СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ПОДАЧИ СЖИЖЕННОГО УГЛЕРОДНОГО ГАЗА В ДВИГАТЕЛЬ С ПРЯМЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА Российский патент 2019 года по МПК F01P9/02 F02D19/02 F02D1/00 F02M31/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и системе для подачи сжиженного углеводородного газа в двигатель с прямым впрыском топлива.

Уровень техники/Раскрытие изобретения

Сжиженный углеводородной газ (СУГ) можно напрямую впрыскивать в цилиндры двигателя. Сжиженный углеводородной газ может быть подан в топливную форсунку прямого впрыска (ПВ) в жидком состоянии, и после впрыска в цилиндр жидкость может испариться внутри цилиндра для охлаждения содержимого цилиндра и поддержания горения внутри цилиндра. Путем охлаждения содержимого цилиндра двигатель может быть меньше подвержен детонации, так что двигатель может работать с большей степенью сжатия с целью улучшения к.п.д. двигателя. Таким образом, работа двигателя может выиграть от эксплуатации двигателя с использованием СУГ; однако, СУГ может изменить агрегатное состояние до газа в топливной системе, если его давление слишком низкое или становится сверхкритическим. В сверхкритическом состоянии может быть гораздо труднее определить количество топлива, впрыскиваемого в двигатель. Кроме того, может поглощаться больше энергии для впрыска топлива в двигатель, потому что в сверхкритическом состоянии топливные насосы могут менее эффективно перекачивать топливо. Поэтому выгоды от подачи СУГ в двигатель могут пропасть или снизиться.

В настоящее заявке раскрывается подход, который по меньшей мере частично решает вышеуказанные проблемы и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении того, что жидкое топливо будет подано в топливный насос прямого впрыска. В частности, указанный подход предусматривает способ, содержащий: увеличение охлаждения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения.

Путем увеличения охлаждения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в соответствии с объемным к.п.д. топливного насоса прямого впрыска, возможно поддержание потока жидкого топлива в топливный насос прямого впрыска так, что снижается вероятность ошибок подачи топлива в двигатель. В частности, топливо, подаваемое в топливный насос прямого впрыска, может быть охлаждено так, чтобы топливо не достигло сверхкритического состояния, в котором может быть трудно определить его массу. Кроме того, согласно некоторым примерам, давление топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, может быть увеличено так, чтобы топливо не достигло сверхкритического состояния.

Раскрываемые системы и способ могут обеспечить некоторые преимущества. Например, подход может обеспечить улучшение управления воздушно-топливным отношением в двигателе. Кроме того, подход может обеспечить подачу топлива в двигатель при использовании меньшей энергии. Кроме того, подход может снизить деградацию компонентов топливной системы.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен схематический чертеж примера топливной системы, соединенной с двигателем.

На фиг. 2 представлен график температуры и давления, при которых топливо становится сверхкритическим.

На фиг. 3 представлен пример прогностических последовательностей для подачи топлива СУГ в топливный насос прямого впрыска.

На фиг. 4 представлена структурная схема контроллера, выполненного с возможностью подачи топлива СУГ в топливный насос прямого впрыска.

На фиг. 5 представлен пример способа подачи топлива, такого как СУГ, в топливный насос прямого впрыска.

Осуществление изобретения

Настоящее раскрытие относится к подаче сжиженного углеводородного газа (СУГ) или аналогичных видов топлива в двигатель внутреннего сгорания. Двигатель может быть двигателем с прямым впрыском топлива, при котором топливо впрыскивается напрямую в цилиндры двигателя, как показано на фиг. 1. Впрыскиваемое топливо может обладать некоторыми свойствами, которые показаны на фиг. 2. СУГ или топлива альтернативных видов могут быть поданы в двигатель путем регулирования давления или температуры, при которых топливо доставляют в топливный насос прямого впрыска, как показано на фиг. 3. Температура и давление топлива могут быть отрегулированы посредством контроллера, как показано на фиг. 4. Наконец, на фиг. 5 показан способ, посредством которого СУГ может быть подан в топливный насос прямого впрыска и цилиндры двигателя.

На фиг. 1 показана топливная система 100 прямого впрыска, соединенная с двигателем 110 внутреннего сгорания, который может быть сконфигурирован в качестве движительной установки автомобиля. Двигатель 110 внутреннего сгорания может содержать некоторое количество камер сгорания или цилиндров 112. Топливо СУГ может быть доставлено напрямую в цилиндры 112 через внутрицилиндровые форсунки 120 прямого впрыска. Как схематически показано на фиг. 1, двигатель 110 может принимать впускной воздух и может выпускать продукты сгоревшего топлива и воздуха.

Топливо может быть доставлено в двигатель 110 через форсунки 120 посредством топливной системы, в целом показанной позицией 150. В данном конкретном примере топливная система 150 содержит топливный бак 152 для хранения топлива на борту автомобиля, топливный насос 130 пониженного давления (например, топливоподкачивающий насос), топливный насос повышенного давления или топливный насос 140 прямого впрыска, топливную рампу 158 и различные топливные каналы 154, 155 и 156. Согласно примеру, показанному на фиг. 1, топливный канал 154 транспортирует топливо из насоса 130 пониженного давления в топливный фильтр 106. Топливный канал 155 транспортирует топливо из топливного фильтра 106 в камеру 137 охлаждения топлива до того, как топливо достигнет топливного насоса 140 прямого впрыска. Топливный канал 156 транспортирует топливо из топливного насоса 140 прямого впрыска в топливную рампу 158.

Камера 137 охлаждения топлива содержит топливную форсунку 123, которая подает топливо из топливного канала 155. Топливная форсунка может впрыскивать топливо в камеру 137 охлаждения топлива, где топливо под давлением расширяется до испарения, и охлажденное жидкое топливо течет в топливный насос 140 прямого впрыска. Расширенное топливо может быть впрыснуто в двигатель 110 через топливную форсунку 121 впрыска во впускные каналы, которая впрыскивает испаренное топливо во впускной коллектор двигателя или впускные тракты цилиндров. Альтернативно, расширенное топливо может выйти из камеры 137 охлаждения топлива и возвратиться в топливный бак 152 через канал 133. Топливная форсунка 123 открывается и закрывается в соответствии с длительностью импульса моделированного напряжения, подаваемого контроллером 170. Это газообразное топливо может быть также направлено в систему продувки паров топлива, которой комплектуют бензиновую топливную систему, если автомобиль оснащен вспомогательной бензиновой системой.

Топливная рампа 158 может распределять топливо в каждую из множества топливных форсунок 120. Каждая из множества топливных форсунок 120 может быть расположена в соответствующем цилиндре 112 двигателя 110 так, что во время работы топливных форсунок 120 топливо впрыскивается напрямую в каждый соответствующий цилиндр 112. Альтернативно (или дополнительно) двигатель 110 может содержать топливные форсунки, расположенные во впускном окне каждого цилиндра так, что во время работы топливных форсунок топливо впрыскивается во впускное окно каждого цилиндра. В проиллюстрированном примере двигатель 110 содержит четыре цилиндра. Однако следует понимать, что двигатель может содержать различное количество цилиндров.

Топливный насос 130 пониженного давления может работать под управлением контроллера 170 для доставки топлива в топливный насос 140 прямого впрыска через топливный канал 154. Топливный насос 130 пониженного давления может быть сконфигурирован как так называемый топливоподкачивающий насос. Согласно одному примеру, топливный насос 130 пониженного давления может содержать электромотор насоса, посредством которого повышают давление при прохождении через насос, и/или объемным расходом через насос можно управлять путем изменения электрической мощности, подаваемой на мотор насоса, тем самым повышают или понижают частоту вращения мотора. Например, если контроллер 170 уменьшает электрическую мощность, подаваемую на насос 130, объемный расход и/или увеличение давления через насос 130 могут уменьшиться. Объемный расход и/или увеличение давления через насос 130 могут быть увеличены путем увеличения электрической мощности, подаваемой на насос 130. В качестве одного примера, электрическая мощность, подаваемая на мотор насоса пониженного давления, может быть получена от генератора переменного тока или другого устройства накопления энергии на борту автомобиля (не показано), посредством чего система управления может управлять электрической нагрузкой, используемой для электропитания насоса 130 пониженного давления. Таким образом, путем изменения напряжения и/или тока, подаваемого на топливный насос 130 пониженного давления через проводник 182, расход и давление топлива, доставляемого в топливный насос 140 прямого впрыска и, в конечном счете, в топливную рампу, могут регулироваться контроллером 170.

Топливный насос 130 пониженного давления может сообщаться по текучей среде с обратным клапаном 104 для содействия в доставке топлива, предотвращении обратного потока топлива и поддержания давления топлива в магистрали. В частности, обратный клапан 104 содержит шар и пружинный механизм, который обеспечивает посадку и уплотнение при заданном перепаде давления для поставки топлива ниже по потоку от обратного клапана 104. Согласно некоторым примерам, топливная система 150 может содержать ряд обратных клапанов, сообщающихся по текучей среде с топливным насосом 130 пониженного давления, для дополнительного предотвращения обратной утечке топлива выше по потоку от клапанов. Обратный клапан 104 сообщается по текучей среде с топливным фильтром 106. Топливный фильтр 106 может извлекать мелкие примеси, которые могут содержаться в топливе и которые потенциально могут ограничить поток топлива. Топливо может быть доставлено из топливного фильтра 106 в топливную форсунку 123 и топливный насос 140 повышенного давления (например, топливный насос прямого впрыска). Топливный насос 140 прямого впрыска может увеличивать давление топлива, получаемого из топливного фильтра от первого уровня давления, генерируемого топливным насосом 130 пониженного давления, до второго уровня давления, большего первого уровня. Топливный насос 140 прямого впрыска может доставлять топливо высокого давления в топливную рампу 158 через топливную магистраль 156. Работу топливного насоса 140 прямого впрыска могут регулировать исходя из рабочих условий автомобиля с целью уменьшения шума/вибрации/резкости (ШВР), которые может воспринимать водитель автомобиля.

Топливным насосом 140 прямого впрыска может управлять контроллер 170 с целью доставки топлива в топливную рампу 158 через топливный канал 156. В качестве неограничивающего примера, топливный насос 140 прямого впрыска может использовать расходный клапан, «сливной клапан» (СК) с приводом от соленоида или регулятор расхода топлива (РРТ), обозначенный позицией 142, для обеспечения возможности изменения, посредством системы управления, эффективной объемной производительности насоса для каждого рабочего хода поршня насоса. Топливный насос 140 прямого впрыска может механически приводится в действие двигателем 110, в отличие от приводимого в действие электромотором топливного насоса пониженного давления или топливоподкачивающего насоса 130. Поршень 144 насоса топливного насоса 140 прямого впрыска может принимать механическое входное воздействие от коленчатого вала двигателя или распределительного вала через кулачок 146. Таким образом, топливный насос 140 прямого впрыска может работать по принципу однопоршневого насоса с кулачковым приводом.

Как показано на фиг. 1, топливный датчик 148 расположен в канале 154 ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса 130. Топливный датчик 148 может измерять состав топлива и может работать на основе емкостного сопротивления топлива или числа молей диэлектрического флюида внутри измеряемого объема. Например, может быть определен объем этилового спирта (например, жидкого этилового спирта) в топливе (например, при использовании спиртосодержащей топливной смеси) на основе емкостного сопротивления топлива. Топливный датчик 148 может использоваться для определения уровня испарения топлива, т.к. топливные пары имеют меньшее число молей внутри измеряемого объема, по сравнению с жидким топливом. По существу, индикация испарения топлива может быть осуществлена при падении емкостного сопротивления топлива. Как подробнее описано со ссылкой на фиг. 4 и 5, топливный датчик 148 может использоваться для определения уровня испарения топлива так, что контроллер 170 может отрегулировать выходное давление топливоподкачивающего насоса с целью уменьшения испарения топлива внутри топливоподкачивающего насоса 130.

Кроме того, согласно некоторым примерам, топливный насос 140 прямого впрыска могут эксплуатировать как топливный датчик 148 для определения уровня испарения топлива. Например, узел поршень-цилиндр топливного насоса 140 прямого впрыска формирует заполненный топливом конденсатор. По существу, узел поршень-цилиндр позволяет топливному насосу 140 прямого впрыска быть емкостным элементом датчика состава топлива. Согласно некоторым примерам, узел поршень-цилиндр топливного насоса 140 прямого впрыска может быть самой горячей точкой системы, так что топливные пары образуются здесь в первую очередь. Согласно такому примеру, топливный насос 140 прямого впрыска может использоваться как датчик для обнаружения испарения топлива, т.к. испарение топлива может возникнуть в узле поршень-цилиндр до его возникновения в любом другом месте системы.

Как показано на фиг. 1, топливная рампа 158 содержит датчик 162 давления в топливной рампе для обеспечения показания давления в топливной рампе в контроллер 170. Датчик 164 частоты вращения двигателя может использоваться для обеспечения контроллеру 170 показания частоты вращения двигателя. Показание частоты вращения двигателя может использоваться для определения частоты вращения топливного насоса 140 прямого впрыска, т.к. насос 140 механически приводится в действие от двигателя 110, например, через коленчатый вал или распределительный вал. Датчик 166 отработавших газов может использоваться для обеспечения контроллеру 170 показания состава отработавших газов. Согласно одному примеру, датчик 166 отработавших газов может содержать универсальный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ). Датчик 166 отработавших газов может использоваться контроллером для обеспечения обратной связи с целью регулирования объема топлива, доставляемого в двигатель через форсунки 120. Таким образом, контроллер 170 может регулировать воздушно-топливное отношение топлива, подаваемого в двигатель, до требуемого воздушно-топливного отношения.

Кроме того, контроллер 170 может принимать другие сигналы параметров двигателя/отработавших газов от других датчиков двигателя, например, сигналы температуры хладагента двигателя, частоты вращения двигателя, положения дроссельной заслонки, абсолютного давления в коллекторе, температуры устройства снижения токсичности отработавших газов, и т.д. Дополнительно, контроллер 170 может обеспечивать управление с обратной связью на основе сигналов, получаемых, среди прочих, от топливного датчика 148, датчика 162 давления и датчика 164 частоты вращения двигателя. Например, контроллер 170 может посылать сигналы для регулирования уровня тока, скорости изменения, длительности импульса соленоидного Клапана (СК) 142 топливного насоса 140 прямого впрыска, и т.п. для регулирования работы топливного насоса 140 прямого впрыска, уставки давления топлива регулятора давления топлива и/или объем и/или момент впрыска топлива на основе сигналов от топливного датчика 148, датчика 162 давления, датчика 164 частоты вращения двигателя и т.п.

Контроллер 170 может по отдельности приводить в действие каждую из форсунок 120 и форсунку 123. Контроллер 170 и иные соответствующие контроллеры системы двигателя могут представлять собой систему управления. Контроллер 170 в данном конкретном примере содержит электронный блок управления, содержащий один или более устройств 172 ввода/вывода, центральный процессор 174 (ЦП), постоянное запоминающее устройство 176 (ПЗУ) или долговременную память, оперативное запоминающее устройство 177 (ОЗУ) и энергонезависимую память 178 (ЭНП). ПЗУ 176 носителя данных может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими долговременные инструкции, исполняемые процессором 174 для выполнения способов, раскрываемых ниже, а также иных вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются.

Как показано, топливная система 100 прямого впрыска представляет собой безвозвратную топливную систему и может быть механической безвозвратной топливной системой (МБТС) или электронной безвозвратной топливной системой (ЭБТС). В случае МБТС давлением в топливной рампе могут управлять посредством регулятора давления (не показан), расположенного в топливном баке 152. В случае ЭБТС датчик 162 давления может быть установлен в топливной рампе 158 для измерения давления в топливной рампе относительно давления в коллекторе. Сигнал от датчика 162 давления может быть передан в качестве сигнала обратной связи контроллеру 170, который модулирует напряжение топливного насоса 140 прямого впрыска для подачи в форсунки топлива с требуемым давлением и расходом.

Хотя это не показано на фиг. 1, согласно другим примерам, топливная система 100 прямого впрыска может содержать обратную магистраль, через которую избыточное топливо из двигателя возвращается посредством регулятора давления топлива в топливный бак. Регулятор давления топлива может быть соединен последовательно с обратной магистралью для регулирования топлива, доставляемого в топливную рампу 158 при требуемом давлении. Для регулирования давления топлива до требуемого уровня регулятор давления топлива может возвращать избыточное топливо в топливный бак 152 через обратную линию. Следует понимать, что работа регулятора давления топлива может быть отрегулирована для изменения требуемого давления топлива с целью приспособления к рабочим условиям.

Таким образом, система по фиг. 1 обеспечивает систему автомобиля, содержащую: двигатель, топливный насос прямого впрыска, выполненный с возможностью подачи топлива в двигатель, при этом топливный насос прямого впрыска содержит камеру охлаждения топлива; охлаждающую форсунку, связанную по текучей среде с камерой охлаждения; топливоподкачивающий насос, выполненный с возможностью подачи топлива в топливный насос прямого впрыска; и контроллер, содержащий инструкции, сохраненные в долговременной памяти для увеличения потока топлива в камеру охлаждения топлива в соответствии с объемным к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. Система автомобиля также содержит инструкции для увеличения выходного давления топливоподкачивающего насоса в соответствии с объемным к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. В системе автомобиля предполагается, что объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска является основой для определения того, что жидкое топливо подается в топливный насос прямого впрыска. Система автомобиля также содержит топливную форсунку впрыска во впускные каналы, связанную по текучей среде с камерой охлаждения топлива. Система автомобиля также содержит топливный канал, обеспечивающий связь по текучей среде между камерой охлаждения топлива и топливным баком. В системе автомобиля предполагается, что контроллер содержит дополнительные инструкции для определения погрешности объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска.

На фиг. 2 показан пример графика температур и давлений, на котором два различных вида топлива становятся сверхкритическими. Топливо, такое как пропан или бутан, может стать сверхкритическим при выбранных температурах и давлениях. Топливо не обладает характерной газообразной или жидкой фазой, когда оно сверхкритическое. Кроме того, трудно установить плотность топлива, что делает трудным впрыск требуемой массы топлива для удовлетворения потребностей по мощности двигателя. Поэтому может быть трудным обеспечение впрыска требуемого количества топлива для снижения вероятности ошибок подачи топлива в двигатель.

На графике на фиг. 2 по оси Y отображено давление, и давление возрастает в направлении стрелки оси Y. На графике на фиг. 2 также отображена температура по оси X, и температура возрастает в направлении стрелки оси X.

Кривая 202 отображает фазовую линию, которая разделяет жидкое состояние пропана от газообразного. Пропан находится в жидком состоянии, когда он соответствует условиям выше кривой 202, и он находится в газообразном состоянии, когда он соответствует условиям ниже кривой 202. Пропан достигает сверхкритического состояния при температурах и давлениях выше точки 206. Горизонтальная линия 226 отображает температуру, при которой пропан становится сверхкритическим. Вертикальная линия 220 отображает температуру, при которой пропан становится сверхкритическим.

Кривая 204 отображает фазовую линию, которая разделяет жидкое состояние бутана от газообразного. Бутан находится в жидком состоянии, когда он соответствует условиям выше кривой 204, и он находится в газообразном состоянии, когда он соответствует условиям ниже кривой 204. Бутан достигает сверхкритического состояния при температурах и давлениях выше точки 208. Горизонтальная линия 224 отображает температуру, при которой бутан становится сверхкритическим. Вертикальная линия 222 отображает температуру, при которой бутан становится сверхкритическим. При давлениях выше линии 224 бутан является сверхкритическим.

Таким образом, может потребоваться удержать пропан до температур ниже лини 220 и давлений ниже линии 226, так чтобы можно было точно определить и отрегулировать массу пропана, подаваемого в двигатель. Аналогичным образом, может потребоваться удержать бутан до температур ниже лини 224 и давлений ниже линии 224, так чтобы можно было точно определить и отрегулировать массу бутана, подаваемого в двигатель.

Следует отметить, что управление объемным к.п.д. насоса прямого впрыска отличается от использования измерений температуры и давления с целью индикации требуемого давления насоса прямого впрыска или регулировок охлаждения. Системы, основанные на этих измерениях требуют принятия максимально летучего топлива. В настоящем изобретении для сохранения полного объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска используется почти минимальное повышение давления и охлаждение.

На фиг. 3 показан пример прогностической последовательности для подачи топлива СУГ в топливный насос прямого впрыска. Последовательность по фиг. 3 может обеспечиваться посредством системы по фиг. 1, в соответствии со способом по фиг. 5. Двойным символом S по оси X каждого графика отображен скачок или разрыв во временной линии. Вертикальными отметками Т0-Т5 отображены значимые моменты во время рабочей последовательности.

Первый график на фиг. 3 представляет собой график объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска от времени. Ось Y отображает объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска, и объемный к.п.д. увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X отображает время, и время увеличивается в направлении стрелки оси X. Горизонтальная линия 302 отображает пороговый объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. Когда объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска выше горизонтальной линии 302, топливо не подается в топливный насос прямого впрыска в сверхкритическом состоянии. Когда объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска ниже горизонтальной линии 302, по меньшей мере часть топлива может подаваться в топливный насос прямого впрыска в сверхкритическом состоянии.

Второй график на фиг. 3 представляет собой график состояния потока топлива через охлаждающую форсунку от времени. Ось Y отображает состояние потока топлива через охлаждающую форсунку (например, 123 по фиг. 1). Через охлаждающую форсунку протекает топливо, когда кривая на графике находится на повышенном уровне около стрелки оси Y. Через охлаждающую форсунку не протекает топливо, когда кривая на графике находится на пониженном уровне около стрелки оси X. Ось X отображает время, и время увеличивается в направлении стрелки оси X.

Третий график на фиг. 3 представляет собой график выходного давления топливоподкачивающего насоса или топливного насоса пониженного давления от времени. Ось Y отображает выходное давление топливного насоса пониженного давления, и давление увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X отображает время, и время увеличивается в направлении стрелки оси X.

Четвертый график на фиг. 3 представляет собой график состояния потока топлива через топливную форсунку впрыска во впускные каналы от времени. Ось Y отображает состояние потока топлива через топливную форсунку впрыска во впускные каналы (например, 121 по фиг. 1). Через топливную форсунку впрыска во впускные каналы протекает топливо, когда кривая на графике находится на повышенном уровне около стрелки оси Y. Через топливную форсунку впрыска во впускные каналы не протекает топливо, когда кривая на графике находится на пониженном уровне около стрелки оси X. Ось X отображает время, и время увеличивается в направлении стрелки оси X.

Пятый график на фиг. 3 представляет собой график состояния потока топлива через топливную форсунку прямого впрыска от времени. Ось Y отображает состояние потока топлива через топливную форсунку прямого впрыска (например, 120 по фиг. 1). Через топливную форсунку прямого впрыска протекает топливо, когда кривая на графике находится на повышенном уровне около стрелки оси Y. Через топливную форсунку прямого впрыска не протекает топливо, когда кривая на графике находится на пониженном уровне около стрелки оси X. Ось X отображает время, и время увеличивается в направлении стрелки оси X.

Шестой график на фиг. 3 представляет собой график температуры окружающей среды от времени. Ось Y отображает температуру окружающей среды, и температура окружающей среды увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X отображает время, и время увеличивается в направлении стрелки оси X.

Седьмой график на фиг. 3 представляет собой график нагрузки двигателя от времени. Ось Y отображает нагрузку двигателя, и нагрузка двигателя увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X отображает время, и время увеличивается в направлении стрелки оси X.

В момент Т0 температура окружающей среды низкая, и объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска выше порогового значения 302. Низкие температуры окружающей среды могут позволить доставить топливо (например, СУГ) в топливный насос прямого впрыска в жидком состоянии без необходимости его охлаждения посредством охлаждающей форсунки. Следовательно, поток через охлаждающую форсунку равен нулю, и впрыск топлива во впускные каналы (ВТВК) деактивирован. Топливоподкачивающий насос подает топливо в топливный насос прямого впрыска на пониженном среднем уровне. Топливные форсунки прямого впрыска активированы, и топливо напрямую впрыскивается в цилиндры двигателя.

В момент Т1 нагрузка двигателя возрастает в ответ на увеличение запрошенного водителем крутящего момента (не показан). Работа двигателя при повышенной нагрузке может привести к увеличению температуры, т.к. топливоподкачивающий насос может быть вынужден увеличить свою выходную мощность для подачи больших объемов топлива в двигатель при большей нагрузке, и потому что топливный насос прямого впрыска может находиться в непосредственной близости от двигателя, который увеличивает теплоотдачу при повышенных нагрузках. Объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска понижается, а давление топливоподкачивающего насоса повышается в ответ на снижение объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. Повышение давления на выходе топливоподкачивающего насоса обеспечивает то, что топливо поддерживается в жидком состоянии, как оно и поступает в топливный насос прямого впрыска. В частности, увеличение давления топлива позволяет топливу оставаться в жидком состоянии при повышенных температурах топлива. Охлаждающая форсунка и топливная форсунка впрыска во впускные каналы остаются деактивированными. Охлаждающая форсунка деактивирована, потому что функционирование охлаждающей форсунки при низких температурах окружающей среды может привести к образованию льда в камере охлаждения топлива.

В момент времени T2 нагрузка двигателя остается на повышенном уровне, но объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска выше порогового значения 302 из-за увеличения давления топливоподкачивающего насоса. Охлаждающая форсунка остается выключенной так же, как и топливная форсунка впрыска во впускные каналы. Температура окружающей среды остается низкой, и топливо продолжают напрямую впрыскивать в двигатель.

После момента времени Т2 и до момента времени Т3 нагрузка двигателя снижается, и давление топливоподкачивающего насоса снижается, т.к. топливоподкачивающий насос не закачивает больше топлива при такой повышенной нагрузке двигателя. Поэтому нагрев топлива снижается.

После этой ограничивающей временной линии и до момента Т3 температура окружающей среды повышается до большего уровня, а нагрузка двигателя находится на низком уровне. Топливную форсунку впрыска во впускные каналы активируют, а охлаждающая форсунка выключена; однако, согласно некоторым примерам, охлаждающая форсунка может быть активирована, если топливная форсунка впрыска во впускные каналы подает топливо через охлаждающую форсунку. Топливный насос прямого впрыска не подает топливо в топливные форсунки прямого впрыска, т.к. топливные форсунки прямого впрыска отключены, но объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска находятся на повышенном значении, т.к. топливо подают в топливный насос прямого впрыска в жидком состоянии. Топливоподкачивающий насос подает топливо при пониженном среднем давлении.

В момент времени Т3 нагрузка двигателя возрастает, а объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска снижен до значения ниже порогового значения 302. Кроме того, топливные форсунки прямого впрыска и топливный насос прямого впрыска (не показан) активированы. Также, температура окружающей среды остается на повышенном уровне. Поэтому охлаждающую форсунку активируют для подачи топлива в камеру охлаждения, которая позволяет топливу расшириться и охлаждает топливо, поступающее в топливный насос прямого впрыска. Давление топливоподкачивающего насоса остается на постоянном значении, т.к. может быть более эффективным обеспечивать охлаждение при повышенных температурах окружающей среды, при которых топливоподкачивающий насос должен достигать повышенных давлений для предотвращения сверхкритического состояния топлива. С другой стороны, жидкое топливо испаряется и охлаждается при поступлении в топливный насос прямого впрыска без необходимости увеличения давления топлива. Топливная форсунка впрыска во впускные каналы остается активной, и топливо, охлаждаемое при поступлении в топливный насос прямого впрыска, подается в двигатель через топливную форсунку впрыска во впускные каналы.

Между моментом времени Т3 и моментом времени Т4 объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска увеличивается выше уровня 302 в ответ на охлаждение топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска. Нагрузка двигателя также продолжает увеличиваться.

В момент времени Т4 нагрузка двигателя достигает большего уровня, при котором топливные форсунки впрыска во впускные каналы деактивируются для обеспечения возможности максимальной выходной мощности двигателя в ответ на увеличенный запрос водителя (не показан). Если топливные форсунки впрыска во впускные каналы должны оставаться активными, то испарение топлива ограничит впуск воздуха в цилиндры двигателя. Охлаждающая форсунка показана как деактивированная; однако, если топливо, впрыснутое в камеру охлаждения может быть возвращено в топливный бак, то охлаждающая форсунка может оставаться активной. Топливные форсунки прямого впрыска остаются активными, и давление топливоподкачивающего насоса повышается в ответ на снижение объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска меньше уровня 302. Температура окружающей среды остается на повышенном уровне.

В момент времени Т5 нагрузка двигателя снижается в ответ на пониженный запрос водителя (не показан). Давление топливоподкачивающего насоса уменьшается для снижения энергопотребления, а охлаждающая форсунка и топливные форсунки впрыска во впускные каналы реактивируются в ответ на пониженную нагрузку двигателя и повышенную температуру окружающей среды. Топливная форсунка прямого впрыска остается активной, т.к. нагрузка двигателя находится на среднем уровне. Работа охлаждающей форсунки позволяет топливоподкачивающему насосу подавать жидкое топливо в топливный насос прямого впрыска. Поэтому топливный насос прямого впрыска работает с высоким объемным к.п.д.

Таким образом, топливо, подаваемое в топливный насос прямого впрыска, может охлаждаться и/или сжиматься для обеспечения возможности топливному насосу прямого впрыска работать с высоким объемным к.п.д. Охлаждение топлива может позволить топливоподкачивающему насосу работать при небольшой электроэнергии. Кроме того, давление топливоподкачивающего насоса может быть увеличено, когда охлаждение топлива может приводить к накоплению льда, или когда топливо может не впрыскиваться во впускные каналы, так что мощность двигателя может достигнуть максимального уровня.

На фиг. 4 показана структурная схема контроллера, выполненного с возможностью подачи топлива СУГ или аналогичных видов топлива в топливный насос прямого впрыска и двигатель. Контроллер на фиг. 4 может быть включен в состав системы на фиг. 1, в качестве исполняемых инструкций.

Частота вращения двигателя поступает в контроллер 400 на входе 402. Частота вращения двигателя может быть определена посредством датчика положения двигателя. Частота вращения двигателя может быть преобразована в количество рабочих ходов насоса путем умножения количества рабочих ходов насоса за оборот двигателя на частоту вращения двигателя. Команда топливного насоса прямого впрыска поступает в контроллер 400 на входе 404. Топливный насос прямого впрыска управляет положением клапана на входе топливного насоса прямого впрыска, который регулирует объем топлива, закачиваемый топливным насосом прямого впрыска. Объем впрыска топлива (например, полный объем за рабочий ход) поступает в контроллер 400 на входе 406. Объем топливного насоса прямого впрыска может быть предварительно задан и сохранен в память контроллера. Давление в топливной рампе поступает в контроллер 400 на входе 408. Давление в топливной рампе может быть определено посредством датчика давления топлива, такого как 162 на фиг. 1.

Контроллер 400 определяет объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска в блоке 412 на основе входных данных - частоты вращения двигателя, команды топливного насоса прямого впрыска, объема впрыска топлива и давления в топливной рампе.

Блок 412 включает в себя сохранение расчета массы (не сохранение объема). Однако выходом является объемный к.п.д. Определяются масса впрыска, сохраненная масса и закаченная масса. Если топливная рампа сверхкритическая, то плотность в какой-то степени неопределенная, но в случае постоянного давления в топливной рампе этот фактор существенно теряет значимость. Массовый расход через форсунку может быть условно рассчитан: квадратный корень (давление_впрыска) * плотность * константа, или он может быть рассчитан альтернативным образом: расход воздуха / УДКОГ_ВТО. Путем поддержания потока на входе топливного насоса прямого впрыска в докритическом состоянии, может быть рассчитана его массопередача. Если массопередача топливного насоса прямого впрыска снижается значительно, то можно заключить, что произошло падение плотности на входе топливного насоса прямого впрыска, и давление или охлаждение топлива может быть увеличено. Желательно поддерживать вход насоса в докритическом состоянии и в то же время обеспечивая возможность сверхкритического состояния на выходе насоса (топливная рампа).

Теоретический объем топлива, доставляемого в топливную рампу 158, может составлять объем топлива, доставляемый в топливную рампу 158 при 100% к.п.д. топливного насоса прямого впрыска, и может быть определен по уравнению (1):

Используя уравнение (1), может быть рассчитан объем топлива, доставляемого в рампу при 100% к.п.д. за заданный период времени, например, заданное число рабочих ходов. Например, поскольку топливный насос прямого впрыска циклически вращается с высокой частотой, заданное число рабочих ходов насоса может составлять множество рабочих ходов насоса, так что объем топлива может быть точно рассчитан. Полный объем за рабочий ход может быть предварительно задан в соответствии с конструкцией насоса, типом насоса и/или режимом работы насоса.

Затем определяют фактический объем топлива, впрыскиваемый в двигатель в соответствии с уравнением (2):

В уравнении (2) требуемую впрыскиваемую массу топлива умножают на плотность топлива, что дает требуемый объем впрыскиваемого топлива, который суммируют по всем форсункам/цилиндрам для определения общего объема топлива, впрыскиваемого в двигатель. Для соответствия, уравнение (2) рассчитывают за тот же период времени или число рабочих ходов насоса, что и уравнение (1).

Следует отметить, что, если топливо в топливной рампе становится сверхкритическим, то может быть недоступно точное показание его плотности. В этом случае давление в топливной рампе может быть отрегулировано до повышенного постоянного давления - до значения около сверхкритического давления. Если давление в топливной рампе постоянно, изменение в хранении массы в топливной рампе может быть проигнорировано. Затем увеличение давления в топливной рампе в результате топлива, закачанного в топливную рампу 158, определяют в соответствии с уравнением (3):

Альтернативно увеличение давления в топливной рампе может быть выражено через отношение, показанное уравнением (3а):

Таким образом, полезный объем топлива в топливную рампу может быть определен из разности между теоретическим объемом топлива, доставляемого в топливную рампу в соответствии с уравнением (1), умноженным на объемный к.п.д. насоса, и объемом топлива, впрыскиваемым в двигатель в соответствии с уравнением (2). Эффективный модуль характеризует увеличение давления в топливной рампе для данного объема полезного объема топлива, доставляемого в топливную рампу. Эффективный модуль может зависеть от конструкции топливной рампы (например, объема, материала конструкции и т.п.), состава топлива, условий топливной системы (температуры, давления и т.п.) и т.п.например, типичный эффективный модуль может составлять 1,5 МПа / 0,25 см³ топлива, а типичный модуль упругой деформации может составлять 1,5 МПа. Полезный объем топлива в топливную рампу может быть рассчитан в соответствии с уравнением (4):

Соответственно, подставляя уравнения (1) и (2) в (3), получаем уравнение (5):

Затем объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска определяют путем решения уравнения (5) в соответствии с уравнениями (6) и (7):

Таким образом, в соответствии с уравнением (7), объемный к.п.д. насоса может быть рассчитан из измеренных величин в блоке 412. Объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска представляет собой входные данные в суммирующее соединение 414.

Требуемый объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска является входными данными для контроллера 400 в блоке 410. Требуемый объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска может быть определен эмпирически и сохранен в памяти. Согласно одному примеру, требуемый объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска представляет собой величину, показывающую закачанное количество жидкого топлива (например, величина больше 90%). Топливный насос прямого впрыска является очень эффективным насосом, если он не перекачивает сжимаемый газ. Следовательно, объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска может служить основой для определения того, подает ли топливный насос прямого впрыска топливо в сверхкритическом состоянии или жидкое топливо. Согласно одному примеру, топливный насос прямого впрыска может работать при к.п.д. 92%, если перекачивает жидкость. Таким образом, если фактический объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска менее 90%, может быть определено, что топливный насос прямого впрыска подает топливо в сверхкритическом состоянии. Разность между фактическим объемным к.п.д. топливного насоса прямого впрыска и требуемым объемным к.п.д. топливного насоса прямого впрыска определяют путем вычитания фактического объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска из требуемого объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. Выходные данные суммирующего соединения 414 являются входными данными для логического переключательного блока 415 канала управления. Однако, согласно некоторым примерам, блок 415 может быть исключен, так что давление топливоподкачивающего насоса и выходные характеристики охлаждающей форсунки регулируются совместно.

В блоке 415 способа 400 оценивают то, регулировать ли выходное давление топливоподкачивающего насоса или поток охлаждающей форсунки для приведения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, в жидкое состояние. Если выход суммирующего соединения равен нулю плюс/минус заданная величина, не регулируют ни давление топливоподкачивающего насоса, ни охлаждающую форсунку. Однако если значение положительное или превышает заданную величину, то регулируют давление топливоподкачивающего насоса или охлаждающую форсунку. Согласно одному примеру, логическая схема блока 415 выбирает регулирование давление топливоподкачивающего насоса или потока охлаждающей форсунки на основе условий, содержащих температуру окружающей среды, нагрузку двигателя и расход потока топлива. Если температура окружающей среды низкая, давление топлива увеличивают на топливном насосе прямого впрыска, потому что функционирование охлаждающей форсунки может создать условия обледенения в камере охлаждения топлива. Путем увеличения давления топлива топливо может перейти из сверхкритического состояния обратно в жидкое состояние.

С другой стороны, если температура окружающей среды высокая, то охлаждающая форсунка может работать, за исключением случая условий высокой нагрузки двигателя. Однако, если топливо, проходящее через охлаждающую форсунку, может быть возвращено в топливный бак, когда двигатель работает при высоких нагрузках, охлаждающая форсунка может работать в то время, пока повышают давление топливоподкачивающего насоса. Если двигатель работает при низких нагрузках, когда температура окружающей среды высокая, то охлаждающая форсунка может быть активирована, и топливо могут подавать в двигатель частично или исключительно через одну или более топливных форсунок впрыска во впускные каналы. Если двигатель работает при средних нагрузках, когда температура окружающей среды высокая, топливная форсунка прямого впрыска может быть активирована, в то время как охлаждающая форсунка активна, и пока топливо также подают в двигатель через топливную форсунку впрыска во впускные каналы. Если давление топливоподкачивающего насоса должно быть отрегулировано, то погрешность объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска передают из суммирующего соединения 414 в блок 416 пропорционального усиления и блок 418 интегрального усиления. В противном случае, если поток через охлаждающую форсунку должен быть отрегулирован, то погрешность объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска передают из суммирующего соединения 414 в блок 440 пропорционального усиления.

В блоке 416 пропорционального усиления пропорциональный коэффициент усиления умножает объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска для обеспечения доли напряжения топливоподкачивающего насоса или регулирования мощности. Аналогичным образом, в блоке 418 интегрального усиления интегральный коэффициент усиления умножает объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска для обеспечения доли напряжения топливоподкачивающего насоса или регулирования мощности. Результаты пропорционального и интегрального перемножений складывают и передают на суммирующее соединение 420.

В суммирующем соединении 420 сумма пропорциональной и интегральной поправок погрешности складывается с командой по открытому контуру топливного насоса прямого впрыска из блока 422. Команда по открытому контуру топливного насоса прямого впрыска может быть определена эмпирически и сохранена в память контроллера как входные данные в таблицу, индексируемую посредством частоты вращения и нагрузки двигателя. Выходными данными таблицы является мощность или напряжение команды топливоподкачивающего насоса, которые подают на топливоподкачивающий насос 130 наряду с пропорциональной и интегральной поправками погрешности. Таким образом, давление топливоподкачивающего насоса может быть увеличено, если топливный насос прямого впрыска не подает жидкое топливо.

В блоке 440 пропорционального усиления пропорциональный коэффициент усиления умножает объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска для обеспечения расхода охлаждающего топлива на оборот двигателя, обеспечиваемый форсункой 121 по фиг. 21. Пропорциональный коэффициент усиления в блоке 440 может значительно отличаться от пропорционального коэффициента усиления в блоке 418. Результат пропорционального умножения обеспечивают для расхода впрыска топлива в передаточной функции коэффициента заполнения. Передаточная функция преобразовывает расход охлаждающего топлива в коэффициент заполнения, который подают на охлаждающую форсунку. Согласно одному примеру, охлаждающая форсунка подает напряжение с фиксированной частотой, и коэффициент заполнения частоты регулируют с целью регулирования расхода охлаждающего топлива. На охлаждающую топливную форсунку 123 подают коэффициент заполнения, и топливо, поступающее в топливный насос прямого впрыска охлаждается порцией топлива, отводимой из топливного насоса прямого впрыска в охлаждающую камеру. Форсунка, которая дозирует жидкое топливо 121 в охлаждающую рубашку 137, может быть ограничена до того, как давление в охлаждающей рубашке не сможет быть уменьшено до некоторого уровня посредством газовой форсунки 121. Или иным образом, необходимо увеличить расход через газовую топливную форсунку 121 по мере увеличения расхода через жидкостную форсунку 121.

На фиг. 5 показан способ подачи топлива, такого как СУГ, в топливный насос прямого впрыска. Способ по фиг. 5 может входить в состав системы, такой как на фиг. 1, в качестве исполняемых инструкций, сохраненных в долговременную память. Кроме того, способ по фиг. 5 может обеспечивать рабочую последовательность, показанную на фиг. 4.

На этапе 502 способа 500 качают топливо из топливного бака посредством насоса пониженного давления или топливоподкачивающего насоса в топливный насос прямого впрыска. Насос пониженного давления может быть приведен в действие электрически, и частота вращения насоса может регулироваться посредством регулирования напряжения, тока или мощности, подаваемой на насос посредством контроллера, как показано на фиг. 1. Напряжение насоса пониженного давления может быть отрегулировано до уровня, который повышает давление топлива до уровня, достаточного для подачи жидкого топлива в топливный насос прямого впрыска для работы двигателя на стехиометрических условиях при требуемой частоте вращения и нагрузке двигателя без увеличения давления топлива за пределы давления, при котором жидкое топливо подается в топливный насос прямого впрыска и при котором выполняются требования подачи топлива в двигатель. Согласно одному примеру, напряжение топливоподкачивающего насоса задают командой по открытому контуру на основе частоты вращения и нагрузки двигателя. В частности, таблица, выдающая на выходе эмпирически определенное значение напряжения топливоподкачивающего насоса на основе частоты вращения и нагрузки двигателя, индексируется, а выходные данные таблицы являются требуемым напряжением топливоподкачивающего насоса, которое применяется контроллером. Способ 500 переходит на этап 504 после вывода напряжения топливоподкачивающего насоса.

На этапе 504 способа 500 определяют объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска, как раскрыто со ссылкой на блок 412 по фиг. 4. Объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска может являться оценкой того, подают ли в топливный насос прямого впрыска жидкое топливо (например, что желательно) или топливо в газообразном или сверхкритическом состоянии (например, что менее желательно). Зная состояние топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, можно принять смягчающие действия с целью создания давления и/или охлаждения топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска, если топливо, подаваемое в топливный насос прямого впрыска, находится в сверхкритическом состоянии. Способ 500 переходит на этап 506 после определения объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска.

На этапе 506 способа 500 определяют погрешность объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. Согласно одному примеру способа 500, вычитают фактический или расчетный объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска из требуемого объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска с целью определения погрешности объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. Способ 500 переходит на этап 508 после определения объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска.

На этапе 508 способа 500 делают вывод о том, превышает ли погрешность объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска первое пороговое значение. Согласно одному примеру, первое пороговое значение может представлять собой погрешность объемного к.п.д. на основе объемного к.п.д., при котором топливный насос прямого впрыска перекачивает небольшие объемы топлива в газообразном состоянии или в неизвестном состоянии (например, погрешность объемного к.п.д. 8%). Если это так, то ответ да, и способ 500 переходит на этап 520. В противном случае ответ нет, и способ 500 переходит на этап 510.

На этапе 510 способа 500 делают вывод о том, превышает ли погрешность объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска второе пороговое значение. Согласно одному примеру, второе пороговое значение может представлять собой погрешность объемного к.п.д. на основе объемного к.п.д., при котором топливный насос прямого впрыска перекачивает в основном жидкое топливо (например, погрешность объемного к.п.д. 2%). Если это так, то ответ да, и способ 500 переходит на этап 514. В противном случае ответ нет, и способ 500 переходит на этап 512.

На этапе 514 способа не делают никаких изменений давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска через топливоподкачивающий насос, т.к. дополнительное давление может повысить потребление электроэнергии без обеспечения дополнительных выгод в плане подачи жидкого топлива в топливный насос прямого впрыска. Аналогичным образом, в способе 500 не увеличивают охлаждение топлива путем увеличения объема топлива, испаряемого с целью охлаждения топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска. Способ 500 переходит на выход после удержания давления топливоподкачивающего насоса и потока охлаждающего топлива на их текущих значениях. Если двигатель эксплуатируется в режиме высокой мощности, то предпочтительно максимизировать долю топлива, впрыскиваемого через топливные форсунки прямого впрыска. Следовательно, давление топлива может быть увеличении для того, что бы топливо оставалось сверхкритическим. Однако, в условиях высокой температуры окружающей среды, может быть необходимо охлаждение топлива. Охлаждение топлива повышает долю топлива, поступающего в двигатель через газовые топливные форсунки впрыска во впускные каналы. А в условиях низкой нагрузки охлаждение может привести к более низкому потреблению электрической мощности, чем при повышении входного давления топливного насоса прямого впрыска посредством высокой электрической мощности топливоподкачивающего насоса.

На этапе 512 способа 500 уменьшают один или оба следующих параметров: давление топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, и охлаждение топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска. Давление топлива и/или охлаждение топлива может быть понижено с целью уменьшения количества энергии, используемой для подачи жидкого топлива в топливный насос прямого впрыска, когда предполагают, что топливный насос прямого впрыска принимает жидкое топливо. Согласно одному примеру, напряжение, подаваемое на топливный насос прямого впрыска, может быть уменьшено на заданную величину, когда погрешность объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска меньше пороговой величины. Аналогичным образом, объем топлива, впрыскиваемого охлаждающей форсункой в камеру охлаждения, может быть уменьшен на заданную величину в ответ на то, что погрешность объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска меньше пороговой величины. Таким образом, давление и температура топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, могут быть понижены с целью уменьшения количества энергии, потребляемой для подачи в топливный насос прямого впрыска жидкого топлива. Степень охлаждения уменьшают посредством уменьшения командной ширины импульса впрыска топлива, подаваемой на охлаждающую форсунку. Давление топливоподкачивающего насоса уменьшают за счет уменьшения напряжения, подаваемого на насос пониженного давления или топливоподкачивающий насос. Способ 500 переходит на выход после уменьшения давления топлива и/или охлаждения топлива.

На этапе 520 способа 500 выбирают, или охлаждать топливо, поступающее в топливный насос прямого впрыска, или уменьшить давление топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска. Альтернативно, топливо, поступающее в топливный насос прямого впрыска, может иметь повышенное давление и пониженную температуру. Согласно одному примеру способа 500, выбирают, или охлаждать, или повышать давление топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска, как раскрыто со ссылкой на блок 412 по фиг. 4. Дополнительно, если топливоподкачивающий насос обладает большей пропускной способностью и может подавать больше топлива, чем двигатель способен потребить, расход охлаждающего топлива может быть увеличен до уровня, при котором жидкое топливо подают в топливный насос прямого впрыска в то время как топливные форсунки прямого впрыска снабжают двигатель согласно потребности в топливе. Способ 500 переходит на этап 522 после выбора того, охлаждать или увеличивать давление топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска, для обеспечения того, чтобы топливо, подаваемое в топливный насос прямого впрыска, было в жидком состоянии.

На этапе 522 способа 500 делают вывод о том, нуждается топливо в охлаждении или в повышении давления на основе выбора на этапе 520. Если определено, что топливо нужно охлаждать и повышать его давление, способ 500 переходит на этап 524 и 526. Если согласно способу 500 делают вывод о том, что требуется только охлаждение топлива, способ 500 переходит на этап 526. если согласно способу 500 делают вывод о том, что требуется только повышение давления топлива, способ 500 переходит на этап 524.

На этапе 524 способа 500 увеличивают давление топлива пропорционально на основе погрешности объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. В частности, напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос увеличивают с целью повышения давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, пропорционально погрешности объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. Согласно одному примеру, пропорциональный коэффициент увеличения может быть сохранен в памяти. Способ 500 переходит на выход после увеличения давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска.

На этапе 526 способа 500 увеличивают охлаждение топлива путем увеличения потока топлива через охлаждающую форсунку. Охлаждающая форсунка впрыскивает топлива в камеру охлаждения топлива, из которой оно может быть возвращено обратно в топливный бак после того как оно охладит топлива, поступающее в топливный насос прямого впрыска, или топливо для охлаждения может быть впрыснуто в двигатель через одну или более топливных форсунок впрыска во впускные каналы. Конкретно, поток топлива через охлаждающую форсунку может быть увеличен посредством увеличения коэффициента заполнения напряжения, подаваемого на охлаждающую форсунку. Путем увеличения коэффициента заполнения охлаждающая форсунка может быть открыта на большее время за каждый цикл двигателя, так что охлаждение топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска, может быть увеличено. Согласно одному примеру, количество топлива, текущего через охлаждающую форсунку во время цикла двигателя (например, два оборота двигателя), может быть увеличено пропорционально погрешности объемного к.п.д. топливного насоса прямого впрыска. Способ 500 переходит на выход после увеличения количества топлива, текущего через охлаждающую форсунку.

Таким образом, температура топлива, доставляемого в топливный насос прямого впрыска, может быть уменьшена, и давление топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, может быть увеличено для обеспечения того, чтобы в топливный насос прямого впрыска подавалось жидкое топливо. Дополнительно, если объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска высокий, охлаждение топлива может быть уменьшено наряду с давлением топлива с целью уменьшения энергии, используемой для подачи жидкого топлива в топливный насос прямого впрыска.

Таким образом, способ по фиг. 5 обеспечивает способ, содержащий: увеличение охлаждения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения. Способ также содержит увеличение давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения. Способ также содержит определение погрешности объемного к.п.д. и регулирование охлаждения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в соответствии с погрешностью объемного к.п.д.

Согласно некоторым примерам, способ содержит то, что охлаждение топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, выполняют посредством впрыска топлива в камеру охлаждения. Способ также содержит подачу топлива в двигатель через топливную форсунку впрыска во впускные каналы. Способ также содержит возврат топлива в топливный бак. Способ содержит то, что объемный к.п.д. основан на частоте вращения двигателя, команде топливного насоса прямого впрыска и объеме впрыска топлива.

Согласно некоторым примерам способ по фиг. 5 обеспечивает способ, содержащий: в первом режиме увеличение охлаждения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения, без увеличения давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска; и во втором режиме увеличение давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный к.п.д. топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения, без уменьшения температуры топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска. Способ содержит то, что второй режим выполняют при температурах окружающей среды ниже пороговой температуры.

Кроме того, способ содержит то, что первый режим выполняют при температурах окружающей среды выше пороговой температуры. Способ также содержит то, что второй режим выполняют при нагрузках двигателя выше пороговой нагрузки. Способ также содержит охлаждение топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, посредством испарения топлива. Способ также содержит впрыск во впускные каналы топлива, подаваемого для охлаждения топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска. Способ также содержит возврат в топливный бак топлива, подаваемого для охлаждения топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов.

Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей для двигателей внутреннего сгорания. Предложены способы и система подачи топлива в топливный насос прямого впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания. Согласно одному примеру давление и/или температуру топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, могут регулировать, охлаждая топливо или повышая давление топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, для обеспечения подачи топлива в указанный топливный насос в жидком состоянии, что необходимо для обеспечения точности регулирования массы топлива, подаваемого топливным насосом прямого впрыска в двигатель внутреннего сгорания и позволяет снизить вероятность ошибок воздушно-топливного отношения в двигателе. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ для двигателя, содержащий:

увеличение охлаждения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный кпд топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения, причем охлаждение топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, выполняют посредством впрыска топлива в камеру охлаждения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что также содержит увеличение давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный кпд топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что также содержит определение погрешности объемного кпд и регулирование охлаждения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска, в соответствии с погрешностью объемного кпд.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что также содержит подачу топлива в двигатель через топливную форсунку впрыска во впускные каналы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что также содержит возврат топлива в топливный бак.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объемный кпд основан на частоте вращения двигателя, команде топливного насоса прямого впрыска и объеме впрыска топлива.

7. Способ для двигателя, содержащий:

в первом режиме увеличение охлаждения топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный кпд топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения, без увеличения давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска посредством впрыска топлива в камеру охлаждения; и

во втором режиме увеличение давления топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска в ответ на то, что объемный кпд топливного насоса прямого впрыска меньше порогового значения, без уменьшения температуры топлива, подаваемого в топливный насос прямого впрыска.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что второй режим выполняют при температурах окружающей среды ниже пороговой температуры.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что первый режим выполняют при температурах окружающей среды выше пороговой температуры.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что второй режим выполняют при нагрузках двигателя выше пороговой нагрузки.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что впрыснутое в камеру охлаждения топливо расширяется до испарения и охлаждает топливо, подаваемое в топливный насос прямого впрыска.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что также содержит впрыск во впускные каналы топлива, подаваемого для охлаждения топлива, поступающего в топливный насос прямого впрыска.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что также содержит возврат в топливный бак топлива, впрыснутого в камеру охлаждения.

14. Система автомобиля, содержащая:

двигатель;

топливный насос прямого впрыска, выполненный с возможностью подачи топлива в двигатель, при этом топливный насос прямого впрыска содержит камеру охлаждения топлива;

охлаждающую форсунку, связанную по текучей среде с камерой охлаждения топлива;

топливоподкачивающий насос, выполненный с возможностью подачи топлива в топливный насос прямого впрыска; и

контроллер, содержащий инструкции, сохраненные в долговременной памяти для увеличения потока топлива в камеру охлаждения топлива в соответствии с объемным кпд топливного насоса прямого впрыска.

15. Система автомобиля по п. 14, отличающаяся тем, что также содержит инструкции для увеличения выходного давления топливоподкачивающего насоса в соответствии с объемным кпд топливного насоса прямого впрыска.

16. Система автомобиля по п. 14, отличающаяся тем, что объемный кпд топливного насоса прямого впрыска представляет собой основу для определения подачи жидкого топлива в топливный насос прямого впрыска.

17. Система автомобиля по п. 14, отличающаяся тем, что также содержит топливную форсунку впрыска во впускные каналы, связанную по текучей среде с камерой охлаждения топлива.

18. Система автомобиля по п. 14, отличающаяся тем, что также содержит топливный канал, обеспечивающий связь по текучей среде между камерой охлаждения топлива и топливным баком.

19. Система автомобиля по п. 14, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для определения погрешности объемного кпд топливного насоса прямого впрыска.