате сгорания в цилиндре и поступающей в наконечник инжектора, в то время как охлаждающий поток для наконечника инжектора становится меньше в результате уменьшения потока топлива через форсунку инжектора непосредственного впрыска. Вычисленная температура постепенно увеличивается выше установившейся температуры, и поэтому плотность топлива начинает уменьшаться относительно номинальной плотности.
В момент времени t3 происходит дальнейшее изменение частоты вращения и нагрузки двигателя с переходом от среднего к высокому диапазону частот вращения и нагрузок двигателя. В это время повторно включают непосредственный впрыск топлива для увеличения преимущества охлаждения впускного заряда. Начальное значение длительности импульса впрыска топлива (показанное штриховой линией 703) определяют на основании условий работы двигателя. Однако в результате повышения температуры наконечника инжектора в тот период, когда инжектор непосредственного впрыска был отключен, но сгорание в цилиндре продолжалось (между моментами времени t2 и t3), уменьшается плотность топлива, подаваемого из инжектора непосредственного впрыска. Если топливо для непосредственного впрыска будет подано согласно первоначально определенной длительности 703 импульса впрыска топлива без компенсации вызванного температурой изменения плотности топлива, то масса впрыснутого топлива будет меньше, чем запланировано, что приведет к ошибке воздушно-топливного отношения в сторону обеднения смеси. Для исправления этого в момент времени t3 регулируют длительность импульса непосредственного впрыска, в данном случае увеличивают, на значение, которое основано на вычисленной температуре наконечника инжектора. В частности, длительность импульса непосредственного впрыска увеличивают на значение, которое представляет собой функцию увеличения температуры наконечника выше установившейся температуры наконечника инжектора. Увеличенная длительность импульса подразумевает большую и более протяженную длительность импульса, по сравнению с начальной длительностью импульса. Кроме того, регулируют, в данном случае уменьшают, длительность импульса распределенного впрыска топлива. Кроме того, могут непрерывно изменять длительность импульса впрыска топлива относительно запланированного контроллером количества впрыскиваемого топлива. Однако и эту базовую длительность импульса регулируют на основании плотности топлива в наконечнике инжектора, которая может изменяться как функция смоделированной температуры наконечника инжектора.
Длительность импульса непосредственного впрыска топлива из инжектора непосредственного впрыска в цилиндр двигателя временно увеличивают на основании того, что инжектор непосредственного впрыска был до этого отключен, но сгорание в цилиндре продолжалось. Например, непосредственный впрыск с увеличенной длительностью импульса могут продолжить от момента времени t3 для нескольких циклов двигателя, пока вычисленная температура наконечника инжектора НВ не возвратится к установившейся температуре в момент времени t4, после чего могут отказаться от увеличения длительности импульса, и могут определить номинальную длительность импульса впрыска топлива на основании частоты вращения и нагрузки двигателя в то время, когда возобновляют работу с номинальной плотностью топлива при установившейся температуре наконечника инжектора.
Между моментами времени t4 и t5 топливо для непосредственного впрыска подают в цилиндр через инжектор непосредственного впрыска, и топливо распределенного впрыска подают в цилиндр через инжектор распределенного впрыска, причем соответствующие количества выбирают на основании частоты вращения и нагрузки двигателя, а также на основании требования водителем крутящего момента. Продолжают оценивать вычисленную температуру наконечника инжектора НВ. Существует небольшое понижение температуры вследствие увеличения охлаждающего потока, переданного наконечнику инжектора в результате протекания потока топлива через форсунку инжектора непосредственного впрыска.
В момент времени t5, в результате изменения условий работы двигателя (например, уменьшения требования водителем крутящего момента), подтверждают событие ОТЗ, и отключают всю подачу топлива в цилиндр (содержащую подачу топлива с использованием непосредственного впрыска и с использованием распределенного впрыска). Двигатель начинает замедляться. Инжектор непосредственного впрыска и инжектор распределенного впрыска остаются отключенными или в неработающем состоянии в период между моментами времени t5 и t6. Между моментами времени t5 и t6, в то время, когда подача топлива в цилиндр отключена, продолжают работу клапанов цилиндра, и цилиндр продолжает прокачивать воздух через впускные и выпускные клапаны. В результате увеличивается охлаждающий поток к инжектору непосредственного впрыска, и происходит отвод тепла, обусловленного сгоранием и переданного инжектору непосредственного впрыска. Продолжают оценивать вычисленную температуру наконечника инжектора НВ в то время, когда инжектор непосредственного впрыска и инжектор распределенного впрыска отключены. Существует постепенное понижение температуры наконечника вследствие чистого охлаждающего потока для наконечника инжектора. (Иными словами, температура продуктов сгорания ниже, чем текущая температура наконечника, охлаждение за счет топлива равно нулю, и температура наконечника снижается до температуры продуктов сгорания.) Чистый охлаждающий поток обусловлен уменьшением теплоты продуктов сгорания, которая передается от продуктов сгорания в цилиндре в наконечник инжектора и увеличивает охлаждающий поток, переданный наконечнику инжектора в результате работы клапанов цилиндра и потока топлива через форсунку инжектора непосредственного впрыска. Вычисленная температура постепенно уменьшается ниже более высокой установившейся температуры, и поэтому плотность топлива начинает увеличиваться относительно номинальной плотности.
В момент времени t6 прекращаются условия ОТЗ и изменяется частота вращения и нагрузка двигателя с переходом от среднего к высокому диапазону частоты вращения и нагрузки двигателя. В это время возобновляют подачу топлива в цилиндр. Повторно включают подачу топлива с использованием непосредственного впрыска и распределенного впрыска. Начальное значение длительности импульса впрыска топлива (показанное штриховой линией 705) определяют на основании условий работы двигателя. Однако из-за понижения температуры наконечника инжектора в период, когда инжектор непосредственного впрыска и инжектор распределенного впрыска были отключены, и сгорание в цилиндре было прекращено, но работа клапанов цилиндра продолжалась (между моментами времени t2 и t3), увеличилась плотность топлива, предназначенного для подачи из инжектора непосредственного впрыска. Если топливо для непосредственного впрыска будет подано согласно первоначально определенной длительности 705 импульса впрыска топлива, без компенсации вызванного температурой изменения плотности топлива, то масса впрыснутого топлива будет больше, чем запланировано, что приведет к ошибке воздушно-топливного отношения в сторону обогащения смеси. Для исправления этого, в момент времени t6, регулируют длительность импульса непосредственного впрыска, в данном случае уменьшают, на значение, которое основано на вычисленной температуре наконечника инжектора. В частности, длительность импульса непосредственного впрыска уменьшают на значение, которое представляет собой функцию уменьшения температуры наконечника относительно установившейся температуры наконечника инжектора. Уменьшенная длительность импульса подразумевает меньшую и более короткую длительность импульса, по сравнению с начальной длительностью импульса. Кроме того, регулируют, в данном случае увеличивают, длительность импульса распределенного впрыска топлива. Например, если температура наконечника ниже, чем температура установившегося режима, то разомкнутый контур подачи топлива может обеспечить избыточную подачу топлива, что приведет к ошибке обогащения смеси (если не существует компенсации температуры). Если фактическая температура наконечника выше, чем предполагаемая температура наконечника, это может вызвать ошибку обеднения смеси.
Длительность импульса непосредственного впрыска топлива из инжектора непосредственного впрыска в цилиндр двигателя временно уменьшают на основании того, что перед этим инжектор непосредственного впрыска был отключен, и сгорание в цилиндре было остановлено. Например, непосредственный впрыск с уменьшенной длительностью импульса могут продолжить от момента времени t6 для нескольких циклов двигателя, пока вычисленная температура наконечника инжектора НВ не возвратится к установившейся температуре, после чего могут отказаться от уменьшения длительности импульса, и могут определить номинальную длительность импульса впрыска топлива на основании частоты вращения и нагрузки двигателя в то время, когда возобновляют работу с номинальной плотностью топлива при установившейся температуре наконечника инжектора.
Следует учитывать, что если работа клапанов цилиндра была также прекращена во время отключения подачи топлива в период времени t5-t6, вычисленная температура наконечника инжектора непосредственного впрыска могла увеличиться выше установившейся температуры (или уменьшиться на меньшее значение). Это может произойти вследствие большего теплового потока и меньшего охлаждающего потока, что привело бы к результирующему нагреванию наконечника инжектора. Следовательно, при повторном включении в момент времени t6 длительность импульса непосредственного впрыска было бы необходимо увеличить для нескольких циклов двигателя до тех пор, пока вычисленная температура наконечника инжектора НВ не возвратилась бы к установившейся температуре, после чего было бы возможно прекратить увеличение длительности импульса, и можно было бы возобновить использование номинальной длительности импульса впрыска топлива, определенной на основании частоты вращения и нагрузки двигателя. Таким образом, значение плотности топлива непрерывно обновляют на основании непрерывно обновляемой температуры наконечника инжектора, и соответственно регулируют длительность импульса непосредственного впрыска топлива для компенсации изменения плотности топлива.
Таким образом, можно точнее учитывать изменение плотности топлива, вызванное температурой, во время подачи топлива из ранее отключенного инжектора непосредственного впрыска. За счет непрерывной оценки теплового потока к инжектору непосредственного впрыска во время наличия и отсутствия сгорания в цилиндре, на основании теплопередачи от продуктов сгорания, работы клапанов цилиндра, работы инжектора распределенного впрыска, изменения нагрузки цилиндра и т.д., можно более точно отслеживать изменения температуры наконечника инжектора НВ. За счет регулирования параметров настройки длительности импульса непосредственного впрыска топлива, на основании мгновенного значения температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, можно более точно определить изменения плотности топлива, обусловленные изменением температуры, и можно обеспечить более точную компенсацию, что позволяет уменьшить непреднамеренные изменения воздушно-топливного отношения. Кроме того, можно усилить эффект охлаждения впускного заряда за счет непосредственного впрыска. Кроме того, можно уменьшить загрязнение инжектора и его тепловую деградацию.
Один пример способа содержит проведение оценки температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, отличающейся от температуры топлива, на основании условий цилиндра, включающих в себя условия сгорания в цилиндре и работу клапанов цилиндра; и в ответ на отключение или повторное включение инжектора непосредственного впрыска регулирование длительности импульса непосредственного впрыска топлива и/или длительности импульса распределенного впрыска топлива на основании оцененной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска и температуры топлива. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, проведение оценки на основании условий сгорания в цилиндре включает в себя проведение оценки на основании того, присутствует или отсутствует сгорание в цилиндре в то время, когда инжектор непосредственного впрыска отключен, причем температура наконечника инжектора непосредственного впрыска увеличивается до значения больше температуры топлива, когда сгорание в цилиндре присутствует, и температура наконечника инжектора непосредственного впрыска уменьшается до значения меньше температуры топлива, когда сгорание в цилиндре отсутствует. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, увеличение температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска повышено по сравнению с увеличением температуры топлива при увеличении средней нагрузки цилиндра, когда сгорание в цилиндре присутствует. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, увеличение температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска повышено по сравнению с увеличением температуры топлива при обеднении воздушно-топливного отношения сгорания в цилиндре относительно стехиометрического отношения, когда сгорание в цилиндре присутствует. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, проведение оценки на основании работы клапанов цилиндра включает в себя проведение оценки на основании того, включена или отключена работа клапанов цилиндра в то время, когда инжектор непосредственного впрыска отключен, причем температура наконечника инжектора непосредственного впрыска уменьшается больше, чем температура топлива, когда работа клапанов цилиндра включена, и температура наконечника инжектора непосредственного впрыска увеличивается больше, чем температура топлива, когда работа клапанов цилиндра отключена. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, оценку проводят на основании того, включен или отключен распределенный впрыск в то время, когда инжектор непосредственного впрыска отключен, причем температура наконечника инжектора непосредственного впрыска увеличивается до значения больше температуры топлива, когда распределенный впрыск включен, и температура наконечника инжектора непосредственного впрыска уменьшается до значения меньше температуры топлива, когда распределенный впрыск отключен. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит регулирование оцененной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска отлично от температуры топлива на основании длительности отключения инжектора непосредственного впрыска. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулирование длительности импульса непосредственного впрыска топлива содержит: проведение оценки плотности топлива на основании оцененной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска и температуры топлива; вычисление начальной длительности импульса впрыска топлива на основании условий работы двигателя при повторном включении инжектора непосредственного впрыска; и обновление начальной длительности импульса впрыска топлива на основании оцененной плотности топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, начальное значение длительности импульса впрыска топлива увеличивают при уменьшении оцененной плотности топлива ниже номинальной плотности топлива и уменьшают при увеличении оцененной плотности топлива выше номинальной плотности топлива.
Другой пример способа содержит сравнение теплового потока от сгорания и охлаждающего потока от пополнения топлива в инжекторе непосредственного впрыска за период отключения инжектора, причем тепловой поток от сгорания зависит от условий работы цилиндра, а охлаждающий поток от пополнения топлива зависит от расхода топлива и температуры топливной рампы; и при повторном включении инжектора непосредственного впрыска регулирование длительности импульса непосредственного впрыска топлива на основании указанного сравнения. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, тепловой поток от сгорания увеличивается в ответ на одно или более из следующего: продолжение сгорания в цилиндре с использованием распределенного впрыска топлива в период отключения инжектора непосредственного впрыска, увеличение частоты вращения или нагрузки двигателя, увеличение запаздывания момента зажигания, увеличение температуры головки цилиндра и увеличение периода сгорания в цилиндре с использованием только распределенного впрыска топлива, и причем тепловой поток от сгорания уменьшается в ответ на одно или более из следующего: отключение распределенного впрыска топлива и отключение клапанов цилиндра в период отключения инжектора непосредственного впрыска и увеличение периода отключения инжектора непосредственного впрыска без сгорания в цилиндре. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, охлаждающий поток от пополнения топлива увеличивается в ответ на уменьшение температуры топливной рампы и/или увеличение расхода топлива к инжектору непосредственного впрыска. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулирование содержит обновление начальной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, оцененной непосредственно перед отключением инжектора непосредственного впрыска, посредством поправочного коэффициента на основании сравнения теплового потока от сгорания и охлаждающего потока от пополнения топлива, и дополнительно на основании тепловой массы наконечника инжектора непосредственного впрыска. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулирование дополнительно содержит шаги, на которых: оценивают плотность топлива на основании обновленной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска; и регулируют начальную длительность импульса непосредственного впрыска топлива на основании оцененной плотности топлива относительно номинальной плотности топлива, причем начальная длительность импульса непосредственного впрыска топлива зависит от условий работы двигателя при повторном включении инжектора непосредственного впрыска. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, начальная длительность импульса непосредственного впрыска топлива дополнительно зависит от указания детонации двигателя, причем указание детонации включает в себя определение детонации посредством датчика детонации или посредством прогнозирования детонации на основании условий работы двигателя. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулирование содержит шаги, на которых увеличивают начальную длительность импульса непосредственного впрыска топлива при превышении тепловым потоком от сгорания охлаждающего потока от пополнения топлива, и уменьшают начальную длительность импульса непосредственного впрыска топлива при превышении охлаждающим потоком от пополнения топлива теплового потока от сгорания, причем начальная длительность импульса непосредственного впрыска топлива зависит от условий работы двигателя при повторном включении инжектора непосредственного впрыска.
Другой пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: во время первого условия в ответ на отключение инжектора непосредственного впрыска без отключения сгорания увеличивают длительность импульса непосредственного впрыска топлива во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска; и во время второго условия в ответ на отключение инжектора непосредственного впрыска с отключением сгорания уменьшают длительность импульса непосредственного впрыска топлива во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, во время первого условия повышают скорость увеличения при увеличении одно или более из следующего: частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, запаздывание момента зажигания, оцененная температура топливной рампы и длительность подачи топлива в двигатель, причем во время второго условия выполняют уменьшение с первой скоростью, если клапаны цилиндра отключены, и со второй скоростью, если клапаны цилиндра включены, причем вторая скорость больше первой скорости. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ содержит шаги, на которых оценивают установившуюся температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска, отличающуюся от установившейся температуры топлива, на основании условий работы цилиндра перед отключением инжектора непосредственного впрыска; и оценивают переходную температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска на основании установившейся температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, установившейся температуры топлива и условий работы цилиндра после отключения инжектора непосредственного впрыска, причем во время первого условия увеличение зависит от установившейся температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска относительно переходной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, и во время второго условия уменьшение зависит от установившейся температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска относительно переходной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ содержит шаги, на которых во время первого и второго условия регулируют длительность импульса распределенного впрыска топлива в момент повторного включения инжектора непосредственного впрыска.
В дополнительном представлении способ для двигателя содержит вычисление температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска на основании суммы теплового потока от сгорания и охлаждающего потока от пополнения топлива в инжекторе непосредственного впрыска за период отключения инжектора, теплового потока от сгорания на основании условий работы цилиндра, охлаждающего потока за счет пополнения топлива на основании расхода топлива и температуры топливной рампы; и регулирование длительности импульса непосредственного впрыска топлива на основании вычисленной температуры наконечника при повторном включении инжектора непосредственного впрыска. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, длительность импульса непосредственного впрыска топлива, которую увеличивают или уменьшают, представляет собой номинальную длительность импульса впрыска топлива на основании частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, интенсивности детонации и номинальной плотности топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, повышают скорость уменьшения в ответ на продолжение работы впускного и выпускного клапанов во время периода отключения подачи топлива в двигатель и/или на увеличение периода отключения подачи топлива в двигатель. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ содержит оценку температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, отличающуюся от температуры топлива, на основании условий работы цилиндра, включающих в себя условия сгорания в цилиндре и работу клапанов цилиндра; и в ответ на отключение или повторное включение инжектора непосредственного впрыска, регулирование длительности импульса непосредственного впрыска топлива и/или длительности импульса распределенного впрыска топлива на основании оцененной температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска и температуры топлива.
В другом дополнительном представлении система двигателя содержит цилиндр двигателя с впускным клапаном и выпускным клапаном; топливный инжектор непосредственного впрыска для подачи топлива непосредственно в цилиндр двигателя; топливный инжектор распределенного впрыска для подачи топлива во впускной тракт, расположенный выше по потоку от впускного клапана цилиндра двигателя; топливную рампу, выполненную с возможностью подачи топлива к топливному инжектору непосредственного впрыска и к топливному инжектору распределенного впрыска; температурный датчик, соединенный с топливной рампой; и контроллер. Контроллер выполнен с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти для следующего: отключение топливного инжектора непосредственного впрыска; в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска, после некоторого периода подачи топлива в двигатель только посредством распределенного впрыска, увеличение посредством команды длительности импульса непосредственного впрыска топлива; и в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска, после некоторого периода отключения подачи топлива в двигатель, уменьшение посредством команды длительности импульса непосредственного впрыска топлива. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, увеличивают скорость увеличения, если увеличивается одно или более из следующего: частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, запаздывание момента зажигания, оцененная температура топливной рампы и продолжительность подачи топлива в двигатель. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, увеличивают скорость уменьшения в ответ на продолжение работы впускного и выпускного клапанов в период отключения подачи топлива в двигатель и/или на увеличение продолжительности отключения подачи топлива в двигатель. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, контроллер содержит дополнительные команды для следующего: оценка расхода топлива в отключенный инжектор непосредственного впрыска; и если оцененный расход топлива увеличивается, снижение скорости увеличения в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска после некоторого периода подачи топлива в двигатель посредством только распределенного впрыска; и повышение скорости уменьшения в ответ на повторное включение инжектора непосредственного впрыска после некоторого периода отключения подачи топлива в двигатель.
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, I-4, I-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 компонентов, 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 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 И СИСТЕМА ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА | 2018 |
|
RU2703155C2 |
| УПРАВЛЕНИЕ ВСПРЫСКОМ ТОПЛИВА | 2017 |
|
RU2685783C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВСАСЫВАЮЩИМ НАСОСОМ | 2015 |
|
RU2702953C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2016 |
|
RU2719752C2 |
| СПОСОБ РАЗГРУЗКИ ДАВЛЕНИЯ В ТОПЛИВНОЙ РАМПЕ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ВПРЫСКА (ВАРИАНТЫ) И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА | 2017 |
|
RU2727942C2 |
| Способ (варианты) и система для топливной системы двойного впрыска | 2016 |
|
RU2715765C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА ПРИ ПОСТОЯННОМ И ПЕРЕМЕННОМ ДАВЛЕНИИ | 2015 |
|
RU2706872C2 |
| Способ (варианты) и система для управления системой впрыска топлива | 2016 |
|
RU2723641C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2669112C1 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ДВОЙНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА | 2016 |
|
RU2717863C2 |
Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Представлены способы и системы для непрерывной оценки температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска на основании теплопередачи к инжектору от цилиндра, обусловленной сгоранием, и теплопередачи к инжектору, обусловленной потоком холодного топлива из топливной рампы. Отслеживают изменения температуры наконечника инжектора относительно установившейся температуры, когда инжектор непосредственного впрыска отключен. При повторном включении задают командой обновленную длительность импульса впрыска топлива для инжектора непосредственного впрыска для учета изменения плотности топлива, вызванного температурой наконечника инжектора, что позволяет уменьшить возникновение ошибок воздушно-топливного отношения, а также уменьшить образование на наконечнике инжектора отложений и продлить срок службы инжектора. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
1. Способ для двигателя, в котором:
во время первого условия в ответ на отключение инжектора непосредственного впрыска без отключения сгорания увеличивают длительность импульса непосредственного впрыска топлива во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска; и
во время второго условия в ответ на отключение инжектора непосредственного впрыска с отключением сгорания уменьшают длительность импульса непосредственного впрыска топлива во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска.
2. Способ по п. 1, в котором во время первого условия повышают скорость указанного увеличения при увеличении одного или более из следующего: частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, запаздывание момента зажигания, оцененная температура топливной рампы и длительность подачи топлива в двигатель, причем во время второго условия указанное уменьшение осуществляют с первой скоростью, если клапаны цилиндра отключены, и со второй скоростью, если клапаны цилиндра включены, причем вторая скорость больше первой скорости.
3. Способ по п. 1, в котором дополнительно:
оценивают установившуюся температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска, отличающуюся от установившейся температуры топлива, на основании условий работы цилиндра перед отключением инжектора непосредственного впрыска; и
оценивают переходную температуру наконечника инжектора непосредственного впрыска на основании установившейся температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска, установившейся температуры топлива и условий работы цилиндра после отключения инжектора непосредственного впрыска,
причем во время первого условия указанное увеличение зависит от отношения установившейся температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска к переходной температуре наконечника инжектора непосредственного впрыска, и во время второго условия указанное уменьшение зависит от отношения установившейся температуры наконечника инжектора непосредственного впрыска к переходной температуре наконечника инжектора непосредственного впрыска.
4. Способ по п. 1, в котором дополнительно: во время первого и второго условия регулируют длительность импульса распределенного впрыска топлива во время повторного включения инжектора непосредственного впрыска.
| JP 2006329012 A, 07.12.2006 | |||
| US 20130054115 A1, 28.02.2013 | |||
| ДВИГАТЕЛЬ С РАСЩЕПЛЕННЫМ ЦИКЛОМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В НЕМ | 2010 |
|
RU2486356C1 |
