Ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №62/021621 «Система и способ функционирования при пропуске воспламенения» («SYSTEM AND METHOD FOR SKIP FIRE»), поданной 7 июля 2014 года, содержание которой в полном объеме и во всех отношениях включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к функционированию двигателя внутреннего сгорания при пропуске воспламенения.
Уровень техники
Для улучшения топливной экономии в условиях малых нагрузок, некоторые двигатели могут быть выполнены с возможностью работы в режиме выборочного отключения цилиндров, когда один или несколько цилиндров двигателя отключают, например, блокируя срабатывание впускного и/или выпускного клапана, прекращая подачу топлива и/или блокируя искровое зажигание в отключаемых цилиндрах. В процессе работы в режиме выборочного отключения цилиндров, также известном как режим «с пропуском воспламенения», совокупный объем топлива двигателя можно перераспределить в цилиндры, в которых происходит горение, увеличивая нагрузку на каждый цилиндр и уменьшая работу по перекачке, тем самым, повышая экономию топлива и улучшая характеристики по выбросам в атмосферу. На каждом рабочем цикле двигателя для отключения можно выбирать разные цилиндры (цилиндр), чтобы на каждом рабочем цикле двигателя был отключен другой цилиндр или комбинация цилиндров. Кроме того, по мере изменения условий работы двигателя, можно менять количество цилиндров, отключаемых на каждом рабочем цикле двигателя.
В двигателях с системами распределенного впрыска топлива РВТ (PFI, Port Fuel Injection), управление воздушно-топливным отношением при пропуске воспламенения может вызывать затруднения в связи с существованием задержки между моментом впрыска топлива и моментом расчета воздушного заряда. В частности, в системах РВТ (PFI), для обеспечения требуемого испарения и смешивания топлива, топливо в каждый цилиндр обычно впрыскивают тогда, когда впускной клапан указанного цилиндра закрыт. Тем не менее, объем воздуха, находящегося в указанном цилиндре, определяют позднее, после того, как коленчатый вал совершит до двух оборотов, и когда впускной клапан успеет открыться и закрыться снова. При использовании стратегии с пропуском воспламенения, за указанное время динамика впускного коллектора может существенно измениться (например, двигатель может войти в режим с пропуском воспламенения или выйти из указанного режима), в результате чего будет получен воздушный заряд, отличный от того, что был первоначально спрогнозирован, и, соответственно, воздушно-топливное отношение, отличное от того, что требуется.
Один из подходов, направленный на улучшение процесса управления воздушно-топливным отношением в двигателях с пропуском воспламенения, заключается во впрыскивании топлива через систему прямого впрыска ПВ (DI, Direct Injection), так как прямой впрыск можно выполнять намного позднее, когда уже будет известен обновленный вычисленный воздушный заряд. Однако авторы настоящего изобретения выяснили, что в условиях частичной нагрузки, впрыск через систему РВТ (PFI) оказывается эффективнее впрыска через систему ПВ (DI) за счет улучшенного перемешивания воздушно-топливной смеси, уменьшения работы по перекачке и снижения паразитных потерь на топливном насосе. Таким образом, работа только с прямым впрыском может ухудшить экономию топлива.
Раскрытие изобретения
В свете вышеуказанного, авторами настоящего изобретения был разработан подход, позволяющий сохранить преимущества распределенного впрыска, заключающиеся в топливной экономии, и одновременно улучшить управление воздушно-топливным отношением во время работы двигателя в режиме с пропуском воспламенения. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагаемый способ выборочного отключения цилиндров двигателя предусматривает, в режиме работы двигателя с пропуском воспламенения, распределенный впрыск первого количества топлива в цилиндр двигателя, причем указанное первое количество топлива зависит от первого, спрогнозированного объема воздушного заряда для указанного цилиндра и является недостаточным для требуемого воздушно-топливного отношения, и прямой впрыск в указанный цилиндр второго количества топлива, причем указанное второе количество топлива зависит от указанного первого количества топлива и второго, вычисленного объема воздушного заряда для указанного цилиндра.
Таким образом, для обеспечения лучшего испарения и перемешивания топлива и уменьшения работы по перекачке, большая часть подаваемого в цилиндр топлива может быть введена путем распределенного впрыска. Количество топлива, вводимого путем распределенного впрыска, может быть намеренно недостаточным для требуемого воздушно-топливного отношения, причем указанное требуемое воздушно-топливное отношение вычисляют на основе оценочного объема воздушного заряда для данного цилиндра. Затем, позднее в пределах рабочего цикла двигателя, когда возможно вычисление фактического объема воздушного заряда, находящегося в цилиндре, прямым впрыском можно подать дополнительное количество топлива для того, чтобы довести общее воздушно-топливное отношение до требуемого значения.
В частном варианте указанного способа указанное первое количество топлива является недостаточным для требуемого воздушно-топливного отношения на величину, соответствующую максимально возможному отклонению от указанного первого, спрогнозированного объема воздушного заряда для текущих условий работы двигателя, а также на величину, зависящую от одного или нескольких из следующих параметров: обнаруженной детонации двигателя и положения впускной дроссельной заслонки.
В частном варианте указанного способа прямой впрыск второго количества топлива выполняют после распределенного впрыска указанного первого количества топлива.
В частном варианте указанного способа указанное первое количество топлива впрыскивают до открытия впускного клапана, а указанное второе количество топлива впрыскивают вблизи момента закрытия впускного клапана, после впрыска указанного первого количества топлива.
В частном варианте указанного способа указанный режим с пропуском воспламенения предусматривает работу двигателя с по меньшей мере одним оставшимся отключенным цилиндром двигателя.
В частном варианте указанного способа указанный режим с пропуском воспламенения включает в себя переход в режим с пропуском воспламенения, когда двигатель переходит от работы со срабатыванием всех цилиндров к работе со срабатыванием только нескольких из всех цилиндров двигателя.
В частном варианте указанного способа указанный режим с пропуском воспламенения включает в себя выход из указанного режима с пропуском воспламенения, когда двигатель переходит от работы со срабатыванием только нескольких из всех цилиндров к работе со срабатыванием всех цилиндров двигателя.
В частном варианте указанного способа указанный первый, спрогнозированный объем воздушного заряда представляет собой объем воздушного заряда цилиндра, спрогнозированный до открытия впускного клапана, а второй, вычисленный объем воздушного заряда представляет собой объем воздушного заряда цилиндра, вычисленный при закрытии впускного клапана.
В частном варианте указанного способа требуемое воздушно-топливное отношение представляет собой первое требуемое воздушно-топливное отношение, вычисленное на основании указанного первого, спрогнозированного объема воздушного заряда, при этом прямой впрыск в цилиндр указанного второго количества топлива предусматривает прямой впрыск указанного второго количества топлива для доведения общего воздушно-топливного отношения цилиндра до второго требуемого воздушно-топливного отношения, причем указанное второе требуемое воздушно-топливное отношение вычисляют на основании указанного второго, вычисленного объема воздушного заряда.
В частном варианте указанного способа указанный цилиндр является первым цилиндром, запланированным к срабатыванию в командном порядке работы цилиндров, причем указанный способ дополнительно содержит этапы, на которых: определяют, произошло ли горение в указанном первом цилиндре, по сигналу обратной связи от ионизационного датчика; и если в первом цилиндре не произошло запланированное горения, то регулируют командный порядок работы цилиндров так, чтобы обеспечить срабатывание второго цилиндра, причем указанный второй цилиндр изначально запланирован в командном порядке работы цилиндров к пропуску.
В соответствии с другим из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагаемый способ выборочного отключения цилиндров двигателя предусматривает, в режиме работы двигателя с пропуском воспламенения или при переходе в указанный режим с пропуском воспламенения, путем распределенного впрыска подают в первый цилиндр двигателя первое количество топлива, причем указанное первое количество топлива зависит от первого объема воздушного заряда для указанного первого цилиндра и требуемого воздушно-топливного отношения; и впрыскивают во второй цилиндр двигателя второе количество топлива, причем указанное второе количество топлива зависит от указанного первого количества топлива и второго объема воздушного заряда для указанного первого цилиндра.
В частном варианте указанного способа указанный режим с пропуском воспламенения предусматривает работу двигателя с по меньшей мере одним оставшимся отключенным цилиндром двигателя.
В частном варианте указанного способа указанный режим с пропуском воспламенения включает в себя вход в указанный режим с пропуском воспламенения, когда двигатель переходит от работы со срабатыванием всех цилиндров к работе со срабатыванием только нескольких из всех цилиндров двигателя.
В частном варианте указанного способа указанный режим с пропуском воспламенения включает в себя выход из указанного режима с пропуском воспламенения, когда двигатель переходит от работы со срабатыванием только нескольких из всех цилиндров к работе со срабатыванием всех цилиндров двигателя.
В частном варианте указанного способа указанный первый объем воздушного заряда представляет собой объем воздушного заряда для указанного первого цилиндра, спрогнозированный до открытия впускного клапана первого цилиндра, причем указанный второй объем воздушного заряда представляет собой вычисленный объем воздушного заряда для первого цилиндра, рассчитанный при последующем закрытии впускного клапана первого цилиндра.
В частном варианте указанного способа указанное второе количество топлива дополнительно зависит от третьего объема воздушного заряда, спрогнозированного для второго цилиндра, и второго требуемого воздушно-топливного отношения.
В частном варианте указанного способа и первое количество топлива, и второе количество топлива впрыскивают путем распределенного впрыска. Настоящее изобретение также относится и к системе для выборочного отключения цилиндров двигателя, имеющего множество цилиндров, содержащей систему распределенного впрыска топлива, предназначенную для распределенного впрыска топлива в каждый цилиндр из указанного множества цилиндров; систему прямого впрыска топлива, предназначенную для прямого впрыска топлива в каждый цилиндр из указанного множества цилиндров; систему искрового зажигания, предназначенную для инициирования горения в каждом цилиндре из указанного множества цилиндров и содержащую один или несколько ионизационных датчиков для обнаружения возникновения событий горения в указанном множестве цилиндров; и контроллер. Указанный контроллер содержит энергонезависимые инструкции для того, чтобы: в режиме с пропуском воспламенения определять командный порядок работы цилиндров двигателя, в котором запланировано срабатывание по меньшей мере первого цилиндра из указанного множества цилиндров и пропуск по меньшей мере второго цилиндра из указанного множества цилиндров; и во время срабатывания первого цилиндра, задействовать систему распределенного впрыска топлива для подачи путем распределенного впрыска в первый цилиндр первого количества топлива в течение первого, более раннего периода рабочего цикла двигателя, задействовать систему прямого впрыска для подачи путем прямого впрыска в первый цилиндр второго количества топлива в течение второго, более позднего периода рабочего цикла двигателя, и задействовать систему искрового зажигания для инициирования горения в первом цилиндре, причем указанное первое количество топлива является недостаточным для первого, требуемого значения воздушно-топливного отношения для указанного первого цилиндра, определяемого на основании оцененного объема воздушного заряда для первого цилиндра, причем второе количество топлива доводит общее воздушно-топливное отношение для первого цилиндра до второго, требуемого значения воздушно-топливного отношения для первого цилиндра, определяемого на основании обновленного объема воздушного заряда для первого цилиндра.
В частном варианте указанной системы указанный контроллер дополнительно содержит инструкции для того, чтобы: определять, произошло ли горение в первом цилиндре, посредством сигнала обратной связи от одного или нескольких ионизационных датчиков; если горение не произошло в первом цилиндре, то регулировать командный порядок работы цилиндров для срабатывания второго цилиндра; и если горение в первом цилиндре произошло, сохранять командный порядок работы цилиндров для пропуска второго цилиндра.
В частном варианте указанной системы командный порядок работы цилиндров двигателя зависит от исходного порядка работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска воспламенения, от количества цилиндров, подлежащих пропуску в режиме с пропуском воспламенения, и от того, какие цилиндры из множества цилиндров сработали на предшествующем рабочем цикле двигателя, причем количество подлежащих пропуску цилиндров зависит от нагрузки двигателя.
Настоящее изобретение обеспечивает следующие преимущества. Например, впрыскивая большую часть топлива путем распределенного впрыскиа, можно сохранить требуемую топливную экономию. При этом, обеспечивая «добавочный» впрыск топлива позднее в пределах рабочего цикла двигателя путем прямого впрыскиа, можно сохранить требуемое воздушно-топливное отношение, даже несмотря на изменение давления и потока наддувочного воздуха во впускном коллекторе, обусловленное работой в режиме с пропуском воспламенения.
Вышеприведенные и другие преимущества, а также признаки настоящего изобретения несомненно станут очевидными из нижеследующего раздела «Осуществление изобретения», при его рассмотрении отдельно или в совокупности с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в упрощенной форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Данное краткое описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных 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 описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показан один цилиндр многоцилиндрового двигателя.
На фиг. 2 показан пример графика работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска воспламенения в соответствии с исходным порядком работы цилиндров.
На фиг. 3 показан пример графика работы цилиндров двигателя в режиме с пропуском воспламенения в соответствии с командным порядком работы цилиндров.
На фиг. 4 показана высокоуровневая блок-схема алгоритма управления двигателем, выполненным с возможностью работы в режиме с пропуском воспламенения.
На фиг. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая способ регулирования впрыска топлива в режиме с пропуском воспламенения.
На фиг. 6 показан пример графика работы двигателя в соответствии со способом, проиллюстрированным на фиг. 5.
На фиг. 7 показана блок-схема, иллюстрирующая способ обнаружения событий горения в режиме с пропуском воспламенения.
На фиг. 8 показан пример графика работы цилиндров двигателя, функционирующего в соответствии со способом, проиллюстрированным на фиг. 7.
Осуществление изобретения
Во время эксплуатации двигателя с пропуском воспламенения, когда на каждом рабочем цикле двигателя по меньшей мере один цилиндр пропускают, при этом в нем не происходит горение, можно улучшить топливную экономию и качество выбросов в атмосферу в конкретных условиях, например, при низкой нагрузке двигателя. На фиг. 1 показан двигатель, выполненный с возможностью работы с пропуском воспламенения, а на фиг. 2-3 проиллюстрированы графики работы цилиндров двигателя, показанного на фиг. 1, в режиме без пропуска воспламенения (фиг. 2) и в режиме с пропуском воспламенения (фиг. 3). Дополнительно, показанный на фиг. 1 двигатель может содержать контроллер, предназначенный для осуществления одного или нескольких способов управления двигателю в режиме работы с пропуском воспламенения, например, способа, проиллюстрированного на фиг. 4.
На протяжении конкретных периодов работы с пропуском воспламенения, например, при входе в режим с пропуском воспламенения и при выходе из режима с пропуском воспламенения, возможно изменение динамики во впускном коллекторе, что затрудняет управление воздушно-топливным отношением в цилиндрах, в частности для системы распределенного впрыска топлива. Как подробно раскрыто далее, в режиме с пропуском воспламенения может быть исполнен алгоритм дробного впрыска, когда заданное количество топлива вводят путем распределенного впрыска на более раннем этапе цикла цилиндра (когда получение точной оценки воздушного заряда цилиндра более затруднительно), а добавочную порцию топлива впрыскивают через форсунку прямого впрыска на более позднем этапе цикла цилиндра (когда находящийся в цилиндре воздушный заряд можно измерить с большей точностью). На фиг. 5 проиллюстрирован способ для осуществления алгоритма дробного впрыска, а на фиг. 6 показаны примерные графики работы двигателя в процессе выполнения алгоритма, проиллюстрированного на фиг. 5.
Кроме того, хотя некоторые режимы работы с пропуском воспламенения могут предусматривать отключение впускного/выпускного клапана, прекращение подачи топлива и блокирование искрового зажигания, в других режимах с пропуском воспламенения возможно сохранение искры даже в отключаемых цилиндрах. Кроме того, механизмы отключения клапана могут не быть полностью надежными. При работе с пропуском воспламенения, если в надувочном воздухе присутствуют пары топлива (например, в результате продувки топливного бака, или из системы принудительной вентиляции картера), а впускной и выпускной клапаны отключенного цилиндра случайно сработают, в указанном отключенном цилиндре может произойти непреднамеренное событие горения, что приведет к нестабильности крутящего момента. Для того, чтобы минимизировать последствия непреднамеренных событий в цилиндре в режиме с пропуском воспламенения, статус горения можно контролировать по измерениям ионизации и, если непреднамеренное событие горения произойдет в цилиндре, который должен быть пропущен, то для того, чтобы сохранить запрошенный крутящий момент, порядок работы цилиндров двигателя можно динамически обновить и пропустить следующий по порядку цилиндр, который должен был бы сработать. На фиг. 7 проиллюстрирован способ контроля процесса горения в режиме с пропуском воспламенения. На фиг. 8 показан пример графика работы цилиндров, предусматривающей динамическое обновление порядка работы цилиндров.
На фиг. 1 показана камера сгорания или цилиндр двигателя 10 внутреннего сгорания согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством информации, вводимой оператором 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В данном примере, указанное устройство 132 ввода содержит педаль подачи топлива и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР, Pedal Position). Цилиндр (то есть, камера сгорания) 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания и расположенный внутри поршень 138. Указанный поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Указанный коленчатый вал 140 через трансмиссионную систему может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства. Кроме того, через маховик с указанным коленчатым валом 140 может быть соединен стартер, обеспечивающий запуск указанного двигателя 10.
Указанный цилиндр 14 способен получать впускной воздух через множество каналов 142, 144 и 146 впуска воздуха. Канал впуска воздуха (также называемый впускным коллектором), выполнен с возможностью сообщения с другими цилиндрами двигателя 10, а не только с цилиндром 14. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, один или несколько впускных каналов могут содержать устройство нагнетания, например, турбонагнетатель или механический нагнетатель. Например, на фиг. 1 показан двигатель 10, оснащенный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и выпускную турбину 176, расположенную вдоль выпускного канала 148. Указанный компрессор 174 по меньшей мере частично получает мощность от указанной выпускной турбины 176 через вал 180, в случае если указанное устройство нагнетания выполнено в виде турбонагнетателя. Тем не менее, в других вариантах осуществления настоящего изобретения, например, когда двигатель 10 оснащен механическим нагнетателем, указанная выпускная турбина 176 может быть опционально исключена из конструкции, и тогда компрессор 174 может получать мощность механическим путем от электромотора или двигателя. Для изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, вдоль указанного впускного канала двигателя может быть предусмотрена дроссельная заслонка 162, содержащая дроссельную шайбу 164. Например, указанная дроссельная заслонка 162 может быть расположена ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, альтернативно, она может быть расположена выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы от других цилиндров двигателя 10, а не только от цилиндра 14. На чертежах показано, что выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности отработавших газов УСТОГ (ECD, emission control device), выпускной канал 148 соединен с датчиком 128 отработавших газов. Указанный датчик 128 может представлять собой любой подходящий датчик, обеспечивающий информацию о воздушно-топливном отношении в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик или UEGO-датчик (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), кислородный датчик с двумя состояниями или EGO-датчик (показан), HEGO-датчик (EGO-датчик с подогревом), датчик содержания NOx, НС или СО. Указанное устройство УСТОГ (ECD) 178 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC, Three-Way Catalyst), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или сочетание указанных устройств.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, в проиллюстрированном примере цилиндр 14 имеет по меньшей мере один тарельчатый впускной клапан 150 и по меньшей мере один тарельчатый выпускной клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе и цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Впускным клапаном 150 можно управлять посредством контроллера 12 через исполнительный механизм 152. Аналогичным образом указанным выпускным клапаном 156 можно управлять посредством контроллера 12 через исполнительный механизм 154. При некоторых условиях, контроллер 12 может менять сигналы, подаваемые в указанные исполнительные механизмы 152 и 154, для управления открытием и закрытием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть задано соответствующими датчиками (не показаны) положения клапана. Исполнительный механизм клапана может представлять собой электрический привод клапана или кулачковый привод или комбинацию указанных приводов. Фазами газораспределения для впускных и выпускных клапанов можно управлять одновременно или же возможно использование любой из систем: системы переменной синхронизации кулачков для впускных клапанов, системы переменной синхронизации кулачков для выпускных клапанов, сдвоенной независимой системы переменной синхронизации кулачков или системы постоянной синхронизации кулачков. Каждая из систем кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из систем: систему переключения профилей кулачков ППК (CPS, Cam Profile Switching), систему переменной синхронизации кулачков ПСК (VCT, Variable Valve Timing), систему регулирования фаз газораспределения РФГ (VVT, Variable Valve Timing) и/или систему переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов ПГРВПК (VVL, Variable Valve Lift), которыми может управлять контроллер 12 для изменения работы клапанов. Например, указанный цилиндр 14 в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения может содержать впускной клапан, управляемый приведением в действие электрического привода клапана, и выпускной клапан, управляемый приведением в действие кулачка с привлечением системы ППК (CPS) и/или ПСК (VCT). В других вариантах осуществлениях настоящего изобретения впускным и выпускным клапанами можно управлять посредством общего клапанного исполнительного механизма или приводной системы, или исполнительного механизма или приводной системы переменного газораспределения.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10, как правило, проходит четырехтактный цикл, причем указанный цикл включает в себя такт впуска, так сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска обычно выпускной клапан 156 закрывается, а впускной клапан 150 открывается. По впускному коллектору 146 в камеру 14 сгорания поступает воздух, при этом поршень 138 перемещается в нижнюю часть цилиндра для увеличения внутреннего объема камеры 14 сгорания. Положение, в котором указанный поршень 138 находится вблизи нижней части цилиндра в конце своего хода (то есть, когда объем камеры 14 сгорания максимален), специалисты в данной области техники, как правило, называют нижней мертвой точкой НМТ (BDC, Bottom Dead Center). На такте сжатия впускной клапан 150 и выпускной клапан 156 закрыты. Указанный поршень 138 перемещается к головке цилиндра для сжатия воздуха внутри камеры 14 сгорания. Положение, в котором указанный поршень 138 находится в конце своего хода вверху, ближе всего к головке цилиндра (то есть, когда объем камеры 14 сгорания минимален), специалисты в данной области техники, как правило, называют верхней мертвой точкой ВМТ (TDC, Top Dead Center). В процессе, который здесь и далее называется впрыском, в камеру сгорания поступает топливо. В процессе, который здесь и далее называется зажиганием, впрыскиваемое топливо зажигается известными средствами, такими как свеча 192 зажигания, в результате чего происходит горение. На такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 138 обратно в нижнюю мертвую точку. Коленчатый вал 140 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, на такте выпуска открывается выпускной клапан 156, обеспечивая выход сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной канал 148, при этом поршень возвращается в верхнюю мертвую точку. Следует отметить, что приведенное выше описание представлено только в качестве примера, при этом моменты открытия или закрытия клапанов можно менять, например, для обеспечения положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или для обеспечения другого результата.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая представляет собой отношение объема цилиндра при нахождении поршня 138 в нижней мертвой точке к объему цилиндра при нахождении поршня 138 в верхней мертвой точке. Как правило, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах при использовании топлива разных видов, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании топлива с более высоким октановым числом или топлива с более высокой латентной энтальпией парообразования. Степень сжатия может также повышаться при использовании прямого впрыска в связи с его влиянием на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициирования процесса горения. Система 190 зажигания обеспечивает искру зажигания в камере сгорания 14 посредством свечи 192 зажигания в ответ на получение от контролера 12 сигнала опережения зажигания 03 (SA, Spark Advance) в выбранных режимах работы. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения свечу 192 зажигания не используют, так что двигатель 10 может инициировать горение топлива за счет самовоспламенения или при впрыске топлива, как это происходит в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать одну или несколько топливных форсунок для подачи в цилиндр топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан содержащим две топливные форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана соединенной напрямую с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в указанный цилиндр пропорционально ширине импульса сигнала FPW-1 (Fuel Pulse Width, ширина импульса впрыска топлива), полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом, указанная топливная форсунка 166 обеспечивает впрыск, известный как прямой впрыск (здесь и далее называемый ПВ (DI)) топлива в цилиндр 14 для сжигания. Хотя на фиг. 1 указанная топливная форсунка 166 показана в виде боковой форсунки, ее можно также расположить над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Из-за меньшей летучести некоторых видов спиртового топлива такое расположение может улучшить смешивание и горение при эксплуатации двигателя на спиртовом топливе. Альтернативно, для улучшения смешивания, топливную форсунку можно расположить выше впускного клапана и рядом с указанным впускным клапаном. Топливо может поступать к топливной форсунке 166 из топливной системы 172 высокого давления, содержащей топливный бак, топливные насосы, топливную рампу и привод 168. Альтернативно, топливо можно подавать посредством одноступенчатого топливного насоса при низком давлении, при этом установка фаз распределения прямого впрыска топлива на такте сжатия может быть ограничена в большей степени, чем в случае использования топливной системы высокого давления. Кроме того, в топливном баке может быть предусмотрен не показанный на чертежах преобразователь давления, подающий сигнал в контроллер 12.
На чертеже показано, что топливная форсунка 170 расположена во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, в компоновке, обеспечивающей так называемый распределенный впрыск топлива (здесь и далее называемый РВТ (PFI, Port Fuel Injection)), в частности, во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Указанная топливная форсунка 170 способна впрыскивать топливо пропорционально ширине импульса сигнала FPW-2, полученного от контроллера через электронный привод 171. Топливо может поступать в топливную форсунку 170 из топливной системы 172.
Топливо в пределах одного рабочего цикла цилиндра можно подавать в цилиндр посредством обеих указанных форсунок. Например, каждая топливная форсунка выполнена с возможностью подачи заданной части совокупного объема впрыскиваемого топлива, сжигаемого в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительный объем топлива, подаваемого посредством каждой форсунки, может изменяться в зависимости от условий работы, например, от нагрузки и/или детонации двигателя, что раскрыто далее в описании. Относительное распределение между форсунками 166 и 170 совокупного объема впрыскиваемого топлива можно называть соотношением впрыска. Например, впрыскивание большего объема топлива на одно событие горения через форсунку (распределенного впрыска) 170, может служить примером высокого соотношения распределенного впрыска к прямому впрыску, в то время как впрыскивание большего объема топлива на одно события горения через форсунку (прямого впрыска) 166 может служить примером низкого соотношения распределенного впрыска к прямому впрыску. Следует отметить, что указанные случаи являются лишь примерами различных соотношений впрыска, при этом возможно использование и других соотношения впрыска. Дополнительно, следует понимать, что топливо, впрыскиваемое путем распределенного впрыска, может быть доставлено в течение события открытого впускного клапана, закрытого впускного клапана (например, по существу до такта впуска, например, на такте выпуска), а также тогда, когда впускной клапан находится и в открытом, и в закрытом положениях.
Аналогично, топливо, впрыскиваемое путем прямого впрыска, может быть подано, например, на такте впуска, а также частично в течение предшествующего такта выпуска, на такте впуска, и частично на такте сжатия. Кроме того, топливо, впрыскиваемое путем прямого впрыска, можно подавать за один впрыск или за несколько впрысков, что предусматривает несколько впрысков на такте сжатия, несколько впрысков на такте впуска, или комбинацию нескольких прямых впрысков на такте сжатия и нескольких прямых впрысков на такте впуска.
При этом, даже для одного события горения, впрыскиваемое топливо можно подавать в различные моменты времени посредством форсунки прямого впрыска и форсунки распределенного впрыска. Кроме того, для одного события горения, в пределах одного цикла можно осуществить несколько впрысков подаваемого топлива. Множество впрысков можно осуществить на такте сжатия, на такте впуска или в любой приемлемой комбинации указанных тактов.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. В частности, они могут отличаться размерами, например, у одной из форсунок отверстие для впрыска может быть больше, чем у другой. Кроме того, форсунки могут характеризоваться, среди прочего, различными углами факела распыла, различными рабочими температурами, различными углами направления, различными настройками синхронизации впрыска, различными характеристиками распыления, различными местоположениями и т.д. Кроме того, в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива между форсунками 170 и 166, можно обеспечить различные эффекты.
В топливном баке топливной системы 172 может находиться топливо разного качества, например, с разным составом. К таким различиям можно отнести различное содержание спирта, различное октановое число, различное качество тепла испарения, различные смеси топлива и/или сочетания перечисленных параметров и т.д. В одном из примеров, к видам топлива, имеющим различное содержание спирта, относится бензин, этанол, метанол или спиртосодержащие смеси, например, смесь Е85 (содержащая примерно 85% этанола и 15% бензина) или смесь М85 (содержащая примерно 85% метанола и 15% бензина). Другими примерами спиртосодержащего топлива являются смеси спирта и воды, смеси спирта, воды и бензина, и т.д.
На фиг. 1 показано, что указанный контроллер 12 выполнен в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106, порты 108 ввода/вывода (I/O), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде микросхемы постоянного запоминающего устройства ПЗУ (ROM, Read-Only Memory) 110, оперативное запоминающее устройство ОЗУ (RAM, Random Access Memory) 112, энергонезависимое запоминающее устройство ЭЗУ (КАМ, Keep Alive Memory) 114 и шину данных. Дополнительно к тем сигналам, о которых упоминалось выше, указанный контроллер 12 способен принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, причем к указанным сигналам можно отнести, в частности, результат измерения массового расхода воздуха МРВ (MAF, Mass Air Flow), полученный отдатчика 122 массового расхода воздуха; результат измерения температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ, Engine Coolant Temperature), полученный от датчика 116 температуры, соединенного с втулкой 118 охлаждения; сигнал подхвата профиля зажигания ППЗ (PIP, Profile Ignition Pick-up), полученный от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 140; сигнал положения дроссельной заслонки ПДЗ (TP, Throttle Position), полученный от датчика положения дроссельной заслонки; сигнал абсолютного давления в коллекторе АДК (MAP, Manifold Absolute Pressure), полученный отдатчика 124. Сигнал частоты вращения коленчатого вала двигателя в об/мин может быть сгенерирован указанным контроллером 12 из указанного сигнала ППЗ (PIP). Указанный сигнал АДК (MAP), полученный от датчика давления в коллекторе, может быть использован для выдачи информации о разрежении или давлении во впускном коллекторе. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, указанный контроллер 12 выполнен с возможностью принятия сигнала отдатчика 194 продуктов горения, расположенного в камере сгорания. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, указанный датчик 194 продуктов горения может представлять собой ионизационный датчик, предназначенный для обнаружения дыма или других признаков горения.
Несмотря на то, что для наглядности, линия связи на фиг.1 не показана, следует понимать, что указанный датчик 194 продуктов горения функционально соединен с указанным контроллером и выполнен с возможностью отправки сигналов в указанный контроллер аналогично другим датчикам, изображенным на фиг. 1.
Среда хранения информации в виде ПЗУ (ROM) 110 может быть запрограммирована машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, исполняемые процессором 106 для осуществления способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются. На фиг. 4 показан пример алгоритма, который может быть осуществлен указанным контроллером.
Как раскрыто выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. При этом, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (или форсунки), свечу зажигания и т.п. В некоторых примерах, двигатель может представлять собой однорядный четырехцилиндровый двигатель, двигатель со схемами расположения цилиндров V-6, V-8 или двигатель иной компоновки.
В процессе номинальной работы двигателя, двигателем 10, как правило, управляют так, чтобы за один рабочий цикл двигателя обеспечить воспламенение в каждом цилиндре. Таким образом, за каждые 720°СА (то есть, за два полных оборота коленчатого вала), в каждом цилиндре воспламенение происходит один раз. Для того, чтобы обеспечить горение в каждом цилиндре, в заданный момент времени каждый из клапанов, впускной и выпускной, приводят в действие (например, открывают). Кроме того, в каждый цилиндр впрыскивают топливо, а в заданный момент времени система искрового зажигания обеспечивает искру в каждом цилиндре. То есть, для каждого цилиндра, искра обеспечивает воспламенение топливно-воздушной смеси для инициирования процесса горения.
На фиг. 2 показан пример графика событий воспламенения цилиндров для взятого в качестве примера четырехцилиндрового двигателя (например, показанного на фиг. 1 двигателя 10) в процессе номинальной работы двигателя без пропуска воспламенения. Кривые, обозначенные как «ЦИЛ. 1» - «ЦИЛ. 4», описывают положение каждого цилиндра четырехцилиндрового двигателя в рабочем цикле двигателя. Вертикальные отметки, расположенные по всей длине кривых «ЦИЛ. 1» - «ЦИЛ. 4», указывают на верхнюю мертвую точку и нижнюю мертвую точку поршней соответствующих цилиндров. Соответствующие такты цилиндров для каждого цилиндра обозначены как «ВПУСК», «СЖАТИЕ», «РАСШИРЕНИЕ» и «ВЫПУСК».
Двигатель имеет исходный порядок работы цилиндров 1-3-4-2, что означает, что за каждый рабочий цикл двигателя, цилиндр 1 срабатывает первым, а после него последовательно срабатывают цилиндры 3, 4 и 2. При этом, как видно на чертеже, горение в цилиндре 1 происходит в точке ВМТ (TDC) или вблизи указанной точки между тактами сжатия и расширения, что показано звездочкой 200. Для обеспечения горения в цилиндр 1 впрыскивают топливо, при этом приводят в действие впускной клапан для втягивания наддувочного воздуха (после чего впускной клапан закрывают для того, чтобы запереть воздушный заряд в цилиндре), после чего горение инициируют событием искрового зажигания. Горение в цилиндре 3 инициируют искрой, что показано звездочкой 202. Когда цилиндр 3 находится на такте сжатия, цилиндр 1 находится на такте расширения. Горение в цилиндре 4 инициируют искрой, что показано звездочкой 204. Когда цилиндр 4 находится на такте сжатия, цилиндр 1 находится на такте выпуска, а цилиндр 3 находится на такте расширения. Горение в цилиндре 2 инициируют искрой, что показано звездочкой 206. Когда цилиндр 2 находится на такте сжатия, цилиндр 1 находится на такте впуска, цилиндр 3 находится на такте выпуска, а цилиндр 4 находится на такте расширения. После завершения горения в цилиндре 2, начинается новый рабочий цикл двигателя, и горение снова происходит в цилиндре 1, что показано звездочкой 208. Затем горение продолжается в соответствии с порядком работы цилиндров, как показано на чертеже.
При заданных условиях работы, двигатель 10 может работать в режиме с пропуском воспламенения, когда в каждом рабочем цикле двигателя воспламенение происходит не во всех цилиндрах двигателя. Режим с пропуском воспламенения можно использовать, например, в условиях низкой нагрузки, или в других условиях, когда количество топлива на цилиндр, подлежащее впрыску в каждый цилиндр, является относительно небольшим (например, настолько небольшим, что подача его в точном количестве затруднительна). В режиме с пропуском воспламенения, в каждом рабочем цикле двигателя один или несколько цилиндров двигателя пропускают (то есть, воспламенение не происходит). Для поддержания требуемого крутящего момента, топливо перераспределяют в цилиндры, в которых происходит воспламенение, увеличивая количество топлива на цилиндр и, тем самым, повышая точность дозирования топлива. Пропуск воспламенения может также снизить потери на перекачку, повышая КПД двигателя.
Для того, чтобы пропустить предварительно назначенный цилиндр, отключают впускные и выпускные клапаны указанного предварительно назначенного цилиндра (например, управляя исполнительными устройствами 152 и 154), что означает, что впускные и выпускные клапаны удерживаются в закрытом состоянии на каждом такте рабочего цикла цилиндра. То есть, свежий воздух не может попасть в указанный цилиндр. Кроме того, прекращается подача топлива через форсунку 170 распределенного впрыска и/или через форсунку 166 прямого впрыска. В некоторых случаях возможна также блокировка выработки искры (например, от свечи 192 зажигания). В других примерах возможна выработка искры в указанном предварительно назначенном цилиндре. Тем не менее, без наддувочного воздуха и топлива, даже при наличии искры, в указанном предварительно назначенном цилиндре горение не произойдет.
На фиг. 3 показан пример графика событий воспламенения цилиндров для взятого в качестве примера четырехцилиндрового двигателя (например, двигателя, показанного на фиг. 1) в режиме работы с пропуском воспламенения. По аналогии с фиг. 2, кривые «ЦИЛ. 1» - «ЦИЛ. 4» обозначают положение каждого цилиндра четырехцилиндрового двигателя в рабочем цикле двигателя. Вертикальные отметки, расположенные по всей длине кривых «ЦИЛ. 1» - «ЦИЛ. 4», указывают на верхнюю мертвую точку и нижнюю мертвую точку поршней соответствующих цилиндров. Соответствующие такты цилиндров для каждого цилиндра обозначены как «ВПУСК», «СЖАТИЕ», «РАСШИРЕНИЕ» и «ВЫПУСК».
Как раскрыто выше, двигатель имеет исходный порядок работы цилиндров 1-3-4-2. При работе с пропуском воспламенения, за каждый рабочий цикл двигателя пропускается один или несколько цилиндров. Количество пропущенных цилиндров можно выбирать в зависимости от условий работы, например, от нагрузки двигателя, как будет разъяснено далее со ссылкой на фиг. 4. Кроме того, на каждом рабочем цикле двигателя можно пропускать разные цилиндры так, чтобы через заданное количество рабочих циклов двигателя каждый цилиндр сработал бы по меньшей мере один раз, при этом каждый из цилиндров был бы пропущен по меньшей мере один раз.
При работе с пропуском воспламенения, исходный порядок работы двигателя можно регулировать для обеспечения командного порядка работы цилиндров, при котором пропускают один или несколько цилиндров. Командный порядок работы цилиндров может сохранить тот же базовый порядок работы цилиндров, при котором один или несколько цилиндров пропускают на каждом цикле двигателя, а может и изменять то, какие из цилиндров будут пропущены на различных циклах двигателя. Как показано на фиг. 3, командный порядок работы цилиндров в режиме с пропуском воспламенения может задавать воспламенение двух цилиндров, пропуск одного цилиндра, воспламенение двух цилиндров, пропуск одного цилиндра и т.д. в результате чего порядок работы цилиндров будет выглядеть как 1-3-X-2-1-X-4-2-Х-3-4-Х. То есть, каждый раз пропускается другой цилиндр, пока схема не повторится.
Таким образом, как проиллюстрировано на чертежах, горение в цилиндре 1 происходит в точке ВМТ (TDC) или вблизи указанной точки между тактами сжатия и расширения, что показано звездочкой 300. Затем, инициируют горение в цилиндре 3 искрой, обозначенной звездочкой 302. Цилиндр 4, который запланирован для срабатывания после цилиндра 3 в соответствии с исходным режимом работы цилиндров, оказывается пропущенным. Таким образом, даже если искра все еще присутствует в цилиндре 4 на такте сжатия, горение не инициируется из-за того, что не срабатывает клапан и отсутствует подача топлива, что показано пунктирной звездочкой 304. Горение в цилиндре 2 инициируется искрой, что показано звездочкой 306.
На следующем цикле работы двигателя, горение происходит в цилиндре 1, цилиндре 4 и цилиндре 2 (как показано звездочками 308, 312 и 314 соответственно). Горение не происходит в цилиндре 3, что показано пунктирной звездочкой 310. На следующем рабочем цикле двигателя пропускаются цилиндры 1 и цилиндры 2, что показано пунктирными звездочками 316 и 322 соответственно, но при этом в цилиндрах 3 и 4 происходит воспламенение, что проиллюстрировано звездочками 318 и 320. Таким образом, на протяжении некоторых рабочих циклов двигателя пропускается только один цилиндр, при этом на протяжении других рабочих циклов двигателя пропускается больше одного цилиндра. Тем не менее, проиллюстрированный командный порядок работы цилиндров сохраняет четкую схему горения (на каждые два срабатывающих цилиндра приходится один пропущенный цилиндр), что снижает проблемы, связанные с шумом, вибрацией и неплавностью движения. Однако следует понимать, что проиллюстрированные на фиг. 2 и фиг. 3 порядок и последовательность по своей сути являются примерными и не предназначены для ограничения объем настоящего изобретения. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, до пропуска горения в цилиндре, в трех цилиндрах может происходить горение воздушно-топливной смеси. В других вариантах осуществления настоящего изобретения, до пропуска горения в цилиндре, в четырех цилиндрах может происходить горение воздушно-топливной смеси. В других вариантах осуществления настоящего изобретения, горение может быть пропущено в двух цилиндрах кряду, а не в одном, как показано на фиг. 3.
На фиг. 4 проиллюстрирован способ 400 управления двигателем с пропуском воспламенения. Указанный способ 400 можно выполнять посредством контроллера, например, контроллера 12, показанного на фиг. 1, в соответствии с энергонезависимыми инструкциями, хранящимися в указанном контроллере, для управления двигателем 10 в режиме с пропуском воспламенения или в режиме без пропуска воспламенения, как будет раскрыто ниже.
На этапе 402 способа 400 определяют условия работы двигателя. Указанные условия работы двигателя, определяемые на данном этапе, включают в себя, среди прочего, нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, потребность двигателя в топливе и температуру двигателя. Условия работы двигателя можно определять на основании выходного сигнала от одного или нескольких датчиков двигателя, описанных выше со ссылкой на фиг. 1. На этапе 404 способа 400 определяют, работает ли в текущий момент времени двигатель в режиме пропуска воспламенения, при котором один или несколько цилиндров пропускают (то есть, в них не происходит воспламенения) в пределах рабочего цикла двигателя. Если двигатель в текущий момент времени не работает в режиме пропуска воспламенения, то способ 400 переходит на этап 406 для определения того, не указывают ли условия на то, что режим пропуска воспламенения следует инициировать. Двигатель можно перевести в режиме пропуска воспламенения, исходя из одного параметра работы двигателя или исходя из комбинации разнообразных параметров работы двигателя. К указанным условиям можно отнести условие, при котором частота вращения двигателя, потребность в топливе и нагрузка двигателя ниже своих предварительно заданных пороговых значений. Например, при работе двигателя на холостом ходу, частота вращения двигателя может быть низкой, например 500 об/мин, а нагрузка двигателя может быть тоже низкой. Таким образом, потребность в топливе, которая зависит от частоты вращения двигателя и нагрузки, а также рабочие условия, например, температура двигателя, давление в коллекторе и т.д., могут быть слишком незначительными, чтобы в двигатель можно было точно подать требуемый объем топлива. Кроме того, работа с пропуском воспламенения может нивелировать проблемы, связанные с работой на холодном двигателе, при этом условия для работы с пропуском воспламенения будут зависеть от температуры двигателя. Условия для работы с пропуском воспламенения также могут быть основаны на том, что контроллер определяет, что двигатель работает в установившемся режиме, так как для работы в переходных условиях может потребоваться изменяющаяся потребность в топливе. Работа в установившемся режиме может быть задана временем работы при текущей нагрузке или другим подходящим способом.
Если условия не указывают на то, что следует инициировать режим с пропуском воспламенения (например, если нагрузка двигателя высока), то способ 400 переходит на этап 407 для сохранения текущих условий работы. Текущие условия работы предусматривают срабатывание каждого цилиндра двигателя согласно исходному порядку работы цилиндров, при этом все впускные и выпускные клапаны приводятся в движение в соответствующие моменты времени, и в каждом цилиндре впрыскивают топливо и вырабатывают искру. Затем способ 400 возвращается в начало.
Если на этапе 406 определяют, что настало время переходить на режим с пропуском воспламенения, то способ 400 переходит на этап 408 для определения того, сколько цилиндров следует пропустить на каждый рабочий цикл двигателя или на множество рабочих циклов двигателя. То есть, можно определить схему выборочного отключения цилиндров. Схема отключения цилиндров, определенная указанным выше образом, может задавать общее количество отключенных цилиндров относительно работающих цилиндров, а также тождество подлежащих отключению цилиндров. Например, указанный контроллер способен определить, что на каждом рабочем цикле двигателя следует пропустить один цилиндр, или же он способен определить, что на каждые три рабочих цикла двигателя можно пропустить четыре цилиндра, или же он способен определить другую подходящую схему пропуска цилиндров. Общее количество цилиндров, которые следует пропускать на каждый рабочий цикл двигателя, может зависеть от условий работы, например, от нагрузки двигателя.
На этапе 410 устанавливают командный порядок работы для не пропущенных цилиндров. Указанный командный порядок работы цилиндров может зависеть от выбранного количества цилиндров, подлежащих пропуску за рабочий цикл двигателя, от исходного порядка работы цилиндров, а также от того, какие из цилиндров были пропущены в течение предшествующей работы с пропуском воспламенения, так, чтобы сохранялся исходный порядок работы цилиндров, за исключением выбранных пропущенных цилиндров. Указанный командный порядок работы цилиндров может также обеспечивать то, что каждый раз при пропуске воспламенения пропускается другой цилиндр. Командный порядок работы цилиндров, проиллюстрированный на фиг. 3, является одним из неограничивающих примеров командного порядка работы цилиндров, который может быть установлен контроллером для двигателя. В данном случае порядок работы цилиндров 1-3-4-2-1-3-4-2 однорядного четырехцилиндрового двигателя отрегулирован для работы с пропуском воспламенения и выглядит как 1-3-х-2-1-х-4-2. Альтернативно, первая группа цилиндров может быть пропущена на первом количестве рабочих циклов двигателя во время работы второй группы цилиндров, после чего вторая группа цилиндров может быть пропущена на втором числе рабочих циклов двигателя, пока первая группа цилиндров будет работать. При этом может быть получена следующая схема пропуска воспламенения: 1- х-4-х-1-х-4-х-х-3-х-2-х-3-х-2-х.
На этапе 412 в цилиндрах осуществляют воспламенение в соответствие с командным порядком, определенным в выбранной схеме цилиндров. Как раскрыто выше, в срабатывающих цилиндрах задействован исполнительный механизм клапана, включена подача топлива и происходит выработка искры для инициирования горения, в то время как в пропускаемых цилиндрах исполнительный механизм клапана заблокирован, а подача топлива прекращена (в некоторых случаях также заблокировано искровое зажигание). Топливо к срабатывающим цилиндрам можно подавать только через форсунку распределенного впрыска или только через форсунку прямого впрыска, что зависит от компоновки двигателя и рабочих условий. Однако в некоторых примерах, как проиллюстрировано на этапе 414, срабатывание цилиндров опционально предусматривает впрыскивание топлива в срабатывающие цилиндры с использованием протокола дробного впрыска РВТ/ПВ (PFI/DI), который более подробно будет раскрыт ниже со ссылкой на фиг. 5. В частности, в режиме с пропуском воспламенения, в срабатывающие цилиндры топливо могут подавать дробно к форсунке распределенного впрыска и форсунке прямого впрыска для того, чтобы использовать преимущества распределенного впрыска топлива и одновременно улучшить управление воздушно-топливным отношением, обеспечиваемое при прямом впрыске. Первое количество топлива можно впрыснуть в заданный цилиндр посредством форсунки распределенного впрыска, на основании требуемого воздушно-топливного отношения и оцененного объема воздушного заряда для указанного цилиндра в первый, более ранний момент времени в пределах рабочего цикла цилиндра (например, когда закрыт впускной клапан, до начала такта впуска). Затем, во второй, более поздний момент времени в пределах рабочего цикла цилиндра (например, непосредственно до или после закрытия впускного клапана, до начала цикла сжатия), определяют обновленный объем воздушного заряда для указанного цилиндра, причем второе количество топлива впрыскивают через форсунку прямого впрыска, на основании обновленного объема воздушного заряда, требуемого воздушно-топливного отношения и указанного первого количества топлива. Таким образом, можно сохранить общее требуемое воздушно-топливное отношение, даже если между распределенным впрыском и прямым впрыском произойдет изменение нагрузки (что может привести к тому, что первый оцененный объем воздушного заряда будет отличаться от фактического захваченного объема воздушного заряда).
Дополнительно, указанный способ 400 может опционально, на этапе 416, предусматривать контроль событий горения и динамическое обновление командного порядка работы цилиндров по мере необходимости, что будет раскрыто ниже со ссылкой на фиг. 7. Контроль событий горения предусматривает, на основании данных от ионизационного датчика (например, на основании сигнала обратной связи от датчика 194 продуктов горения), определение того, происходит ли горение в цилиндрах, запланированных к срабатыванию, а также определение того, не произошло ли событие горения в цилиндрах, которые были запланированы к пропуску. В случае если в пропущенном цилиндре происходит непреднамеренное событие горения, или же запланированное событие горения не происходит в цилиндре, запланированном к срабатыванию, то командный порядок работы цилиндров может быть обновлен либо так, чтобы пропустить следующий цилиндр, запланированный к срабатыванию, либо так, чтобы в следующем цилиндре, запланированном к пропуску, произошло воспламенение. Затем способ 400 возвращается в начало.
На этапе 404 способа 400, на котором определяют, работает ли в текущий момент времени двигатель с пропуском воспламенения, при положительном ответе на указанный вопрос способ 400 переходит на этап 418 для того, чтобы определить, указывают ли условия на то, что контроллеру необходимо выйти из работы с пропуском воспламенения. Работа с пропуском воспламенения может быть прекращена, например, если нагрузка двигателя повышается, если двигатель подвержен переходному событию или любому аналогичному изменению в рабочих условиях. Если контроллер определяет, что настало время выхода из режима с пропуском воспламенения, то способ 400 переходит на этап 420 для продолжения работы с протоколом дробного впрыска РВТ/ПВ (PFI/DI) по меньшей мере до тех пор, пока переход не будет завершен. Завершение выхода из режима с пропуском воспламенения предусматривает, например, воспламенение во всех цилиндрах на всем рабочем цикле двигателя. Кроме того, на этапе 422, события горения можно продолжать контролировать до тех пор, пока не произойдет полный выход из режима с пропуском воспламенения. Затем способ 400 возвращается в начало.
Тем не менее, если на этапе 418 определяют, что работу с пропуском воспламенения следует продолжить, то способ 400 переходит на этап 424 для работы цилиндров в командном порядке. Если это применимо, то двигатель продолжит работать с протоколом дробного впрыска РВТ/ПВ (PFI/DI), что указано на этапе 426, при этом продолжают отслеживать события горения и обновляют порядок работы цилиндров, как указано на этапе 428. Затем способ 400 возвращается в начало.
Описанный выше протокол дробного впрыска РВТ/ПВ (PFI/DI) не будет рассмотрен более подробно со ссылкой на фиг. 5, где проиллюстрирован способ 500 регулирования впрыска топлива при работе с пропуском воспламенения. Как было разъяснено выше, указанный способ 500 можно выполнить посредством контроллера 12 в процессе выполнения проиллюстрированного на фиг. 4 способа 400 для управления впрыском через форсунку распределенного впрыска (например, форсунку 170) и через форсунку прямого впрыска (например, форсунку 166).
На этапе 502 способа 500 определяют условия работы двигателя. Определяемые рабочие условия могут включать в себя частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, давление АДК (MAP), давление МРВ (MAF), командное воздушно-топливное отношение, воздушно-топливное отношение отработавших газов (определяемое на основании сигналов обратной связи от датчика содержания кислорода в отработавших газах, например, от датчика 128) и другие условия. На этапе 504 оценивают первый объем воздушного заряда для цилиндра, срабатывающего первым. Первый объем воздушного заряда оценивают до открытия впускного клапана первого цилиндра, например, на такте выпуска предшествующего рабочего цикла двигателя. Объем воздушного заряда можно оценить пригодным для этого способом, например, на основании давления АДК (MAP) и давления МРВ (MAF) и/или на основании других пригодных для этого параметров, например, на основании давления наддува (если двигатель содержит турбонагнетатель), расхода рециркуляции отработавших газов (внешней и внутренней систем), фазовых углов переменной синхронизации кулачков для впускных и выпускных клапанов и/или на основании температуры двигателя.
На этапе 506, на основании рабочих условий определяют максимально возможное изменение объема воздушного заряда, которое может произойти между моментом времени, когда оценивают первый объем воздушного заряда и моментом сжигания в первом цилиндре. Максимально возможное изменение воздушного заряда может отражать возможность того, что двигатель может войти в режим с пропуском воспламенения или выйти из указанного режима, или возможность того, что количество пропускаемых цилиндров может измениться и, соответственно, может быть определено на основании изменения нагрузки двигателя. Например, нагрузка двигателя может снижаться, в результате чего максимально возможное изменение воздушного заряда может спрогнозировать, что нагрузка двигателя будет продолжать снижаться на всем протяжении рабочего цикла цилиндра, что приведет к изменению количества пропущенных цилиндров (например, с нуля до одного, или с одного до двух). При определении максимально возможного изменения объема воздушного заряда можно также принимать к рассмотрению и другие параметры. Например, оценка максимального изменения объема воздушного заряда в заданном цилиндре, являющегося частью текущего воздушного заряда, за счет того, что другой цилиндр срабатывает, а не пропускается, может составить V_цил/V_колл, где V_цил является рабочим объемом цилиндра, а V_колл представляет собой объем впускного коллектора. В четырехцилиндровом двигателе, например, максимальное изменение может составить 1/8 (12,5%).
На этапе 508, на основании рабочих условий (например, на основании частоты вращения, нагрузки, выходных сигналов от по меньшей мере одного датчика состава отработавших газов) определяют требуемое воздушно-топливное отношение. На этапе 510 через форсунку распределенного впрыска подают первое количество топлива в первый момент времени, например, перед открытием впускного клапана. Как показано на этапе 512, указанное первое количество топлива определяют на основании требуемого воздушно-топливного отношения и оцененного объема воздушного заряда. Указанное первое количество топлива представляет собой объем, намеренно меньший того количества топлива, которое необходимо для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения, как указано на этапе 514. Первое количество топлива может быть намеренно меньше того количества топлива, которое необходимо для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения, на величину, зависящую от максимально возможного изменения объема воздушного заряда, определенного на этапе 506. Например, если максимально возможное изменение объема воздушного заряда между первым, оцененным объемом воздушного заряда и фактическим объемом воздушного заряда, находящимся в первом цилиндре при сжигании, представляет собой отрицательную величину (что означает, например, что оцененный объем воздушного заряда, скорее всего, превышает фактический объем воздушного заряда), то первое количество топлива может быть на первую, большую величину, меньше количества топлива, необходимого для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения. Если же максимально возможное изменение объема воздушного заряда представляет собой положительную величину (например, это указывает на то, что оцененный объем воздушного заряда, скорее всего, меньше фактического объема воздушного заряда), то первое количество топлива может быть на вторую, меньшую величину меньше количества топлива, которое необходимо для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения. Таким образом, если контроллер прогнозирует, что объем воздушного заряда, скорей всего, увеличится, то первое количество топлива может быть больше, чем в том случае если контроллер прогнозирует, что объем воздушного заряда, скорее всего, уменьшится. Кроме того, в некоторых примерах, первое количество топлива можно сделать меньше объема, необходимого для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения, на основании других параметров, например, на основании детонации, проблем, связанных с шумом, вибрацией и неплавностью движения, и т.д.
На этапе 516 вычисляют второй, обновленный объем воздушного заряда, а также на основании рабочих условий определяют окончательное требуемое воздушно-топливное отношение для более позднего момента времени в рабочем цикле двигателя, например, вблизи момента закрытия впускного клапана. Вследствие относительно длительного промежутка времени между моментами времени, когда был рассчитан первый объем воздушного заряда (до открытия впускного клапана, до распределенного впрыска), и когда был рассчитан обновленный объем воздушного заряда (при закрытии впускного клапана, перед прямым впрыском), условия работы двигателя могут измениться, что повлияет на динамику впускного коллектора и, в конечном счете, изменит объем воздушного заряда, захваченного в цилиндре на момент закрытия впускного клапана. Такие рабочие условия могут включать в себя вход в режим с пропуском воспламенения или выход из режима с пропуском воспламенения или регулирование количества пропущенных цилиндров. Для компенсации изменившегося объема воздушного заряда, через форсунку прямого впрыска впрыскивают вторую, «добавочную» порцию топлива. Как указано на этапе 518, второе количество топлива впрыскивают через форсунку прямого впрыска во второй, более поздний момент времени, причем указанное второе количество топлива представляет собой объем, зависящий от первого количеством топлива, обновленного объема воздушного заряда и окончательного требуемого воздушно-топливного отношения.
В одном примере, первый, оцененный объем воздушного заряда и второй, обновленный объем воздушного заряда могут быть одинаковыми. В таком случае, второе количество топлива, впрыскиваемое форсункой прямого впрыска, равно количеству топлива, требуемому для формирования в цилиндре первого требуемого воздушно-топливного отношения, минус первое количество топлива. Другими словами, «намеренная недостаточность» первого количества топлива просто дополняется до достаточной величины вторым количеством топлива. В другом примере, первый, оцененный объем воздушного заряда может быть меньше второго, обновленного объема воздушного заряда. В таком случае, второе количество топлива может представлять собой объем, включающий в себя «намеренно недостаточное» первое количество топлива (то есть, объем, добавляемый к первому количеству топлива для получения требуемого воздушно-топливного отношения), плюс дополнительный объем топлива для компенсации увеличенного объема воздушного заряда. Еще в одном примере, первый, оцененный объем воздушного заряда может быть больше второго, обновленного объема воздушного заряда. В таком случае, второе количество топлива может представлять собой объем, меньший «намеренно недостаточного» первого количества топлива для компенсации уменьшившегося объема воздушного заряда. Во всех вышеприведенных примерах, при горении обеспечивается окончательное требуемое воздушно-топливное отношение.
На этапе 520 дробный впрыск РВТ/ПВ (PFI/DI) повторяют для всех сработавших цилиндров до завершения режима с пропуском воспламенения (и завершения выхода из режима с пропуском воспламенения). Далее, способ 500 завершается.
На фиг. 6 показана диаграмма 600, иллюстрирующая несколько графиков работы двигателя, которые могут быть осуществлены при выполнении способа 500. В частности, диаграмма содержит график нагрузки, график статуса режима пропуска воспламенения, график коэффициента дробного впрыска РВТ/ПВ (PFI/DI) (который также иллюстрирует топливо, впрыскиваемое через форсунку РВТ (PFI) в виде доли топлива, необходимого для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения на момент первой оценки объема воздушного заряда), а также график воздушно-топливного отношения ВТО (AFR). Для каждого графика время отложено по горизонтальной оси, а каждый соответствующий рабочий параметр отложен по вертикальной оси. Статус режима пропуска воспламенения отложен в виде бинарного статуса ВКЛ/ОТКЛ (ON/OFF). Для графика коэффициента дробного впрыска РВТ/ПВ (PFI/DI) показаны не абсолютные объемы топлива, а лишь относительная доля топлива, впрыскиваемого каждой форсункой в течение каждого события впрыска для одного цилиндра (например, для цилиндра 1, в соответствии с порядком работы цилиндров, проиллюстрированном на фиг. 3). То есть, график коэффициента дробного впрыска РВТ/ПВ (PFI/DI) отражает диапазон относительных долей от 0 до 1, причем если все топливо впрыскивают через форсунку распределенного впрыска, то доля РВТ (PFI) в дробном впрыске будет равен 1, а доля ПВ (DI) в дробном впрыске будет равен нулю, и т.д. Как упомянуто выше, на чертежах проиллюстрированы события впрыска топлива для одного цилиндра. Указанные события соотнесены по времени с тактами цилиндра, обозначенными метками по горизонтальной оси, а также с событиями горения, изображенными в виде звездочек также на вертикальной оси. Для впрыскиваемого путем РВТ (PFI) / заданного для кривой ВТО (AFR), доля впрыскиваемого топлива относительно топлива, необходимого для получения воздушно-топливного отношения, показана в виде относительной доли в диапазоне от 0 до 1.
До момента t1 времени, двигатель работает с нагрузкой от средней до высокой, что видно по графику 602, и, таким образом, режим пропуска воспламенения отключен (ввиду того, что для обеспечения всего запрашиваемого крутящего момента требуется, чтобы сжигание воздушно-топливной смеси происходило во всех цилиндрах), что видно по графику 604. Все топливо впрыскивают через форсунку распределенного впрыска, что означает, что относительная доля топлива, впрыскиваемого путем распределенного впрыска топлива РВТ (PFI), которая необходима для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, и которая фактически впрыскивается путем РВТ (PFI), равна 1, что видно на кривой 606. Соответственно, в дробном впрыске (показанном событием 608 впрыска) доля РВТ (PFI) равна 1, а доля ПВ (DI) равна 0. По кривой 610 видно, что воздушно-топливное отношение поддерживается примерно на уровне требуемого воздушно-топливного отношения для стехиометрии, что показано кривой 610.
Непосредственно перед моментом t1 времени, нагрузка двигателя начинает падать. При этом, контроллер инициирует переход в режим пропуска воспламенения в момент t1 времени. В процессе перехода к режиму пропуска воспламенения, в результате уменьшения количества срабатывающих цилиндров, возможно изменение давления АДК (MAP), давления МРВ (MAF) и других параметров впускного коллектора и наддувочного воздуха. Для компенсации возможного вхождения в режим пропуска воспламенения, в момент t1 времени контроллер инициирует протокол дробного впрыска РВТ/ПВ (PFI/DI), рассмотренный выше со ссылкой на фиг. 5. В результате, снижается количество топлива, впрыскиваемого форсункой распределенного впрыска, то есть воздушно-топливное отношение временно делают намеренно недостаточным. Например, вместо подачи 100% топлива, необходимых для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения, распределенным впрыском можно доставлять только 90% топлива, необходимого для получения требуемого воздушно-топливного отношения. Затем, позднее в рабочем цикле цилиндра, форсунка прямого впрыска выполняет добавочный впрыск для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения. Соответственно, доля РВТ (PFI) в дробном впрыске уменьшается, а доля ПВ (DI) в дробном впрыске увеличивается. Снижение количества топлива, впрыскиваемого форсункой распределенного впрыска, может зависеть от ожидаемого изменения воздушного заряда, при переходе в режим с пропуском воспламенения, например, и/или при уменьшении нагрузки двигателя.
При этом, как показано на фиг. 6, для второго события срабатывания цилиндра 1, событие 612 распределенного впрыска происходит сразу после момента t1 времени. Количество топлива, впрыснутого посредством распределенного впрыска при событии 612, меньше полного объема топлива, необходимого для получения требуемого воздушно-топливного отношения, ввиду ожидаемого изменения воздушного заряда в промежутке времени между событием распределенного впрыска и моментом закрытия впускного клапана (то есть, когда устанавливается объем воздушного заряда в цилиндре). Затем при событии 614 прямого впрыска топлива, в зависимости от обновленного объема воздушного заряда обеспечивается остальная часть топливо, необходимая для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения.
Режим с пропуском воспламенения начинается между событием 612 впрыска и событием 614 впрыска. То есть, в процессе первого события срабатывания цилиндра 1 после момента t1 времени, двигатель начинает работать в режиме с пропуском воспламенения. То есть, в процессе срабатывания цилиндра 1 (например, в период между открытием и закрытием впускного клапана), цилиндр, который изначально запланирован к срабатыванию, пропускают (например, цилиндр 4 в соответствии с порядком работы цилиндров, показанным на фиг. 3). Пропуск указанного цилиндра приводит к увеличению фактического объема воздушного заряда по сравнению с оцененным объемом воздушного заряда, то есть, в событии прямого впрыска впрыскивают дополнительный объем топлива для того, чтобы сохранить воздушно-топливное отношение, даже если объем воздушного заряда меняется в пределах цикла в цилиндре 1. Следующим запланированным событием срабатывания цилиндра 1 является событие с пропуском воспламенения в указанном цилиндре, что показано пунктирной звездочкой.
До момента t2 времени нагрузка двигателя снова снижается. Снижение нагрузки двигателя может привести к изменению максимально возможного изменения расхода воздуха, так как контроллер может предположить изменение количества пропускаемых цилиндров (например, число пропускаемых цилиндров может возрасти). Такое увеличение количества пропущенных цилиндров может привести к снижению фактического объема воздушного заряда, захваченного в цилиндре 1, так что относительная доля топлива, впрыскиваемого форсункой распределенного впрыска, уменьшиться, что проиллюстрировано событием 616 впрыска, а относительная доля топлива, впрыскиваемого форсункой прямого впрыска, возрастет, что проиллюстрировано событием 618 впрыска. В некоторых примерах, переключение от работы с пропуском одного цилиндра на работу с пропуском двух цилиндров может стать причиной большего нарушения воздушного потока, чем при переключении от работы без пропуска цилиндров на работу с пропуском одного цилиндра, в результате доля топлива, впрыскиваемого через форсунку распределенного впрыска может быть меньше вблизи момента t2 времени, чем доля топлива, впрыскиваемого через форсунку распределенного впрыска, вблизи момента t1.
После момента Х2 времени, нагрузка двигателя стабилизируется и доля РВТ (PFI) в дробном впрыске слегка увеличивается (а доля ПВ (DI) в дробном впрыске уменьшается) за счет устойчивой работы двигателя (например, максимальное возможное изменение объема воздушного заряда может быть меньше, если нагрузка будет оставаться постоянной). Это проиллюстрировано событием 618 впрыска и событием 620 впрыска.
К моменту t3 времени нагрузка двигателя достаточно быстро возрастает. Исходя из возрастающей нагрузки двигателя, контроллер может спрогнозировать выход из режима работы с пропуска воспламенения. Во время выхода из режима работы с пропуском воспламенения, разность между оцененным объемом воздушного заряда и фактическим объемом воздушного заряда может быть отрицательной, так как объемом воздушного заряда может уменьшаться после восстановления работы всех цилиндров. При этом, количество топлива, подаваемого путем РВТ (PFI), являющегося долей топлива, необходимого для получения требуемого воздушно-топливного отношения, что показано графиком 606, может уменьшиться. Это объясняется тем, что общий объем топлива, необходимый для сохранения требуемого воздушно-топливного отношения после выхода из режима с пропуском воспламенения, может быть низким и, соответственно, для недопущения события чрезмерной подачи топлива, количество топлива, впрыскиваемого форсункой распределенного впрыска может быть уменьшено еще больше, чем при предшествующих событиях впрыска, что проиллюстрировано событием 622 впрыска. Тем не менее, так как двигатель на самом деле не выходит из режима с пропуском воспламенения, объем воздушного заряда не изменяется так, как предполагалось, в результате, через форсунку прямого впрыска поступает достаточно большой объем топлива, что проиллюстрировано событием 624 впрыска. После события срабатывания цилиндра после момента t3 времени, работа в режиме с пропуском воспламенения прекращается. После завершения прекращения работы в указанном режиме, относительная доля РВТ (PFI) снова становится равной 1, что проиллюстрировано событием 626 впрыска.
Следует понимать, что проиллюстрированные на фиг. 6 события срабатывания цилиндров, в том числе события горения и события впрыска топлива, имеют исключительно иллюстративный характер, при этом их не следует рассматривать в качестве ограничивающих. Возможны и иные конфигурации. Например, для цилиндра 1 между проиллюстрированными событиями срабатывания, в том числе пропущенными событиями срабатывания, может произойти несколько событий срабатывания, для сохранения установленного порядка работы цилиндров. В частности, дополнительные события срабатывания могут произойти между событием срабатывания до момента t3 времени и событием срабатывания после момента t3 времени, или же порядок работы цилиндров двигателя может быть изменен, например, из-за дополнительного числа пропущенных цилиндров после падения нагрузки в момент t2 времени.
Таким образом, приведенное выше со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6 описание раскрывает «добавочные» порции топлива, которые можно впрыснуть после основного события впрыска для компенсации изменений расхода воздуха, которые могут произойти между моментом распределенного впрыска топлива (до открытия впускного клапана) и моментом прямого впрыска (после открытия впускного клапана, вблизи момента его закрытия). Тем не менее, такой подход основан на использовании форсунки распределенного впрыска и форсунки прямого впрыска, что может оказаться дорогостоящим с точки зрения монтажа, а также отличаться сложностью управления. В результате, менее экономически затратный механизм компенсации расхода воздуха в режиме с пропуском воспламенения предусматривает использование только распределенного впрыска и компенсацию изменения воздушного заряда в процессе следующего события срабатывания цилиндра. Например, если существует расхождение между первым, спрогнозированным объемом воздушного заряда, определенным в момент распределенного впрыска в первом цилиндре, и объемом воздушного заряда, вычисленным позднее в процессе рабочего цикла двигателя (например, при закрытии впускного клапана, когда можно определить фактический объем воздушного заряда), то дополнительное топливо можно впрыснуть в течение распределенного впрыска во второй цилиндр, являющийся следующим после первого цилиндра в порядке работы цилиндров двигателя.
Таким образом, в первый цилиндр может быть впрыснуто количество топлива, достаточное для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения и определенное на основании первого, спрогнозированного объема воздушного заряда, (то есть, количество топлива, впрыскиваемое в первый цилиндр, не будет намеренно недостаточным). Затем, если фактический объем воздушного заряда, направленный в первый цилиндр, будет отличаться от спрогнозированного объема воздушного заряда, то количество топлива, впрыскиваемого во второй цилиндр, можно соответственно уменьшить или увеличить, чтобы общее воздушно-топливное отношение для двигателя сохранилось постоянным. Первый и второй цилиндры могут находиться в одном и том же наборе цилиндров и/или могут быть соединены с одним и тем же каталитическим нейтрализатором отработавших газов для того, чтобы воздушно-топливное отношение отработавших газов и каталитический нейтрализатор оставались при нужном воздушно-топливном отношении.
На фиг. 7 проиллюстрирован способ 700 обнаружения событий горения в режиме с пропуском воспламенения. Указанный способ 700 может быть выполнен в виде части способа 400, описанного выше, в соответствии с инструкциями, хранящимися в контроллере 12, для сохранения заданного числа пропускаемых цилиндров двигателя 10, даже в случае непреднамеренных событий горения или событий пропуска срабатывания цилиндра в режиме с пропуском воспламенения. Следует понимать, что указанный способ 700 выполняют после начала работы в режиме с пропуском воспламенения, например, когда задан командный порядок работы цилиндров, предусматривающий срабатывание по меньшей мере первого цилиндра и пропуск срабатывания по меньшей мере второго цилиндра. На этапе 702 указанного способа 700 задействуют впрыск топлива, клапаны и искровое зажигание для обеспечения воспламенения в первом цилиндре. На этапе 704 получают сигнал обратной связи от одного или нескольких ионизационных датчиков для определения статуса горения первого цилиндра после подачи в него искры. Например, первый цилиндр может содержать ионизационный датчик (например, датчик 194), который обнаруживает присутствие дыма или других продуктов горения. То есть, сигнал обратной связи от ионизационного датчика может указать на то, произошло или не произошло горение в цилиндре после подачи в него искры зажигания.
На этапе 706 способа определяют, произошло ли горение в первом цилиндре, на основании сигнала от ионизационного датчика. Если горения не произошло, то способ 700 переходит на этап 708 для регулирования командного порядка работы цилиндров и обеспечения срабатывания в следующем цилиндре, пропуск срабатывания которого запланирован в командном порядке работы цилиндров. На этапе 710 задействуют впрыск топлива, клапаны и искровое зажигание для обеспечения срабатывания следующего цилиндра. На этапе 712, после того, как следующий цилиндр сработал (что определяют, например, по сигналу от ионизационного датчика), исходный командный порядок работы цилиндров восстанавливают, а способ 700 возвращается в начало.
Тем не менее, если на этапе 706 горение в первом цилиндре все-таки произойдет, как и было запланировано, то способ 700 переходит на этап 714 для прекращения подачи топлива и блокировки срабатывания клапанов для того, чтобы пропустить воспламенение второго цилиндра (например, цилиндра, который запланирован к пропуску в исходном порядке работы цилиндров). Хотя в некоторых компоновках двигателя можно также блокировать выработку искры на время пропуска воспламенения в цилиндре, в других компоновках двигателя можно оставить выработку искры даже в пропускаемые цилиндры. На этапе 716 получают сигнал обратной связи от ионизационного датчика (например, от ионизационного датчика второго цилиндра) для определения статуса горения второго цилиндра.
На этапе 718 способ 700 определяют, произошло ли горение во втором цилиндре. Если горения не произошло, а срабатывание второго цилиндра было пропущено, как и было запланировано, то способ 700 переходит на этап 720 для того, чтобы обеспечить срабатывание и пропуск цилиндров в соответствии с командным порядком работы цилиндров, динамически обновляя командный порядок работы цилиндров по имеющимся показаниям, например, в ответ на непредусмотренное событие срабатывания цилиндра или непредусмотренное событие пропуска срабатывания цилиндра. Затем способ 700 возвращается в начало.
Если на этапе 718, наоборот, определяют, что во втором цилиндре все-таки произошло горение, то способ 700 переходит на этап 722 для регулирования командного порядка работы цилиндров так, чтобы пропустить следующий цилиндр, запланированный к срабатыванию. На этапе 724 прекращают подачу топлива и блокируют срабатывание клапанов, чтобы пропустить следующий цилиндр. На этапе 726, после того как срабатывание следующего цилиндра было пропущено, восстанавливают исходный командный порядок работы цилиндров и способ 700 возвращается в начало.
Таким образом, способ 700 обеспечивает срабатывание и пропуск цилиндров в соответствии с командным порядком работы цилиндров двигателя в режиме с пропуском воспламенения. Для каждого цилиндра, независимо от того, был ли он запланирован для срабатывания или для пропуска, посредством обнаружения дыма с использованием ионизационной камеры контролируют статус горения цилиндра. Например, искровое зажигание, и, соответственно, горение обычно происходит в заданный период времени в конце такта сжатия или в начале такта расширения. Таким образом, для каждого цилиндра и для каждого рабочего цикла двигателя в течение такта сжатия и такта расширения можно собирать и отслеживать сигналы обратной связи от одного или нескольких ионизационных датчиков. Если горение происходит в цилиндре, запланированном к пропуску, командный порядок работы цилиндров двигателя обновляют для пропуска следующего цилиндра в порядке работы цилиндра, запланированного к срабатыванию, чтобы, тем самым, сохранить надлежащее количество пропущенных цилиндров и крутящий момент. Аналогичным образом, если горение не происходит в цилиндре, запланированном к срабатыванию, вместо него можно обеспечить воспламенение в цилиндре, следующем за ним в порядке работы цилиндров и запланированном к пропуску. Хотя в вышеприведенных примерах, в случае обнаружения непреднамеренного события срабатывания или пропуска воспламенения, регулируют статус срабатывания следующего по порядку цилиндра, в некоторых обстоятельствах можно отрегулировать еще более дальний по порядку цилиндр для балансировки порядка работы цилиндров и предотвращения проблем, связанных с шумом, вибрацией и неплавностью движения, например.
На фиг. 8 проиллюстрирован пример событий срабатывания цилиндров двигателя в соответствии со способом, представленным на фиг. 7. Графики срабатывания цилиндров на фиг. 8 аналогичны графикам срабатываний цилиндров, представленным на фиг. 2 и фиг. 3. То есть, применяют тот же самый исходный порядок работы цилиндров (1-3-4-2) и командный порядок работы цилиндров в режиме с пропуском воспламенения (пропуск одного цилиндра на каждые два срабатывающих цилиндра). Таким образом, первое событие горения происходит в цилиндре 1 и обозначено звездочкой 800, а второе событие горения происходит в цилиндре 3 и обозначено звездочкой 802. В соответствии с командным порядком работы цилиндров двигателя, к пропуску запланирован цилиндр 4. Однако в цилиндре 4 происходит непреднамеренное событие горения, что показано звездочкой 804. Для компенсации этого, следующий по порядку цилиндр, запланированный к срабатыванию, то есть цилиндр 2, пропускают, что показано пунктирной звездочкой 806. После этого командный порядок работы цилиндров восстанавливают с событием горения в цилиндре 1 (звездочка 808) и так далее.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки можно использовать с разнообразными компоновками двигательных систем и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления можно хранить в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, например, стратегии, управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Это подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции можно выполнять в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях -могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для обеспечения признаков и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления настоящего изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций можно повторять в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут в графическом виде представлять собой программный код, подлежащий занесению в энергонезависимое запоминающее устройство машиночитаемого носителя информации в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании схемы и алгоритмы по существу являются лишь примерами, при этом конкретные варианты осуществления настоящего изобретения не следует рассматривать в качестве ограничивающих, ибо возможны различные их модификации. Например, вышеизложенный подход может быть применен 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 сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, выделены конкретные сочетания компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых 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 исходной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СИСТЕМА И СПОСОБ ВЫБОРОЧНОЙ ДЕАКТИВАЦИИ ЦИЛИНДРОВ (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2694562C2 |
| Способ (варианты) и система для двойного впрыска топлива | 2016 |
|
RU2718392C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ В ОТНОШЕНИИ КОЛИЧЕСТВА ПОДАВАЕМОГО ТОПЛИВА | 2016 |
|
RU2725597C2 |
| Способ подачи топлива в двигатель | 2016 |
|
RU2719504C2 |
| СПОСОБЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2015 |
|
RU2681555C2 |
| УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ НА СЖИЖЕННОМ НЕФТЯНОМ ГАЗЕ | 2014 |
|
RU2656347C2 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ | 2014 |
|
RU2656075C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ХОЛОДНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ | 2018 |
|
RU2692860C1 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2016 |
|
RU2719752C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА ПРИ ПОСТОЯННОМ И ПЕРЕМЕННОМ ДАВЛЕНИИ | 2015 |
|
RU2706872C2 |
Настоящее изобретение относится к способу и системе управления двигателем в режиме с пропуском воспламенения. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагаемый способ содержит этапы, на которых, в режиме работы двигателя с пропуском воспламенения или при переходе в указанный режим с пропуском воспламенения, путем распределенного впрыска подают в цилиндр двигателя первое количество топлива, причем указанное первое количество топлива зависит от первого, спрогнозированного объема воздушного заряда для указанного цилиндра и является недостаточным для требуемого воздушно-топливного отношения, и путем прямого впрыска подают в указанный цилиндр второе количество топлива, причем указанное второе количество зависит от указанного первого количества топлива и второго объема воздушного заряда для указанного цилиндра. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Способ выборочного отключения цилиндров двигателя, содержащий этапы, на которых:
в режиме работы двигателя с пропуском воспламенения или при переходе в указанный режим с пропуском воспламенения,
путем распределенного впрыска подают в цилиндр двигателя первое количество топлива, причем указанное первое количество топлива зависит от первого, спрогнозированного объема воздушного заряда для указанного цилиндра и является недостаточным для требуемого воздушно-топливного отношения, и путем прямого впрыска подают в указанный цилиндр второе количество топлива, причем указанное второе количество топлива зависит от указанного первого количества топлива и второго объема воздушного заряда для указанного цилиндра.
2. Способ по п. 1, при котором указанное первое количество топлива является недостаточным для требуемого воздушно-топливного отношения на величину, соответствующую максимально возможному отклонению от указанного первого, спрогнозированного объема воздушного заряда для текущих условий работы двигателя, а также на величину, зависящую от одного или нескольких из следующих параметров: обнаруженной детонации двигателя и положения впускной дроссельной заслонки.
3. Способ по п. 1, при котором прямой впрыск второго количества топлива выполняют после распределенного впрыска указанного первого количества топлива.
4. Способ по п. 3, при котором указанное первое количество топлива впрыскивают до открытия впускного клапана, а указанное второе количество топлива впрыскивают вблизи момента закрытия впускного клапана после впрыска указанного первого количества топлива.
5. Способ по п. 1, при котором указанный режим с пропуском воспламенения предусматривает работу двигателя с по меньшей мере одним оставшимся отключенным цилиндром двигателя.
6. Способ по п. 1, при котором указанный режим с пропуском воспламенения включает в себя переход в режим с пропуском воспламенения, когда двигатель переходит от работы со срабатыванием всех цилиндров к работе со срабатыванием только нескольких из всех цилиндров двигателя.
7. Способ по п. 1, при котором указанный режим с пропуском воспламенения включает в себя выход из указанного режима с пропуском воспламенения, когда двигатель переходит от работы со срабатыванием только нескольких из всех цилиндров к работе со срабатыванием всех цилиндров двигателя.
8. Способ по п. 1, при котором указанный первый, спрогнозированный объем воздушного заряда представляет собой объем воздушного заряда цилиндра, спрогнозированный до открытия впускного клапана, а второй, вычисленный объем воздушного заряда представляет собой объем воздушного заряда цилиндра, вычисленный при закрытии впускного клапана.
9. Способ по п. 8, при котором требуемое воздушно-топливное отношение представляет собой первое требуемое воздушно-топливное отношение, вычисленное на основании указанного первого, спрогнозированного объема воздушного заряда, при этом прямой впрыск в цилиндр указанного второго количества топлива предусматривает прямой впрыск указанного второго количества топлива для доведения общего воздушно-топливного отношения цилиндра до второго требуемого воздушно-топливного отношения, причем указанное второе требуемое воздушно-топливное отношение вычисляют на основании указанного второго, вычисленного объема воздушного заряда.
10. Способ по п. 1, при котором указанный цилиндр является первым цилиндром, запланированным к срабатыванию в командном порядке работы цилиндров, причем указанный способ дополнительно содержит этапы, на которых:
определяют, произошло ли горение в указанном первом цилиндре, по сигналу обратной связи от ионизационного датчика; и
если в первом цилиндре не произошло запланированное горение, то регулируют командный порядок работы цилиндров так, чтобы обеспечить срабатывание второго цилиндра, причем указанный второй цилиндр изначально запланирован в командном порядке работы цилиндров к пропуску.
11. Способ выборочного отключения цилиндров двигателя, содержащий этапы, на которых:
в режиме работы двигателя с пропуском воспламенения или при переходе в указанный режим с пропуском воспламенения;
путем распределенного впрыска подают в первый цилиндр двигателя первое количество топлива, причем указанное первое количество топлива зависит от первого объема воздушного заряда для указанного первого цилиндра и требуемого воздушно-топливного отношения; и
впрыскивают во второй цилиндр двигателя второе количество топлива, причем указанное второе количество топлива зависит от указанного первого количества топлива и второго объема воздушного заряда для указанного первого цилиндра.
12. Способ по п. 11, при котором указанный режим с пропуском воспламенения предусматривает работу двигателя с по меньшей мере одним оставшимся отключенным цилиндром двигателя.
13. Способ по п. 11, при котором указанный режим с пропуском воспламенения включает в себя вход в указанный режим с пропуском воспламенения, когда двигатель переходит от работы со срабатыванием всех цилиндров к работе со срабатыванием только нескольких из всех цилиндров двигателя.
14. Способ по п. 11, при котором указанный режим с пропуском воспламенения включает в себя выход из указанного режима с пропуском воспламенения, когда двигатель переходит от работы со срабатыванием только нескольких из всех цилиндров к работе со срабатыванием всех цилиндров двигателя.
15. Способ по п. 11, при котором указанный первый объем воздушного заряда представляет собой объем воздушного заряда для указанного первого цилиндра, спрогнозированный до открытия впускного клапана первого цилиндра, причем указанный второй объем воздушного заряда представляет собой вычисленный объем воздушного заряда для первого цилиндра, рассчитанный при последующем закрытии впускного клапана первого цилиндра.
16. Способ по п. 15, при котором указанное второе количество топлива дополнительно зависит от третьего объема воздушного заряда, спрогнозированного для второго цилиндра, и второго требуемого воздушно-топливного отношения.
17. Способ по п. 11, при котором и первое количество топлива, и второе количество топлива впрыскивают путем распределенного впрыска.
18. Система для выборочного отключения цилиндров двигателя, имеющего множество цилиндров, содержащая:
систему распределенного впрыска топлива, предназначенную для распределенного впрыска топлива в каждый цилиндр из указанного множества цилиндров; систему прямого впрыска топлива, предназначенную для прямого впрыска топлива в каждый цилиндр из указанного множества цилиндров;
систему искрового зажигания, предназначенную для инициирования горения в каждом цилиндре из указанного множества цилиндров и содержащую один или несколько ионизационных датчиков для обнаружения возникновения событий горения в указанном множестве цилиндров; и
контроллер, содержащий энергонезависимые инструкции для того, чтобы
в режиме с пропуском воспламенения определять командный порядок работы цилиндров двигателя, в котором запланировано срабатывание по меньшей мере первого цилиндра из указанного множества цилиндров и пропуск по меньшей мере второго цилиндра из указанного множества цилиндров; и
во время срабатывания первого цилиндра задействовать систему распределенного впрыска топлива для подачи путем распределенного впрыска в первый цилиндр первого количества топлива в течение первого, более раннего периода рабочего цикла двигателя, задействовать систему прямого впрыска для подачи путем прямого впрыска в первый цилиндр второго количества топлива в течение второго, более позднего периода рабочего цикла двигателя, и задействовать систему искрового зажигания для инициирования горения в первом цилиндре, причем указанное первое количество топлива является недостаточным для первого, требуемого значения воздушно-топливного отношения для указанного первого цилиндра, определяемого на основании оцененного объема воздушного заряда для первого цилиндра, причем второе количество топлива доводит общее воздушно-топливное отношение для первого цилиндра до второго, требуемого значения воздушно-топливного отношения для первого цилиндра, определяемого на основании обновленного объема воздушного заряда для первого цилиндра.
19. Система по п. 18, в которой указанный контроллер дополнительно содержит инструкции для того, чтобы:
определять, произошло ли горение в первом цилиндре, посредством сигнала обратной связи от одного или нескольких ионизационных датчиков; если горение не произошло в первом цилиндре, то регулировать командный порядок работы цилиндров для срабатывания второго цилиндра; и
если горение в первом цилиндре произошло, сохранять командный порядок работы цилиндров для пропуска второго цилиндра.
20. Система по п. 19, в которой командный порядок работы цилиндров двигателя зависит от исходного порядка работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска воспламенения, от количества цилиндров, подлежащих пропуску в режиме с пропуском воспламенения, и от того, какие цилиндры из множества цилиндров сработали на предшествующем рабочем цикле двигателя, причем количество подлежащих пропуску цилиндров зависит от нагрузки двигателя.
| JP 2007040206 A, 15.02.2007 | |||
| US 20050155578 A1, 21.07.2005 | |||
| US 20080120008 A1, 22.05.2008 | |||
| СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ ДВС | 2010 |
|
RU2473818C2 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ) | 2011 |
|
RU2501966C2 |
