Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание, в целом, относится к способам и системам для впрыска воды в двигатель и регулирования работы двигателя в зависимости от впрыска воды.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатели внутреннего сгорания могут содержать системы впрыска воды, осуществляющие впрыск воды во множество мест, в том числе - впускной коллектор, выше по потоку от цилиндров двигателя или непосредственно в них. Впрыск воды во впускной воздух двигателя позволяет повысить топливную экономичность и эксплуатационные характеристики двигателя, а также сократить выбросы от двигателя. При впрыске воды во впускной воздух или цилиндры двигателя происходит передача тепла от впускного воздуха и/или компонентов двигателя воде. Данная передача тепла приводит к испарению, результатом которого является охлаждение. Впрыск воды во впускной воздух (например, во впускном коллекторе) понижает как температуру впускного воздуха, так и температуру сгорания в цилиндрах двигателя. Охлаждение заряда впускного воздуха позволяет снизить предрасположенность к детонации без обогащения воздушно-топливного отношения сжигаемой смеси. Это также обеспечивает возможность повышения степени сжатия, изменения момента зажигания в сторону опережения и снижения температуры отработавших газов. В результате возрастает топливная экономичность. Кроме того, результатом роста коэффициента наполнения может стать рост крутящего момента. Снижение температуры сгорания за счет впрыска воды позволяет сократить выбросы оксидов азота (NOx), а более экономичная топливная смесь позволяет снизить выбросы угарного газа и углеводородов.
Впрыск воды в двигатель обычно предусматривает выдачу воды постоянным потоком. При этом авторы настоящего изобретения установили, что такой впрыск может привести к ненадлежащему смешиванию впрыснутой воды с воздухом на его пути. В частности, результатом впрыска воды в коллектор может стать неравномерное распределение воды между цилиндрами, соединенными с коллектором. Например, распределение воды, впрыснутой выше по потоку от группы цилиндров, в каждый из цилиндров может не быть равномерным из-за проблем с испарением, смешиванием и вовлечением воды, а также из-за неверного распределения потока воздуха между цилиндрами. Кроме того, неверное распределение воды между цилиндрами может возникать из-за различий в строении двигателя (например, различий в местоположении, размере и расположении впускных трактов цилиндров в группе цилиндров). Неверное распределение воды может быть следствием различий угла водяной форсунки коллектора выше по потоку от группы цилиндров относительно каждого из трактов. Если угол водяной форсунки или расположение тракта таково, что часть впрыснутой воды образует лужу, преимущества от впрыска данной части воды могут быть утрачены. Как следствие, охлаждение заряда воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, может не быть равномерным. В некоторых случаях это может усугубить какой-либо уже существующий дисбаланс между цилиндрами (например, из-за дисбаланса воздушно-топливного отношения, неверного распределения температуры охлаждающей жидкости и т.п.). В целом, неверное распределение может привести к неполной реализации потенциала впрыска воды (например, из-за того, что охлаждение заряда воздуха не происходит в полной мере).
В одном примере вышеуказанные недостатки позволяет по меньшей мере частично преодолеть способ для двигателя, в котором: впрыскивают воду во впускной коллектор двигателя в виде множества импульсов из водяной форсунки, при этом подачу импульсов регулируют относительно фаз газораспределения впускных клапанов в зависимости от выходного сигнала от датчика кислорода во впускном коллекторе. Это позволяет улучшить нахождение и компенсацию дисбалансов впрыска воды между цилиндрами.
Например, в состояниях с включенным впрыском воды, например, при высоких нагрузках двигателя, воду можно впрыскивать во впускной коллектор двигателя в виде множества одинаковых импульсов с равным интервалом, фазирование которых совпадает с моментом открытия впускного клапана цилиндра, в который поступает впрыскиваемая вода. Из выходного сигнала датчика детонации после впрыска можно рассчитать межцилиндровые отклонения распределения воды. Например, можно сделать вывод о наличии дисбаланса на основании разных интенсивностей детонации в каждом из цилиндров после общего впрыска воды. Межцилиндровые отклонения распределения воды могут быть обусловлены разными транспортными задержками между местом впрыска воды и отдельно взятыми цилиндрами, которые, в свою очередь могут зависеть, например, от различий в геометрии между трактами или водяными форсунками отдельно взятых цилиндров. Для нахождения дисбаланса, воду можно подавать импульсами во впускной коллектор двигателя, фазируя ее впрыск в зависимости от момента открытия впускных клапанов цилиндров двигателя, а также в зависимости от найденных интенсивностей детонации в них. Кроме того, в зависимости от расхождения ожидаемого разбавления в коллекторе после впрыска и фактического разбавления (рассчитанного из выходного сигнала датчика кислорода во впускном воздухе), могут быть найдены транспортные задержки для отдельно взятых цилиндров. Затем данные транспортные задержки можно компенсировать при последующем впрыске воды за счет регулирования момента и величины фазирования отдельных импульсов воды. Например, можно увеличить количество впрыскиваемой воды для компенсации возможных луж воды, а момент впрыска воды можно изменить в сторону опережения для компенсации транспортных задержек воды.
Так можно улучшить количественную оценку и компенсацию неверного распределения воды между цилиндрами двигателя. Технический результат, достигаемый оценкой неверного распределения по изменению выходного сигнала датчика кислорода во впускном воздухе после впрыска воды, состоит в возможности соотнесения времени и величины изменения разбавления в двигателе с транспортными задержками в конкретные цилиндры. В результате, можно надлежащим образом отрегулировать подачу воздуха, топлива и воды в соответствующий цилиндр для подавления детонации и улучшения эффекта охлаждения и эффекта разбавления от впрыска воды. В целом, можно обеспечить преимущества от впрыска воды в более широком диапазоне работы двигателя и, тем самым, улучшить эксплуатационные показатели двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 схематически изображает систему двигателя, выполненную с возможностью впрыска воды.
ФИГ. 2 схематически изображает первый вариант схемы впрыска воды для двигателя.
ФИГ. 3 схематически изображает второй вариант схемы впрыска воды для двигателя.
ФИГ. 4 схематически изображает третий вариант схемы впрыска воды для двигателя.
На ФИГ. 5 представлена высокоуровневая блок-схема для решения проблемы неверного распределения впрыскиваемой воды путем нахождения транспортных задержек впрыскиваемой воды в отдельно взятые цилиндры.
На ФИГ. 6 представлена диаграмма примеров регулирования количества впрыскиваемой воды и момента впрыска для компенсации неверного распределения воды между цилиндрами.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для улучшения использования воды из системы впрыска воды, соединенной с двигателем транспортного средства, раскрытом на примере системы транспортного средства на ФИГ. 1. Система двигателя может быть выполнена с водяными форсунками в различных местах, как показано на примере ФИГ. 2-4, для создания различных преимуществ от впрыска воды, например охлаждения заряда воздуха, охлаждения компонентов двигателя и разбавления в двигателе. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма управления, например алгоритма на ФИГ. 5, для нахождения и компенсации дисбаланса распределения воды между цилиндрами из-за различий величин потоков воздуха, давлений и строений каждого цилиндра. Контроллер выполнен с возможностью нахождения транспортных задержек для отдельно взятых цилиндров с помощью датчика кислорода во впускном воздухе в зависимости от величины и момента эффекта разбавления после импульсного впрыска воды в коллектор. Соответственно, можно отрегулировать количества впрыскиваемой воды и моменты впрыска относительно фаз газораспределения впускных клапанов цилиндров для уменьшения межцилиндрового дисбаланса, как проиллюстрировано на примере впрыска воды на ФИГ. 6. Обеспечение более равномерного распределения воды между цилиндрами позволяет расширить преимущества от впрыска воды. В результате, можно улучшить использование воды, обеспечив значительные улучшения эксплуатационных показателей транспортного средства за счет экономии топлива.
На ФИГ. 1 изображен пример осуществления системы 100 двигателя, выполненной с системой 60 впрыска воды. Система 100 двигателя установлена в моторном транспортном средстве 102, показанном схематически. Система 100 двигателя содержит двигатель 10, в данном случае показанный в виде двигателя с наддувом, соединенного с турбонагнетателем 13, содержащим компрессор 14, приводимый от турбины 116. А именно, свежий воздух поступает по впускному каналу 142 в двигатель 10 через воздухоочиститель 31 и течет в компрессор 14. Компрессор может представлять собой подходящий компрессор впускного воздуха, например приводимый от мотора или приводного вала компрессор механического нагнетателя. В системе 100 двигателя компрессор показан в виде компрессора турбонагнетателя, механически соединенного с турбиной 116 посредством вала 19, при этом турбину 116 приводят в действие расширяющиеся отработавшие газы двигателя. В одном варианте осуществления компрессор и турбина могут входить в состав турбонагнетателя с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией (ТИГ), в котором геометрию турбины активно изменяют в зависимости от частоты вращения двигателя и прочих параметров работы.
Компрессор 14 на ФИГ. 1 соединен через охладитель 118 заряда воздуха (ОЗВ) с дроссельной заслонкой 20 (например, впускным дросселем). Например, ОЗВ может представлять собой воздухо-воздушный или воздухо-жидкостный теплообменник охлаждения воздуха. Дроссельная заслонка 20 соединена с впускным коллектором 122 двигателя. Заряд горячего сжатого воздуха из компрессора 14 поступает во вход ОЗВ 118, где происходит его охлаждение при прохождении через ОЗВ, и покидает последний для прохождения через дроссельную заслонку 20 во впускной коллектор 122. В варианте осуществления на ФИГ. 1 давление заряда воздуха во впускном коллекторе измеряет датчик 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК), а давление наддува - датчик 24 давления наддува. Перепускной клапан компрессора (не показан) может быть установлен последовательно между входом и выходом компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может представлять собой нормально закрытый клапан, выполненный с возможностью открытия при определенных рабочих состояниях для сброса чрезмерного давления наддува. Например, открытие перепускного клапана компрессора может происходить в связи с помпажем в компрессоре.
Впускной коллектор 122 соединен с рядом камер сгорания или цилиндров 180 через ряд впускных клапанов (не показаны) и впускных трактов 185 (например, впускных проходов). На ФИГ. 1 впускной коллектор 122 показан установленным выше по потоку от всех камер 180 сгорания двигателя 10. Дополнительные датчики, например датчик 33 температуры заряда в коллекторе (ТЗК) и датчик 25 температуры заряда воздуха (ТЗВ) могут быть введены для определения температуры впускного воздуха в соответствующих местах во впускном канале. Затем по температуре воздуха, совместно с температурой охлаждающей жидкости, можно вычислить, например, количество топлива, которое должно быть подано в двигатель.
Каждая камера сгорания может дополнительно содержать датчик 183 детонации для выявления и отличения друг от друга событий аномального сгорания, например детонации и преждевременного воспламенения. В других вариантах осуществления один или несколько датчиков 183 детонации могут быть соединены с выбранными местами блока цилиндров двигателя. Кроме того, как подробнее разъяснено ниже на примере ФИГ. 5, по выходным сигналам датчиков детонации можно выявлять неверное распределение воды в отдельно взятые цилиндры двигателя, при этом воду впрыскивают выше по потоку от всех камер 180 сгорания.
Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 136 через ряд выпускных клапанов (не показаны). Камеры 180 сгорания покрыты головкой 182 блока цилиндров и соединены с топливными форсунками 179 (несмотря на то, что на ФИГ. 1 показана только одна топливная форсунка, каждая камера сгорания содержит соединенную с ней топливную форсунку). Топливо может поступать в топливную форсунку 179 по топливной системе (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. Топливная форсунка 179 может быть выполнена как форсунка непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в камеру 180 сгорания или форсунка впускного тракта для впрыска топлива во впускной тракт выше по потоку от впускного клапана камеры 180 сгорания.
В изображенном варианте осуществления показан одинарный выпускной коллектор 136. При этом в других вариантах осуществления выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора позволяют направлять отходы из разных камер сгорания в разные места в системе двигателя. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах (УДКОГ) показан соединенным с выпускным коллектором 136 выше по потоку от турбины 116. Или же вместо УДКОГ 126 можно использовать двухрежимный датчик кислорода в отработавших газах.
На ФИГ. 1 показано, что отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора направляют в турбину 116 для приведения ее в действие. Когда нужно снизить крутящий момент турбины, некоторая часть отработавших газов может быть направлена через перепускную заслонку (не показана) в обход турбины. Затем объединенный поток из турбины и перепускной заслонки течет через устройство 170 снижения токсичности выбросов. Как правило, одно или несколько устройств 170 снижения токсичности выбросов могут включать в себя каталитические нейтрализаторы отработавших газов, выполненные с возможностью каталитической очистки потока отработавших газов и, тем самым, уменьшения содержания в нем одного или нескольких веществ.
Все очищенные отработавшие газы из устройства 170 снижения токсичности выбросов или их часть могут быть сброшены в атмосферу через выпускную магистраль 35. При этом, в зависимости от параметров работы, некоторая часть отработавших газов может быть перенаправлена в канал 151 рециркуляции отработавших газов (РОГ), через охладитель 50 РОГ и клапан 152 РОГ во вход компрессора 14. Таким образом, компрессор выполнен с возможностью приема отработавших газов, отобранных из области ниже по потоку от турбины 116. Клапан 152 РОГ выполнен с возможностью открытия для пропуска регулируемого количества охлажденных отработавших газов во вход компрессора для достижения необходимых показателей в части сгорания и снижения токсичности выбросов. Таким образом, система 100 двигателя выполнена с возможностью обеспечения внешней РОГ низкого давления (НД). Вращение компрессора, наряду с относительно длинным путем потока РОГ НД в системе 100 двигателя, обеспечивают отличную гомогенизацию отработавших газов в заряде впускного воздуха. Кроме того, расположение точек отбора и смешивания газов РОГ обеспечивает эффективное охлаждение отработавших газов для увеличения массы газов РОГ, которые могут быть использованы, и улучшения показателей. В других вариантах осуществления система РОГ может представлять собой систему РОГ высокого давления, при этом канал 151 РОГ соединяет область выше по потоку от турбины 116 с областью ниже по потоку от компрессора 14. В некоторых вариантах осуществления датчик 33 ТЗК может быть расположен с возможностью определения температуры заряда в коллекторе, причем заряд может включать в себя воздух и отработавшие газы, рециркулирующие через канал 151 РОГ.
Впускной коллектор 122 может также содержать датчик 34 кислорода во впускном воздухе. В одном примере датчик кислорода представляет собой УДКОГ. Датчик кислорода во впускном воздухе выполнен с возможностью оценки содержания кислорода в свежем воздухе, поступающем во впускной коллектор. Кроме того, когда происходит течение РОГ, по изменению концентрации кислорода на датчике можно опосредованно определять количество газов РОГ и использовать его для точного регулирования потока РОГ. В изображенном примере датчик 34 кислорода расположен ниже по потоку от дросселя 20 и ниже по потоку от охладителя 118 заряда воздуха. При этом в других вариантах датчик кислорода может быть расположен выше по потоку от дросселя. Датчик 34 кислорода во впускном воздухе выполнен с возможностью оценки концентрации кислорода во впускном воздухе и определения величины потока РОГ через двигатель по изменению концентрации кислорода во впускном воздухе после открытия клапана 152 РОГ. Датчик 34 кислорода во впускном воздухе также может служить для оценки концентрации кислорода во впускном воздухе и определения разбавления в двигателе или изменения влажности впускного воздуха по изменению концентрации кислорода во впускном воздухе после впрыска воды во впускной коллектор.
А именно, изменение выходного сигнала датчика после открытия клапана РОГ или после впрыска воды во впускной коллектор сравнивают с опорным значением, при котором датчик работает в отсутствии РОГ или впрыска воды (нулевой точкой). По изменению (например, уменьшению) количества кислорода со времени работы без РОГ или впрыска воды можно вычислить поток РОГ или воды, подаваемый в текущий момент в двигатель. Например, после подачи опорного напряжения (Voпop) датчику, датчик выдает ток накачки (Iнак). Изменение концентрации кислорода может быть пропорционально изменению тока накачки (Δ Iнак), выдаваемого датчиком в присутствии РОГ или воды, относительно выходного сигнала датчика в отсутствии РОГ или воды (нулевая точка). В зависимости от отклонения оценочного потока РОГ от ожидаемого (или целевого) потока РОГ, могут быть предприняты дополнительные действия по регулированию РОГ. Аналогичным образом, как подробно раскрыто на примере ФИГ. 5, в зависимости от отклонения оценочных разбавления или влажности в двигателе от ожидаемых разбавления или влажности в двигателе после впрыска воды, могут быть предприняты дополнительные действия по регулированию впрыска воды. Кроме того, по отклонению момента впрыска воды (оцениваемого относительно момента открытия впускного клапана цилиндра) относительно момента изменения разбавления или влажности в двигателе (также оцениваемого относительно момента открытия впускного клапана цилиндра), может быть найдена транспортная задержка для данного впрыска воды в данный цилиндр с возможностью ее компенсации при будущих событиях впрыска воды.
Следует понимать, что датчик 34 кислорода во впускном воздухе можно эксплуатировать в различных режимах в зависимости от параметров работы двигателя, а также в зависимости от характера оценки, выполняемой датчиком. Например, в состояниях с подачей топлива в двигатель, когда нужна оценка разбавления/РОГ, датчик кислорода во впускном воздухе можно эксплуатировать в номинальном режиме с подачей датчику (фиксированного) опорного напряжения, при этом опорное напряжение поддерживают во время измерения. В одном примере опорное напряжение может составлять 450 мВ. В других состояниях, например в состояниях без подачи топлива в двигатель (например, во время ОТЗ), когда нужна оценка влажности окружающей среды (в заряде впускного воздуха), датчик кислорода во впускном воздухе можно эксплуатировать в режиме регулируемого напряжения с изменением опорного напряжения, подаваемого датчику. В еще одном примере датчик можно эксплуатировать в режиме регулируемого напряжения, когда оценку РОГ или разбавления выполняют при включенной продувке топливных паров (из адсорбера топливной системы) или принудительной вентиляции картера (двигателя). В таких случаях опорное напряжение датчика кислорода изменяют для уменьшения влияния углеводородов от продувки на датчик кислорода во впускном воздухе. В одном примере опорное напряжение можно изменять от номинального опорного напряжения 450 мВ до более высокого опорного напряжения 800 мВ (или 950 мВ) и обратно. Изменяя опорное напряжение датчика кислорода во впускном воздухе, или напряжение Нернста, датчик переводят из состояния, при котором происходит реакция углеводородов с кислородом окружающей среды на датчике, в состояние, при котором происходит диссоциация продуктов данной реакции (воды и углекислого газа). Кроме того, опорное напряжение можно изменять от более высокого до более низкого и обратно в присутствии или отсутствии углеводородов в воздухе от продувки или принудительной вентиляции картера (ПВК) для оценки содержания веществ от продувки или ПВК во впускном заряде воздуха. В другом примере, подробно раскрытом в настоящем описании, датчик кислорода во впускном воздухе выполнен с возможностью выявления пульсаций водяной форсунки во время работы в режиме номинального опорного напряжения или регулируемого напряжения. В еще одном примере датчик кислорода во впускном воздухе может выявлять дисбалансы впрыска топлива во время работы в режиме регулируемого напряжения.
В частности, в зависимости от рабочих опорных напряжений происходит изменение количества воды, измеряемого датчиком кислорода. Данные изменения количественно оценивают, определяя характеристики датчика в измененных рабочих состояниях с измененными количествами впрыснутой воды. Данное определение характеристик позволяет скорректировать оценку количества воды, поступившей в двигатель, для диапазона рабочих опорных напряжений. Опорное напряжение датчика изменяют для измерения концентрации воды, которую далее сравнивают с ожидаемой концентрацией воды после впрыска воды для определения неверного распределения впрыскиваемой воды между цилиндрами.
Кроме того, в камеру 180 сгорания поступает вода и/или водяной пар по системе 60 впрыска воды. Воду из системы 60 впрыска воды можно впрыскивать во впускной коллектор двигателя или непосредственно в камеры 180 сгорания посредством одной или нескольких водяных форсунок 45-48. Например, воду можно впрыскивать во впускной коллектор 122 выше по потоку от дросселя 20 посредством водяной форсунки 45, что в настоящем описании также именуется «центральный впрыск воды». В качестве другого примера, воду можно впрыскивать во впускной коллектор 122 ниже по потоку от дросселя в одном или нескольких местах посредством водяной форсунки 46. В качестве еще одного примера, воду можно впрыскивать в один или несколько впускных трактов 185 (например, проходов) посредством водяной форсунки 48 (что в настоящем описании также именуется «впрыск воды во впускной тракт»), и/или непосредственно в камеру 180 сгорания посредством водяной форсунки 47 (что в настоящем описании также именуется «непосредственный впрыск воды»). В одном варианте осуществления форсунка 48, расположенная во впускном тракте, может быть расположена под углом в сторону впускного клапана цилиндра и обращена к впускному клапану цилиндра, с которым соединен впускной тракт. Это обеспечивает возможность впрыска воды форсункой 48 непосредственно на впускной клапан, результатом чего является более быстрое испарение впрыснутой воды и большее преимущество разбавления за счет водяного пара. В другом варианте форсунка 48 может быть расположена под углом в сторону от впускного клапана с возможностью впрыска воды в направлении, противоположном направлению потока воздуха по впускному тракту. Это обеспечивает возможность вовлечения большего количества впрыснутой воды в поток воздуха, что увеличивает преимущество охлаждения заряда от впрыска воды. Конфигурации водяных форсунок подробно раскрыты на примерах ФИГ. 2-4.
Несмотря на то, что на ФИГ. 1 показаны только одна типовая форсунка 47 и форсунка 48, каждая камера 180 сгорания и впускной тракт 185 могут содержать собственную форсунку. В других вариантах осуществления система 60 впрыска воды может содержать водяные форсунки, расположенные в одном или нескольких из этих положений. Например, двигатель может содержать только водяную форсунку 46 в одном варианте осуществления. В другом варианте двигатель может содержать и водяную форсунку 46, и водяные форсунки 48 (по одной на каждый впускной тракт), и водяные форсунки 47 (по одной на каждую камеру сгорания).
Система 60 впрыска воды может содержать водяной накопительный бак 63, водоподкачивающий насос 62, систему 72 сбора и водоналивной канал 69. Вода, хранящаяся в водяном баке 63, поступает в водяные форсунки 45-48 по водяному каналу 61 и по магистралям или линиям 161. В вариантах осуществления с несколькими форсунками водяной канал 61 может содержать клапан 162 (например, отводной клапан, многоходовой клапан, дозирующий клапан и т.п.) для направления воды в разные водяные форсунки по соответствующим магистралям. Или же каждая магистраль (или водопроводная линия) 161 может содержать соответствующие клапаны в водяных форсунках 45-48 для регулирования потока воды через них. В дополнение к водоподкачивающему насосу 62 могут быть установлены один или несколько дополнительных насосов в магистралях 161 для повышения давления воды, направляемой в форсунки, например, в магистрали, соединенной с водяной форсункой 47 непосредственного впрыска.
Водяной накопительный бак 63 может содержать датчик 65 уровня воды и датчик 67 температуры воды с возможностью передачи информации о параметрах воды в контроллер 12. Например, в условиях низкой температуры датчик 67 температуры воды определяет, замерзла ли вода в баке 63 или пригодна ли она для впрыска. В некоторых вариантах канал охлаждающей жидкости двигателя (не показан) может быть термически соединен с резервуаром 63 для размораживания замерзшей воды. Водитель транспортного средства может получать данные об уровне воды в водяном баке 63, определяемом датчиком 65 уровня воды, с возможностью их использования для регулирования работы двигателя. Например, для сообщения об уровне воды можно использовать водоуказатель или индикатор на приборной панели (не показана) транспортного средства. Если уровень воды в водяном баке 63 выше порогового, может быть сделан вывод о наличии достаточного запаса воды для впрыска, в связи с чем контроллер может включить впрыск воды. В противном случае, если уровень воды в водяном баке 63 ниже порогового, может быть сделан вывод об отсутствии достаточного запаса воды для впрыска, в связи с чем контроллер может блокировать впрыск воды.
В изображенном варианте водяной накопительный бак 63 выполнен с возможностью дозаправки вручную через водоналивной канал 69 и/или автоматически посредством системы 72 сбора по каналу 76 заправки водяного бака. Система 72 сбора может быть соединена с одним или несколькими компонентами 74 транспортного средства для дозаправки водяного накопительного бака в транспортном средстве за счет конденсата, собранного из различных систем двигателя или транспортного средства. В одном примере система 72 сбора может быть соединена с системой РОГ и/или выпускной системой для сбора водяного конденсата из отработавших газов, проходящих по системе. В другом примере система 72 сбора может быть соединена с системой кондиционирования воздуха (не показана) для сбора воды, конденсировавшейся из воздуха, проходящего через испаритель. В еще одном примере система 72 сбора может быть соединена с наружной поверхностью транспортного средства для сбора дождевой воды или конденсата атмосферной влаги. Канал 69 для заправки вручную может быть соединен по текучей среде с фильтром 68, выполненным с возможностью удаления некоторых примесей, содержащихся в воде. Сливное устройство 92 со сливным клапаном 91 выполнено с возможностью слива воды из водяного накопительного бака 63 в место за пределами транспортного средства (например, на дорогу), например, если будет сочтено, что качество воды ниже порога и не подходит для впрыска в двигатель (например, из-за высокой проводимости, высокого содержания твердых частиц). В одном примере качество воды можно оценивать по выходному сигналу датчика, соединенного с системой 60 впрыска воды, в водопроводной линии 61. Например, качество воды можно оценивать по выходному сигналу датчика проводимости, емкостного датчика, оптического датчика, датчика мутности, датчика плотности или датчика качества воды иного типа.
На ФИГ. 1 также раскрыта система 28 управления. Система 28 управления может быть соединена с возможностью связи с различными компонентами системы 100 двигателя для выполнения раскрытых в настоящем описании алгоритмов управления и управляющих действий. Система 28 управления может содержать электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный носитель информации для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Контроллер 12 может принимать входные сигналы от множества датчиков 30, например, различных датчиков на ФИГ. 1, для получения входных данных, в том числе: о положении передачи в трансмиссии, положении педали акселератора, потребности в торможении, скорости транспортного средства, частоте вращения двигателя, массовом расходе воздуха через двигатель, давлении наддува, параметрах окружающей среды (температуре, давлении, влажности) и т.п.В число прочих датчиков входят: датчики ОЗВ 118, например, датчик температуры воздуха на входе ОЗВ, датчик 125 ТЗВ, датчики 80, 82 давления и температуры отработавших газов и датчик 124 давления, датчик температуры воздуха на выходе ОЗВ и датчик 33 ТЗК, датчик 34 кислорода во впускном воздухе (O2BB), датчик 183 детонации для определения возгорания остаточных газов и/или распределения воды между цилиндрами и прочие. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1 и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя в зависимости от принятых сигналов и инструкций в памяти контроллера. Например, впрыск воды в двигатель может включать в себя регулирование длительности импульсов форсунок 45-48 для изменения количества впрыскиваемой воды, а также регулирования момента впрыска воды и количества импульсов впрыска. В некоторых примерах в носитель информации могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции с возможностью реализации их процессорным устройством для выполнения раскрытых ниже способов (например, на ФИГ. 5) а также иных предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов.
Таким образом, система на ФИГ. 1 обеспечивает возможность создания системы транспортного средства, содержащей: двигатель, содержащий впускной коллектор и множество цилиндров; водяную форсунку, соединенную с впускным коллектором; датчик кислорода, соединенный с впускным коллектором; датчик детонации, соединенный с множеством цилиндров; и контроллер, содержащий долговременную память с машиночитаемыми инструкциями для: впрыска воды во впускной коллектор в виде множества импульсов, при этом фазирование импульсов регулируют относительно моментов открытия впускных клапанов множества цилиндров, при этом фазирование регулируют в зависимости от входных сигналов и датчика детонации, и датчика кислорода.
На ФИГ. 2-4 раскрыты разные варианты осуществления двигателя и примеры размещения водяных форсунок в двигателе. Двигатели 200, 300 и 400 на ФИГ. 2-4 могут содержать элементы, аналогичные элементам двигателя 10 на ФИГ. 1, и могут входить в состав системы двигателя, например, системы 100 двигателя на ФИГ. 1. Поэтому компоненты на ФИГ. 2-4, аналогичные компонентам на ФИГ. 1, для краткости не будут повторно раскрыты ниже.
В первом варианте схемы впрыска воды для двигателя 200 на ФИГ. 2 водяные форсунки 233 и 234 расположены ниже по потоку от места разделения впускного канала 221 на ветви к разным группам цилиндров. А именно, двигатель 200 представляет собой V-образный двигатель с первым рядом 261 цилиндров, включающим в себя первую группу цилиндров 281, и вторым рядом 260 цилиндров, включающим в себя вторую группу цилиндров 280. Впускной канал ответвляется от общего впускного коллектора 222 в первый коллектор 245, соединенный с впускными трактами 265 первой группы цилиндров 281, и во второй коллектор 246, соединенный с впускными трактами 264 второй группы цилиндров 280. То есть впускной коллектор 222 расположен выше по потоку от всех цилиндров 281 и цилиндров 280. Кроме того, с впускным коллектором 222 соединена дроссельная заслонка 220. Датчики 224 и 225 температуры заряда в коллекторе (ТЗК) могут быть установлены ниже по потоку от точки разветвления в первом коллекторе 245 и втором коллекторе 246 соответственно для измерения температуры впускного воздуха в соответствующих коллекторах. Например, на ФИГ. 2 датчик 224 ТЗК показан расположенным в первом коллекторе 245 вблизи водяной форсунки 233, а датчик 225 ТЗК - во втором коллекторе 246 вблизи водяной форсунки 234.
Каждый из цилиндров 281 и цилиндров 280 содержит топливную форсунку 279 (на ФИГ. 2 показанную соединенной с одним типовым цилиндром). Каждый из цилиндров 281 и цилиндров 280 может дополнительно содержать датчик 283 детонации для выявления событий аномального сгорания. Кроме того, как подробнее раскрыто ниже, сравнение выходных сигналов каждого из датчиков детонации в группе цилиндров обеспечивает возможность определения неверного распределения воды между цилиндрами этой группы цилиндров. Например, сравнив выходные сигналы датчиков 283 детонации, соединенных с каждым из цилиндров 281, контроллер может определить, сколько воды из форсунки 233 поступило в каждый из цилиндров 281. В связи с расположением впускных трактов 265 на разных расстояниях от форсунки 233 и различиями в состояниях отдельно взятых впускных трактов (например, уровней потока воздуха и давления), может не происходить равномерное распределение воды в каждый из цилиндров 281 после впрыска из форсунки 233.
Подача воды в водяные форсунки 233 и 234 может происходить посредством системы впрыска воды (не показана), схожей с системой 60 впрыска воды, раскрытой выше на примере ФИГ. 1. Кроме того, контроллер, например контроллер 12 на ФИГ. 1, может регулировать впрыск воды в форсунки 233 и 234 по отдельности в зависимости от рабочих состояний отдельных коллекторов, с которыми соединены форсунки. Например, датчик 224 ТЗК также может включать в себя датчик давления и/или расхода воздуха для оценки расхода (или величины) потока воздуха через первый коллектор 245 и давления в первом коллекторе 245. Датчик 225 ТЗК также может включать в себя датчик давления и/или расхода воздуха для оценки расхода потока воздуха и/или давления во втором коллекторе 246. Это позволяет приводить в действие каждую из форсунок 233 и 234 для впрыска разных количеств воды в зависимости от состояний в коллекторе и/или группе цилиндров, с которыми соединена форсунка. Способ нахождения транспортной задержки впрыснутой воды для отдельно взятых цилиндров и компенсации межцилиндрового дисбаланса распределения воды за счет регулировок впрыска воды подробно раскрыт ниже на примере ФИГ. 5.
На ФИГ. 3 раскрыт второй вариант схемы впрыска воды для двигателя 300. Двигатель 300 представляет собой однорядный двигатель, в котором общий впускной коллектор 322, установленный ниже по потоку от дроссельной заслонки 320 общего впускного канала, разветвляется на первый коллектор 345 первой группы цилиндров, включающей в себя цилиндры 380 и 381, и второй коллектор 346 второй группы цилиндров, включающей в себя цилиндры 390 и 391. Первый коллектор 345 соединен с впускными трактами 365 первого цилиндра 380 и третьего цилиндра 381. Второй коллектор 346 соединен с впускными трактами 364 второго цилиндра 390 и четвертого цилиндра 391. Первая водяная форсунка 333 установлена в первом коллекторе 345 выше по потоку от цилиндров 380 и 381. Вторая водяная форсунка 334 установлена во втором коллекторе 346 выше по потоку от цилиндров 390 и 391. Водяные форсунки 333 и 334 расположены ниже по потоку от точки разветвления от впускного коллектора 322. Датчики 324 и 325 температуры заряда в коллекторе (ТЗК) могут быть установлены в первом коллекторе 345 и втором коллекторе 346 вблизи первой водяной форсунки 333 и второй водяной форсунки 334 соответственно.
Каждый из цилиндров содержит топливную форсунку 379 (одна типовая топливная форсунка представлена на ФИГ. 2). Каждый цилиндр может также содержать датчик 383 детонации для выявления событий аномального сгорания и/или определения распределения воды между цилиндрами в группе цилиндров. Водяные форсунки 333 и 334 могут быть соединены с системой впрыска воды (не показана), схожей с системой 60 впрыска воды на ФИГ. 1.
Таким образом, на ФИГ. 2 и 3 раскрыты примеры двигателя, в котором используют несколько водяных форсунок для впрыска воды в разные группы цилиндров двигателя. Например, первая водяная форсунка может впрыскивать воду выше по потоку от первой группы цилиндров, а вторая водяная форсунка -выше по потоку от другой, второй, группы цилиндров. Как подробнее раскрыто ниже, для каждой из водяных форсунок можно выбирать разные параметры впрыска воды (например, количество впрыскиваемой воды, момент впрыска, частоту подачи импульсов и т.п.) в зависимости от параметров работы группы цилиндров (например, величины потока воздуха, давления, порядка зажигания цилиндров и т.п.), выше по потоку от которой установлена форсунка, а также транспортных задержек воды, найденных для отдельно взятых цилиндров.
Третий вариант схемы впрыска воды для двигателя 400 раскрыт на ФИГ. 4. Как и в предыдущих вариантах, в варианте на ФИГ. 4 впускной коллектор 422 выполнен с возможностью подачи впускного воздуха или топливовоздушной смеси во множество цилиндров 480 через ряд впускных клапанов (не показаны) и впускные тракты 465. Каждый из цилиндров 480 содержит соединенную с ним топливную форсунку 479. Каждый из цилиндров 480 может также содержать датчик 483 детонации для выявления событий аномального сгорания и/или определения распределения воды, впрыснутой выше по потоку от цилиндров. Или же один или несколько датчиков детонации могут быть установлены в разных местах вдоль блока цилиндров двигателя с возможностью определения детонации для цилиндра по моменту сигнала детонации относительно положения двигателя (например, в градусах по углу поворота коленчатого вала или по ходу поршня).
В изображенном варианте водяные форсунки 433 соединены непосредственно с цилиндрами 480 и, таким образом, выполнены с возможностью впрыска воды непосредственно в цилиндры. Как показано на ФИГ. 4, с каждым из цилиндров 480 соединена одна водяная форсунка 433. В другом варианте водяные форсунки могут, дополнительно или альтернативно, быть расположены выше по потоку от цилиндров 480 во впускных трактах 465 и не быть соединены с каждым из цилиндров. Подача воды в водяные форсунки 433 может происходить посредством системы впрыска воды (не показана), например, системы 60 впрыска воды на ФИГ. 1.
Таким образом, системы на ФИГ. 1-4 представляют собой примеры систем с возможностью впрыска воды в одно или несколько мест во впускной системе двигателя или в цилиндры двигателя. Как сказано выше, впрыск воды может быть использован для снижения температуры впускного воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, и, тем самым, подавления детонации и повышения коэффициента наполнения двигателя. За счет впрыска воды также можно увеличить разбавление в двигателе (и влажность заряда) и, тем самым, снизить насосные потери двигателя. Как разъяснялось выше, воду можно впрыскивать в двигатель в разных местах, в том числе - во впускной коллектор (выше по потоку от всех цилиндров двигателя), коллекторы групп цилиндров (выше по потоку от группы цилиндров, например, в V-образном двигателе), впускные тракты или проходы цилиндров двигателя, непосредственно в цилиндры двигателя, или в какой-либо комбинации этих способов. Непосредственный впрыск и впрыск во впускные тракты позволяет увеличить охлаждение цилиндров и впускных трактов двигателя, а впрыск во впускной коллектор позволяет увеличить охлаждение заряда воздуха без необходимости наличия форсунок и насосов высокого давления (например, тех, что могут быть нужны для впрыска во впускные тракты или непосредственно в цилиндры). При этом, из-за более низкой температуры во впускном коллекторе (так как он расположен дальше от цилиндров), не вся вода, впрыснутая во впускной коллектор, может быть распылена (например, перейти в пар) надлежащим образом. В некоторых примерах, как показано на ФИГ. 1, двигатели могут содержать форсунки в нескольких местах во впускной системе двигателя или цилиндрах двигателя. В состояниях с разными нагрузками и/или частотами вращения двигателя может быть более целесообразно впрыскивать воду в одном месте, а не в другом, для увеличения охлаждения заряда воздуха (впускной коллектор) или разбавления (впускные тракты/проходы цилиндров). Параметры впрыска воды для каждой форсунки можно определять индивидуально в зависимости от состояний группы цилиндров, с которой соединена форсунка (например, потока воздуха в группу цилиндров, давления выше по потоку от группы цилиндров и т.п.). Кроме того, впрыск воды в коллектор выше по потоку от группы цилиндров (например, двух или более цилиндров) может привести к неравномерному распределению воды между цилиндрами группы из-за различий в строении или условий (например, давлении, температуре, потоке воздуха и т.п.) отдельно взятых цилиндров в группе. В результате, охлаждение цилиндров двигателя может быть неравномерным. В некоторых примерах, как будет подробнее разъяснено ниже на примере ФИГ. 5, неверное распределение воды, впрыснутой выше по потоку от группы цилиндров, можно выявлять и компенсировать по результатам сравнения выходных сигналов датчиков детонации и датчиков кислорода во впускном воздухе, соединенных с каждым цилиндром группы.
На ФИГ. 5 раскрыт пример способа 500 для впрыска воды в двигатель. Впрыск воды может включать в себя впрыск воды посредством одной или нескольких водяных форсунок системы впрыска воды, например, системы 60 впрыска воды на ФИГ. 1. Инструкции для реализации способа 500 и остальных раскрытых в настоящем описании способов может осуществлять контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например датчиков, раскрытых выше на примерах ФИГ. 1, 2, 3 или 4. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя согласно раскрытым ниже способам. Например, контроллер может направить сигнал исполнительному устройству для изменения длительности импульса водяной форсунки и момента впрыска воды. Способ обеспечивает возможность впрыска воды во впускной коллектор двигателя в виде множества импульсов, при этом импульсный впрыск регулируют относительно фаз газораспределения впускных клапанов цилиндров, в которые поступает вода, в зависимости от данных обратной связи от датчика кислорода во впускном коллекторе и датчика детонации.
Выполнение способа 500 начинают на шаге 502 с оценки и/или измерения параметров работы двигателя. В число оцениваемых параметров работы двигателя могут входить: давление в коллекторе (ДВК), воздушно-топливное отношение (ВТО), момент зажигания, количество впрыскиваемого топлива или момент впрыска, расход рециркуляции отработавших газов (РОГ), массовый расход воздуха (МРВ), температура заряда в коллекторе (ТЗК), частота вращения и/или нагрузка двигателя, требуемый водителем крутящий момент, температура двигателя, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов и т.п.
Далее, на шаге 504, способ предусматривает определение того, в наличии ли условия для впрыска воды. Можно считать, что условия для впрыска воды в наличии, если нагрузка двигателя выше пороговой, а момент зажигания установлен с запаздыванием (например, относительно ОМЗ) на величину больше пороговой. Определение того, в наличии ли условия для впрыска воды, также может включать в себя определение того, запрошен ли впрыск воды. В одном примере впрыск воды может быть запрошен, если температура в коллекторе выше порогового уровня. Кроме того, впрыск воды может быть запрошен, если достигнута пороговая частота вращения или нагрузка двигателя. В другом примере впрыск воды может быть запрошен, если уровень детонации в двигателе выше порога (или предрасположенность к детонации в цилиндре выше порога). Кроме того, впрыск воды может быть запрошен, если температура отработавших газов выше пороговой, причем пороговая температура представляет собой температуру, при превышении которой возможно ухудшение характеристик компонентов двигателя ниже по потоку от цилиндров. Кроме того, воду можно впрыскивать, если опосредованно определенное октановое число используемого топлива ниже порога.
Помимо определения того, создают ли параметры работы двигателя условия для впрыска воды, контроллер также может определить, в наличии ли запас воды для впрыска. Наличие запаса воды для впрыска можно определять по выходным сигналам множества датчиков, например, датчика уровня воды и/или датчика температуры воды, расположенных в водяном накопительном баке системы впрыска воды двигателя (например, датчика 65 уровня воды и датчика 67 температуры воды на ФИГ. 1). Например, запас воды для впрыска в водяном накопительном баке может отсутствовать в условиях низкой температуры (например, когда температура воды в баке ниже порогового уровня, причем пороговый уровень равен температуре замерзания или близок к ней). В другом примере уровень воды в водяном накопительном баке может быть ниже порогового, причем в основе порогового уровня лежит количество воды, требуемое для события впрыска или периода циклов впрыска. Если уровень воды в водяном накопительном баке ниже порогового, впрыск воды может быть блокирован, и может быть указано, что нужна дозаправка бака.
Если условия для впрыска воды не будут подтверждены, или если запас воды отсутствует, на шаге 506 водяные форсунки оставляют выключенными, и продолжают эксплуатировать двигатель без впрыска воды. Это включает в себя регулирование параметров работы двигателя без впрыска воды. Например, если впрыск воды был нужен для подавления детонации, но не был возможен (например, из-за отсутствия запаса воды), в число регулировок работы двигателя могут входить: обогащение воздушно-топливного отношения в цилиндре, в котором происходит детонация, и/или уменьшение величины прохода дросселя для понижения давления в коллекторе, и/или изменение в сторону запаздывания момента зажигания цилиндра, где происходит детонация, для борьбы с ней.
Если условия для впрыска воды будут подтверждены, и запас воды в наличии, способ следует на шаг 508 для включения водяных форсунок. Например, может быть включена водяная форсунка в коллекторе, выполненная с возможностью впрыска воды во впускной коллектор. Затем форсунка может равномерно подавать воду во все цилиндры двигателя ниже по потоку от форсунки, либо подачу воды можно отрегулировать в зависимости от данных из многомерной характеристики двигателя, найденных в памяти контроллера. Например, воду можно впрыскивать в виде одного импульса за рабочий цикл двигателя (для всех событий открытия впускных клапанов для всех цилиндров ниже по потоку от форсунки). В качестве другого примера, форсунка может подавать воду в виде серии импульсов, синхронизированных с открытием впускного клапана каждого цилиндра ниже по потоку от форсунки. Например, воду можно впрыскивать во впускной коллектор двигателя в виде множества импульсов с равным интервалом, содержащих равное количество воды, из включенной водяной форсунки. Или же подачу импульсов (в том числе - момент и величину каждого импульса подачи воды) можно определять в зависимости от многомерной характеристики двигателя в памяти контроллера.
В одном примере конфигурации водяная форсунка в коллекторе выполнена с возможностью впрыска воды во впускной коллектор выше по потоку и от первого, и от второго цилиндров. Импульсный впрыск воды может включать в себя впрыск первого количества воды в качестве первого импульса, момент которого совмещен с открытием впускного клапана первого цилиндра, и второго количества воды в качестве второго импульса, момент которого совмещен с открытием впускного клапана второго цилиндра. В данном случае равномерно фазированные первый и второй импульсы могут иметь одинаковую длительность. В других примерах, в которых двигатель выполнен с водяной форсункой первого коллектора выше по потоку от первой группы цилиндров и водяной форсункой второго коллектора выше по потоку от второй группы цилиндров (как в примерах конфигураций форсунок на ФИГ. 2-3), контроллер может подавать воду в виде первого импульса впрыска первого количества посредством первой форсунки выше по потоку от первой группы цилиндров и второго импульса впрыска второго количества посредством второй форсунки выше по потоку от второй группы цилиндров. В данном случае равномерно фазированные первый и второй импульсы также могут иметь одинаковую длительность.
Например, контроллер может вычислить количество воды для подачи во время каждого импульса для каждого цилиндра или определить общее количество впрыскиваемой воды для всех цилиндров и разделить его на число цилиндров. Контроллер может далее определить момент каждого импульса так, чтобы он был совмещен с моментом открытия впускного клапана каждого (соответствующего) цилиндра.
Как сказано выше, в альтернативном варианте импульсы можно регулировать в зависимости от многомерной характеристики двигателя. Это включает в себя регулирование импульсов (момента и/или количества) в зависимости от различий в положении цилиндров вдоль блока цилиндров двигателя, порядка зажигания цилиндров, потока воздуха, температуры, а также истории детонации. В число данных многомерной характеристики двигателя могут входить данные, находимые в каждом цикле езды и обновляемые после каждого цикла езды. Например, первое и второе количества воды, впрыскиваемые при первом и втором импульсах соответственно, можно определять индивидуально в зависимости от параметров работы первого и второго цилиндров (или групп цилиндров), например в зависимости от уровня потока воздуха и/или массового расхода воздуха в соответствующие цилиндры (или группу цилиндров), давления в соответствующих цилиндрах (или группе цилиндров), температуры соответствующих цилиндров (или группы цилиндров), уровня детонации в соответствующих цилиндрах (или группе цилиндров), количества впрыскиваемого топлива в соответствующих цилиндрах (или группе цилиндров) и т.п. В данном случае первое и второе количества могут не быть одинаковыми. В одном примере, в котором многомерная характеристика двигателя указывает на то, что первый цилиндр имеет более высокую предрасположенность к детонации, чем второй цилиндр, первое количество можно увеличить относительно второго. В другом примере, в котором многомерная характеристика двигателя указывает на то, что первый цилиндр имеет тенденцию работать с более высокой средней температурой цилиндра, чем второй, первое количество можно увеличить относительно второго. В качестве еще одного примера, если многомерная характеристика двигателя указывает на наличие тенденции к поступлению в первый цилиндр воздуха с меньшим массовым расходом, чем во второй цилиндр, первое количество можно увеличить относительно второго.
В контексте настоящего описание, первое и второе количества воды, впрыскиваемые при первом и втором импульсах, а также первый и второй моменты импульсов, могут соответствовать исходному количеству и моменту импульсов впрыска воды, определяемым в зависимости от многомерной характеристики двигателя для цилиндров. Каждый двигатель может иметь разное строение цилиндра, а также разное строение (например, геометрию) впускного тракта для каждого цилиндра, результатом чего являются различия в распределении воды в каждый цилиндр (например, группы) из общей водяной форсунки. Например, каждый из цилиндров группы цилиндров может быть расположен на отличном от других расстоянии от водяной форсунки, соединенной с группой цилиндров, и/или каждый впускной тракт может иметь отличную от других форму или кривизну, влияющие на то, как впрыснутая вода поступает в соответствующий цилиндр. Кроме того, форсунка может быть расположена под разным углом относительно каждого цилиндра в группе цилиндров. Поэтому исходный момент импульсного впрыска и исходное количество воды, подаваемое при каждом импульсе (которое может быть разным для разных цилиндров в группе), можно определять в зависимости от известного строения двигателя. Из-за различий в подаче воды эффекты охлаждения заряда и разбавления от впрыснутого импульса подачи воды в каждом из цилиндров могут быть отличны от других. Результатом этого могут быть различия в возникновении детонации. Например, детонация в цилиндре, получающем меньше воды, чем предусмотрено, может быть больше (иметь более высокую интенсивность и/или частоту), чем в цилиндре, получающем больше воды, чем предусмотрено (или получающем предусмотренное количество воды). Как подробно раскрыто ниже, неверное распределение воды в двигателе находят по межцилиндровым отклонениям детонации после впрыска воды. Одновременное нахождение транспортной задержки для каждого импульса в цилиндрах с дисбалансом, например, по изменениям эффекта разбавления от каждого импульса подачи воды, позволяет компенсировать данное неверное распределение во время последующих впрысков воды.
На шаге 510, после впрыска исходных количеств воды в моменты, совпадающие с открытием впускного клапана соответствующих цилиндров, можно определить, имеет ли место какой-либо межцилиндровый дисбаланс (указывающий на неверное распределение воды). В одном примере наличие межцилиндрового дисбаланса указывают на основании различий между выходным сигналом датчика детонации, соединенного с первым цилиндром, и выходного сигнала датчика детонации, соединенного со вторым цилиндром. Например, если после первого импульса подачи воды, детонация в первом цилиндре больше ожидаемой, может быть установлено, что количество воды, поступившее в первый цилиндр, меньше впрыснутого. В качестве другого примера, если после второго импульса подачи воды, детонация во втором цилиндре больше ожидаемой, может быть установлено, что количество воды, поступившее во второй цилиндр, меньше впрыснутого. Неограничивающими примерами причин того, что количество воды, поступившей в цилиндры с наличием дисбаланса, может быть меньше впрыснутого, могут служить: образование луж воды вблизи источника впрыска, из-за чего до цилиндра доходит меньше воды, различия в строении цилиндров и впускных трактов, результатом чего является поступление в цилиндр меньшей части воды во время открытия впускного клапана и т.п.Кроме того, как сказано выше, строение трактов впускного коллектора может само по себе приводить к неравномерному распределению воды из форсунки в расположенные ниже по потоку цилиндры. В другом примере, неверное распределение воды может возникать из-за различий угла, под которым водяная форсунка выше по потоку от цилиндров расположена относительно каждого из трактов. Выявленные различия интенсивности детонации в отдельно взятых цилиндрах могут быть соотнесены с межцилиндровым дисбалансом подачи воды. В других примерах наличие межцилиндрового дисбаланса может быть указано на основании различия адаптивного регулирования зажигания в каждом из цилиндров двигателя после впрыска воды. В этом случае различия в использовании запаздывания зажигания в отдельно взятых цилиндрах могут быть соотнесены с межцилиндровым дисбалансом. Например, если изменение в сторону запаздывания момента зажигания первого цилиндра больше ожидаемого после первого импульса подачи воды, может быть установлено, что в первый цилиндр поступило меньше воды, чем было впрыснуто. В качестве другого примера, если изменение в сторону запаздывания момента зажигания второго цилиндра больше ожидаемого после второго импульса подачи воды, может быть установлено, что во второй цилиндр поступило меньше воды, чем было впрыснуто.
Например, может быть определено стандартное отклонение выходных сигналов детонации, относящихся к разным цилиндрам, и, если стандартное отклонение выше порогового, может быть указано наличие дисбаланса воды. В еще одном примере, если выходной сигнал детонации, относящийся к отдельно взятому цилиндру, отличен от среднего значения всех выходных сигналов детонации, относящихся ко всем цилиндрам группы, на пороговую величину, может быть указано, что в данный отдельно взятый цилиндр поступает больше или меньше воды, чем в остальные цилиндры в группе. В другом примере неверное распределение воды в группе цилиндров, соединенной с водяной форсункой, можно определить по отличиям запаздывания зажигания в отдельно взятых цилиндрах от ожидаемой величины, при этом ожидаемая величина зависит от многомерной характеристики двигателя.
Если не будет выявлено каких-либо отклонений в интенсивности детонации или использовании запаздывания зажигания, на шаге 512 способ предусматривает указание того, что неверное распределение впрыскиваемой воды отсутствует. Кроме того, можно обновить многомерную характеристику двигателя по результатам последней по времени оценки интенсивностей детонации и использования запаздывания зажигания в отдельно взятых цилиндрах.
Если будет выявлен межцилиндровый дисбаланс, на шаге 514 способ предусматривает нахождение дисбаланса распределения воды между цилиндрами по межцилиндровому отклонению интенсивности детонации или использованию запаздывания зажигания. Например, недостаток воды в цилиндре может быть найден по разности фактической и ожидаемой интенсивностей детонации, когда фактическая интенсивность детонации выше ожидаемой. В качестве другого примера, недостаток воды в цилиндре может быть найден по разности фактической применяемой степени запаздывания момента зажигания и ожидаемой степени запаздывания момента зажигания.
На шаге 516, после подтверждения наличия неверного распределения воды, импульсный впрыск воды повторяют для нахождения транспортной задержки для каждого из цилиндров с дисбалансом. Это включает в себя подачу импульса водяной форсунке, расположенной во впускном коллекторе выше по потоку от датчика кислорода во впускном коллекторе, для подачи некоторого количества воды за некоторое множество импульсов из форсунки. Как и предыдущий впрыск воды, текущий впрыск воды может включать в себя первый импульс, подаваемый в первый цилиндр, и второй импульс, подаваемый во второй цилиндр. Подачу импульсов можно регулировать относительно фаз газораспределения впускных клапанов цилиндров в зависимости от многомерной характеристики двигателя, а также выходного сигнала детонации после более раннего впрыска воды. И первое количество, и исходный момент первого импульса можно отрегулировать в зависимости от многомерной характеристики двигателя, а также от выходного сигнала датчика детонации, соединенного с первым цилиндром, после впрыска. Аналогичным образом, и второе количество, и исходный момент второго импульса можно отрегулировать в зависимости от многомерной характеристики двигателя, а также от выходного сигнала датчика детонации, соединенного со вторым цилиндром, после впрыска
В одном примере контроллер может увеличить количество впрыскиваемой воды для импульса, соответствующего открытию впускного клапана цилиндра, для компенсации выявленного в этом цилиндре недостатка воды по сравнению с другими цилиндрами. То, что количество воды в одном цилиндре меньше, чем в других цилиндрах в группе, может быть выявлено на основании того, что выходной сигнал датчика детонации от этого цилиндра превышает выходные сигналы от других цилиндров, или того, что степень применяемого запаздывания зажигания для этого цилиндра превышает запаздывание зажигания, применяемое для других цилиндров. В другом примере контроллер может уменьшить количество впрыскиваемой воды для импульса, соответствующего открытию впускного клапана цилиндра, для компенсации выявленного в этом цилиндре избытка воды относительно других цилиндров. То, что количество воды в одном цилиндре больше, чем в других цилиндрах в группе, может быть выявлено на основании того, что выходной сигнал датчика детонации от этого цилиндра ниже, чем сигналы от других цилиндров.
На шаге 518 способ предусматривает отслеживание ответного сигнала датчика кислорода во впускном воздухе во время импульсного впрыска воды. Датчик кислорода во впускном воздухе можно эксплуатировать в номинальном режиме или режиме регулируемого напряжения во время импульсного впрыска воды. В одном примере номинальный режим эксплуатации датчика O2BB может быть выбран в первом состоянии импульсного впрыска воды. Эксплуатация в номинальном режиме включает в себя эксплуатацию датчика при фиксированном опорном напряжении (например, 450 мВ) и определение количества впрыскиваемой воды по уменьшению концентрации кислорода. В другом примере, режим регулируемого напряжения может быть выбран во втором, другом, состоянии импульсного впрыска воды. Эксплуатация в режиме регулируемого напряжения включает в себя попеременную подачу датчику первого, более низкого, опорного напряжения (например, 450 мВ) и второго, более высокого, опорного напряжения (например, 950 мВ) для определения количества впрыскиваемой воды по избытку кислорода, образующемуся в результате диссоциации при данном более высоком напряжении. Поскольку датчик выполнен с возможностью определения присутствия кислорода во впускном воздухе, во время импульсного впрыска воды может происходить изменение выходного сигнала датчика, отражающее изменение разбавления или содержания воды (в частности, дополнительный кислород, поступивший в воздух в результате диссоциации воды на датчике с образованием кислорода) в воздухе. Таким образом, ожидают, что датчик кислорода во впускном воздухе определит величину разбавления, соответствующую количеству воды, впрыснутой импульсом в момент, соответствующий открытию впускного клапана расположенного ниже по потоку цилиндра. Если величина определенного разбавления не соответствует ожидаемому разбавлению, и/или момент разбавления не совмещен с открытием впускного клапана расположенного ниже по потоку цилиндра, это может быть обусловлено транспортной задержкой при впрыске воды.
Поэтому на шаге 520 способ предусматривает нахождение транспортной задержки для каждого из множества импульсов (для каждого из множества цилиндров) по выходному сигналу от датчика кислорода во впускном коллекторе во время импульсного впрыска воды. Например, нахождение включает в себя: нахождение первой транспортной задержки для первого импульса в первый цилиндр по выходному сигналу датчика кислорода во впускном коллекторе при открытии впускного клапана первого цилиндра, и нахождение второй транспортной задержки для второго импульса во второй цилиндр по выходному сигналу датчика кислорода во впускном коллекторе при открытии впускного клапана второго цилиндра. На шаге 522 способ предусматривает обновление многомерной характеристики двигателя в памяти контроллера с учетом найденной транспортной задержки.
Например, если выходной сигнал датчика кислорода во впускном коллекторе указывает на то, что ожидаемое разбавление не достигнуто во время открытия впускного клапана первого цилиндра, но эффект разбавления возникает позднее открытия впускного клапана, может быть найдена транспортная задержка по разности степени разбавления во время открытия впускного клапана (например, по тому, насколько фактическое разбавление меньше ожидаемого во время открытия впускного клапана). Дополнительно или альтернативно, транспортная задержка может быть найдена по разности (в данном случае - задержки) момента фактического эффекта разбавления и ожидаемого момента (при открытии впускного клапана). Затем можно обновить транспортную задержку для первого цилиндра, сохраненную в многомерной характеристике двигателя, на коэффициент, в основе которого лежит найденная транспортная задержка. В качестве другого примера, если выходной сигнал датчика кислорода во впускном коллекторе указывает на то, что ожидаемое разбавление не достигнуто во время открытия впускного клапана первого цилиндра, но эффект разбавления возникает до открытия впускного клапана, может быть найдено транспортное опережение по разности степени разбавления во время открытия впускного клапана (например, по тому, насколько фактическое разбавление больше ожидаемого во время открытия впускного клапана). Дополнительно или альтернативно, может быть найдена транспортная задержка по разности момента фактического эффекта разбавления и ожидаемого момента (при открытии впускного клапана). Далее транспортная задержка для первого цилиндра, сохраненная в многомерной характеристике двигателя, может быть обновлена на коэффициент, в основе которого лежит найденное транспортное опережение.
В еще одном примере, когда датчик эксплуатируют в режиме регулируемого напряжения, разность выходного сигнала датчика кислорода во впускном коллекторе при более низком напряжении и выходного сигнала датчика при более высоком напряжении отражает количество избыточной воды в воздухе (из-за диссоциации воды при более высоком напряжении). Если оценочное количество избыточной воды во время открытия клапана меньше ожидаемого (в связи с импульсным впрыском воды в конкретную группу цилиндров) количества воды, может быть сделан вывод о наличии неверного распределения воды. По разности оценочного количества воды и количества впрыснутой воды может быть найдена транспортная задержка. Дополнительно или опционально, транспортная задержка может быть найдена по моменту, когда оценочное количество воды приходит в соответствие с количеством впрыснутой воды, относительно момента открытия впускного клапана.
На шаге 524 способ опционально предусматривает регулирование подачи топлива в двигатель в зависимости от найденной транспортной задержки. Например, подачу топлива в двигатель можно отрегулировать для удовлетворения потребности в разбавлении в двигателе, при этом учитывая величину разбавления, создаваемого посредством впрыска воды, и транспортную задержку при впрыске воды. В дополнительных примерах найденный межцилиндровый дисбаланс может быть компенсирован только за счет регулирования подачи топлива в двигатель и без коррекции профиля впрыска воды. Кроме того, могут быть отрегулированы один или несколько параметров работы двигателя, отличные от впрыска воды, в зависимости от найденной транспортной задержки. Например, если воду впрыскивают в связи с указанием наличия детонации, момент зажигания, и/или фазы газораспределения впускного клапана, и/или фазы газораспределения выпускного клапана могут быть по-разному изменены в сторону опережения в группе цилиндров в зависимости от найденной транспортной задержки.
С шага 522 (или 524) способ следует на шаг 526, на котором определяют, был ли впрыск воды вновь запрошен. Это включает в себя оценку наличия условий для впрыска воды, как раскрыто выше на шаге 504. Если впрыск воды не запрошен, алгоритм совершает возврат на шаг 506 для поддержания водяной форсунки (форсунок) выключенными и эксплуатации двигателя с обновленной многомерной характеристикой двигателя. Если впрыск воды запрошен, на шаге 528, во время последующего впрыска воды, способ предусматривает регулирование первого количества и исходного момента первого импульса в первый цилиндр в зависимости от найденной первой транспортной задержки (для первого цилиндра) и регулирование второго количества и исходного момента второго импульса во второй цилиндр в зависимости от найденной второй транспортной задержки (для второго цилиндра). Кроме того, во время последующего впрыска воды, контроллер может дополнительно отрегулировать первое количество и исходный момент первого импульса в зависимости от второй транспортной задержки (для второго цилиндра) и отрегулировать второе количество и исходный момент второго импульса в зависимости от первой транспортной задержки (для первого цилиндра).
Таким образом, воду можно впрыскивать во впускной коллектор двигателя в виде множества импульсов из водяной форсунки, при этом подачу импульсов регулируют относительно фаз газораспределения впускных клапанов в зависимости от выходных сигналов датчика кислорода во впускном коллекторе и датчика детонации. Например, контроллер двигателя может подать импульс водяной форсунке впускного коллектора для подачи некоторого количества воды в группу цилиндров, при этом момент подачи импульса синхронизируют с моментом открытия впускного клапана каждого цилиндра группы цилиндров, при этом указанные количество и момент регулируют в зависимости от выходных сигналов от датчика кислорода во впускном коллекторе и датчика детонации. Подачу импульса можно осуществлять в связи с указанием наличия межцилиндрового дисбаланса, при этом его наличие указывают на основании сигнала датчика детонации. В данном случае подача импульсов может включать в себя: подачу исходного импульса водяной форсунке впускного коллектора для подачи первого количества воды в первый момент, синхронизированный с моментом открытия впускного клапана каждого цилиндра группы цилиндров; нахождение межцилиндрового дисбаланса по выходному сигналу от датчика детонации после подачи исходного импульса; подачу последующего импульса водяной форсунке впускного коллектора для подачи второго количества воды во второй момент в зависимости от найденного межцилиндрового дисбаланса; нахождение транспортной задержки для каждого импульса, подаваемого в качестве последующего импульса, по выходному сигналу датчика кислорода после подачи последующего импульса; и подачу заключительного импульса водяной форсунке впускного коллектора для подачи третьего количества воды в третий момент в зависимости от найденной транспортной задержки для уменьшения найденного межцилиндрового дисбаланса. Регулирование количества и момента импульса по выходному сигналу от датчика кислорода во впускном коллекторе может включать в себя изменение количества и момента от исходного количества и исходного момента до заключительного количества и заключительного момента в зависимости от расхождения ожидаемого и фактического разбавления в двигателе, при этом фактическое разбавление в двигателе определяют по выходному сигналу датчика кислорода, при этом ожидаемое разбавление зависит от исходного количества, а также от исходного момента относительно момента открытия впускного клапана.
Диаграмма 600 на ФИГ. 6 иллюстрирует регулировки количества и момента импульсного впрыска воды для уменьшения неравномерного распределения впрыснутой воды в группе цилиндров, соединенной с форсункой. Регулировки осуществляют путем компенсации транспортных задержек воды для отдельно взятых цилиндров, найденных по выходным сигналам от датчика кислорода во впускном коллекторе.
В число рабочих параметров, иллюстрируемых на диаграмме 600, входят: впрыск воды на кривой 602, высота подъема клапана цилиндра для каждого из четырех цилиндров на кривых 604-610, сигналы детонации (например, выходные сигналы детонации датчика детонации) для каждого из четырех цилиндров на кривых 612-618 и сигнал кислорода во впускном воздухе (или уровня разбавления) (например, ток накачки, выдаваемый датчиком кислорода во впускном воздухе) на кривой 620. В изображенном примере импульсы впрыска воды синхронизированы с подъемом клапана для каждого цилиндра. Кроме того, в данном примере воду можно впрыскивать выше по потоку от всех цилиндров 1-4 (например, посредством форсунки коллектора, расположенной во впускном коллекторе выше по потоку от всех цилиндров 1-4). Для каждого рабочего параметра, время указано по горизонтальной оси, а значения соответствующего рабочего параметра - по вертикальной оси.
Между t0 и t1 происходит равномерный впрыск воды выше по потоку от каждого цилиндра (например, во впускном коллекторе) в связи с запросом впрыска воды и отслеживание интенсивности сигнала детонации. Воду можно впрыскивать путем подачи форсунке импульсов одинаковой длительности для формирования импульсов Р1-Р4 в моменты (соответствующие равным интервалам), синхронизированные с открытием впускных клапанов цилиндров 1-4 соответственно. Это обеспечивает возможность подачи нескольких импульсов воды единственной форсункой, расположенной выше по потоку от цилиндров 1-4.
Относящиеся к конкретным цилиндрам сигналы детонации отслеживают между t1 и t4 для построения многомерной характеристики двигателя. В данном примере сигналы 612 (сплошная линия) и 616 (линия с длинными штрихами) детонации для цилиндров 1 и 3 соответственно выходят за пределы средней интенсивности детонации, а сигналы 614 (линия с короткими штрихами) и 618 (штриховая и пунктирная линия) детонации для цилиндров 2 и 4 соответственно равны или приблизительно равны средней интенсивности детонации (ожидаемой средней интенсивности детонации для всех 4 цилиндров). В частности, сигнал 612 детонации для цилиндра 1 выше среднего, что указывает на то, что цилиндр 1 больше предрасположен к детонации, а сигнал 616 детонации для цилиндра 3 ниже среднего, что указывает на то, что цилиндр 3 меньше предрасположен к детонации. Иными словами, между цилиндрами 1 и 3 существует дисбаланс.
По данным обратной связи о работе двигателя от множества датчиков, в том числе - датчиков детонации, контроллер может построить многомерную характеристику двигателя и адаптивно регулировать количество впрыскиваемой воды или цилиндры. В частности, между t1 и t2 контроллер может увеличить количество впрыскиваемой воды для цилиндра 1, в результате чего длительность импульса Р1' будет больше, чем у соответствующего более раннего импульса Р1. Аналогичным образом, контроллер может уменьшить количество впрыскиваемой воды для цилиндра 3, в результате чего длительность импульса Р3' будет меньше, чем у соответствующего более раннего импульса Р3. Длительность импульсов впрысков для цилиндров 2 и 4 оставляют без изменений, поэтому длительности импульсов Р2' и Р4' равны длительностям импульсов Р2 и Р4 соответственно. В данном примере импульсы Р1'-Р4' повторяют один раз. В связи с впрыском воды, между t1 и t2 возможно снижение сигнала интенсивности детонации.
В связи с указанием наличия межцилиндрового дисбаланса, между t1 и t2 также отслеживают уровни кислорода во впускном воздухе (или разбавление) по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе. Ответный сигнал ожидаемого разбавления от датчика кислорода во впускном воздухе представлен штриховой кривой 622. Ответный сигнал ожидаемого разбавления содержит пики разбавления, чья амплитуда коррелирует с импульсами подачи воды Р1', Р2', Р3' и Р4'. Кроме того, ожидаемый момент пиков разбавления должен быть совмещен с моментом открытия впускного клапана соответствующих цилиндров. При этом ответный сигнал фактического разбавления (представленный на кривой 620) отличен от ответного сигнала ожидаемого разбавления. А именно, пиковая интенсивность пика разбавления, соответствующего импульсу Р1', наступает позднее ожидаемого момента, в результате чего имеет место задержка D1a (в первом цикле) и задержка D1b (во втором цикле). Средняя задержка D1 для данного цилиндра (1) может быть найдена как статистическое среднее задержки D1a и задержки D1b. При этом пиковая интенсивность пика разбавления, соответствующего импульсу Р3', наступает раньше ожидаемого момента, результатом чего является опережение L3a (в первом цикле) и опережение L3b (во втором цикле). Среднее опережение L3 для данного цилиндра (3) может быть найдено как статистическое среднее опережения L3a и опережения L3b. Момент пиков разбавления для импульсов Р2 и Р4 может соответствовать ожидаемому моменту. Затем обновляют многомерную характеристику двигателя для указанных цилиндров с учетом найденных различий в интенсивности детонации, соответствующего межцилиндрового дисбаланса и соответствующих транспортных задержек или опережений. Можно соответствующим образом обновить базовый коэффициент транспортной задержки для каждого цилиндра, например, на постоянную, определяемую как функция от найденной задержки или опережения.
Между t2 и t3 впрыск воды выключен. При этом из-за изменения параметров работы двигателя между t2 и t3, в цилиндрах 1 и 3 может происходить детонация (на что указывает возрастание относящихся к ним сигналов детонации).
Для борьбы с детонацией, после t3 возобновляют впрыск воды. При этом для уменьшения межцилиндрового дисбаланса из-за неверного распределения воды, фазирование и амплитуду импульсов впрыска воды для уменьшения детонации регулируют в соответствии с обновленной многомерной характеристикой двигателя. Например, в цилиндр 1 поступает вода в соответствии с длительностью импульса Р1', соответствующей длительности импульса Р1', отрегулированной для конкретного цилиндра. Кроме того, момент впрыска импульса Р1'' регулируют в сторону опережения (относительно момента впрыска импульса Р1') для компенсации транспортной задержки D1. В качестве другого примера, в цилиндр 3 поступает вода в соответствии с длительностью импульса Р3'', соответствующей длительности импульса Р3', отрегулированной для конкретного цилиндра. Кроме того, момент впрыска импульса Р3'' изменяют в сторону запаздывания (относительно момента впрыска импульса Р3') для компенсации транспортного опережения L3.
В другом примере контроллер может компенсировать транспортную задержку D1 путем дополнительного увеличения длительности импульса Р1'' и компенсировать транспортное опережение L3 путем дополнительного уменьшения длительности импульса Р3''. В других примерах контроллер может перенести импульс на более раннее время. В этом случае смещение по времени служит для компенсации транспортной задержки.
Таким образом, впрыск воды во впускном коллекторе можно регулировать в связи с неравномерным распределением воды между цилиндрами, соединенными с впускным коллектором. Сравнение таких параметров работы двигателя, как выходной сигнал датчика детонации для разных цилиндров после равномерного импульсного впрыска воды позволяет выявить неравномерное распределение воды между цилиндрами. Синхронизация импульсного впрыска воды в коллектор с моментом открытия впускного клапана каждого цилиндра и отслеживание изменений эффекта разбавления во впускном коллекторе посредством датчика кислорода во впускном воздухе позволяет точно находить и компенсировать транспортные задержки, характерные для конкретных цилиндров и являющиеся причиной неравномерного распределения воды. Технический результат, достигаемый последующим регулированием впрыска воды в связи с неравномерным распределением воды в зависимости от найденной транспортной задержки, состоит в возможности регулирования количеств впрыскиваемой воды и моментов впрыска для отдельно взятых цилиндров для уменьшения дисбаланса. Уменьшение неверного распределения воды позволяет обеспечивать желаемые преимущества от впрыска воды, например - уменьшение предрасположенности к детонации и повышение эффективности двигателя, в более широком диапазоне рабочих состояний двигателя. Кроме того, можно повысить эффективность использования воды в двигателе.
Пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: впрыскивают воду во впускной коллектор двигателя в виде множества импульсов из водяной форсунки, при этом подачу импульсов регулируют относительно фаз газораспределения впускных клапанов в зависимости от выходного сигнала от датчика кислорода во впускном коллекторе. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, впрыск включает в себя подачу импульса водяной форсунке, расположенной во впускном коллекторе двигателя выше по потоку от датчика кислорода во впускном коллекторе, для подачи некоторого количества воды за множество импульсов. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, впрыск включает в себя впрыск первого количества воды в качестве первого импульса, при этом исходный момент первого импульса совмещен с открытием впускного клапана первого цилиндра, и впрыск второго количества воды в качестве второго импульса, при этом исходный момент второго импульса совмещен с открытием впускного клапана второго цилиндра. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, первое количество и второе количество зависят от многомерной характеристики двигателя для первого и второго цилиндра, при этом многомерная характеристика двигателя включает в себя местоположение первого цилиндра относительно второго цилиндра вдоль блока цилиндров двигателя, порядок зажигания первого цилиндра относительно второго цилиндра и историю детонации первого цилиндра относительно второго цилиндра. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, первое количество и исходный момент первого импульса также зависят от выходного сигнала датчика детонации, соединенного с первым цилиндром, после впрыска, причем второе количество и исходный момент второго импульса также зависят от выходного сигнала датчика детонации, соединенного со вторым цилиндром, после впрыска. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаг, на котором находят транспортную задержку для каждого из множества импульсов по выходному сигналу от датчика кислорода во впускном коллекторе. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, нахождение включает в себя нахождение первой транспортной задержки для первого импульса в первый цилиндр по выходному сигналу датчика кислорода во впускном коллекторе при открытии впускного клапана первого цилиндра, и нахождение второй транспортной задержки для второго импульса во второй цилиндр по выходному сигналу датчика кислорода во впускном коллекторе при открытии впускного клапана второго цилиндра. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаги, на которых: во время последующего впрыска воды регулируют первое количество и исходный момент первого импульса в зависимости от первой транспортной задержки, и регулируют второе количество и исходный момент второго импульса в зависимости от второй транспортной задержки. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаги, на которых: во время последующего впрыска воды регулируют первое количество и исходный момент первого импульса в зависимости от второй транспортной задержки, и регулируют второе количество и исходный момент второго импульса в зависимости от первой транспортной задержки. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, подачу импульсов осуществляют в ответ на нагрузку двигателя выше пороговой и момент зажигания, установленный с запаздыванием на величину больше пороговой, при этом в способе дополнительно регулируют подачу топлива в двигатель и/или изменяемые фазы кулачкового распределения (ИФКР) в зависимости от найденной транспортной задержки.
Другой пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: подают импульсы водяной форсунке впускного коллектора для подачи некоторого количества воды в группу цилиндров, при этом момент подачи импульсов синхронизируют с моментом открытия впускного клапана каждого цилиндра группы цилиндров, при этом указанные количество и момент регулируют в зависимости от выходных сигналов от датчика кислорода во впускном коллекторе и датчика детонации. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, подачу импульсов осуществляют в ответ на указание наличия межцилиндрового дисбаланса, при этом данное указание зависит от сигнала датчика детонации. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, подача импульсов включает в себя подачу исходных импульсов водяной форсунке впускного коллектора для подачи первого количества воды в первый момент, синхронизированный с моментом открытия впускного клапана каждого цилиндра группы цилиндров; нахождение межцилиндрового дисбаланса по выходному сигналу от датчика детонации после подачи исходных импульсов; подачу последующих импульсов водяной форсунке впускного коллектора для подачи второго количества воды во второй момент в зависимости от найденного межцилиндрового дисбаланса; нахождение транспортной задержки для каждого импульса последующих импульсов по выходному сигналу датчика кислорода после подачи последующих импульсов; и подачу заключительных импульсов водяной форсунке впускного коллектора для подачи третьего количества воды в третий момент в зависимости от найденной транспортной задержки для уменьшения найденного межцилиндрового дисбаланса. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, регулирование указанных количества и момента в зависимости от выходного сигнала от датчика кислорода во впускном коллекторе включает в себя регулирование количества и момента от исходного количества и исходного момента до заключительного количества и заключительного момента в зависимости от расхождения ожидаемого и фактического разбавления в двигателе, при этом фактическое разбавление в двигателе зависит от выходного сигнала датчика кислорода, при этом ожидаемое разбавление зависит от исходного количества, а также от исходного момента относительно момента открытия впускного клапана.
Другой пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: впрыскивают воду во впускной коллектор двигателя; находят дисбаланс впрыска воды между цилиндрами по интенсивностям детонации каждого отдельного цилиндра после впрыска; и компенсируют найденный дисбаланс с помощью датчика кислорода во впускном воздухе. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, впрыск включает в себя впрыск первого количества воды в виде нескольких импульсов, фазированных в зависимости от многомерной характеристики двигателя каждого отдельного цилиндра. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, компенсация с помощью датчика кислорода во впускном воздухе включает в себя компенсацию в зависимости от расхождения ожидаемого разбавления в двигателе после впрыска и фактического разбавление в двигателе, оцененного посредством датчика кислорода во впускном воздухе. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, указанное расхождение включает в себя первое расхождение величины ожидаемого разбавления в двигателе и величины фактического разбавления в двигателе и второе расхождение между моментом ожидаемого разбавления в двигателе относительно момента открытия впускных клапанов каждого отдельного цилиндра и моментом фактического разбавления в двигателе относительно момента открытия впускных клапанов каждого отдельного цилиндра. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, компенсация также включает в себя впрыск второго количества воды в виде нескольких импульсов, фазированных в зависимости от первого количества и указанного расхождения. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаг, на котором регулируют подачу топлива в двигатель в зависимости от найденного дисбаланса.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая наличие двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) РЕГУЛИРОВАНИЯ ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2702783C2 |
| Способ (варианты) и система для регулирования впрыска воды в двигатель | 2017 |
|
RU2684065C1 |
| Способ (варианты) и система для управления впрыском воды | 2017 |
|
RU2684135C1 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ВЫБОРА МЕСТА ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2699848C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2693282C2 |
| Способ и система для регулирования впрыска воды | 2017 |
|
RU2674856C1 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ВПРЫСКА ВОДЫ В РАЗНЫЕ ГРУППЫ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ | 2017 |
|
RU2689240C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2712550C2 |
| Способ и система для работы каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя | 2018 |
|
RU2705291C2 |
| Способ и система для определения состава антидетонационной жидкости | 2016 |
|
RU2719186C2 |
Предложены способы и системы для нахождения транспортной задержки для отдельно взятых цилиндров, связанной с неверным распределением воды между цилиндрами во время события впрыска воды. По различиям в интенсивности детонации между отдельно взятыми цилиндрами после впрыска воды выявляют неверное распределение воды. Различия в величине и моменте эффекта разбавления в двигателе после впрыска воды в коллектор находят с помощью датчика кислорода во впускном воздухе и учитывают для уменьшения межцилиндрового дисбаланса подачи воды. Изобретение позволяет усилить преимущества от впрыска воды в двигатель за счет оптимизации распределения воды по цилиндрам и улучшить эксплуатационные показатели двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Способ для двигателя, в котором впрыскивают воду во впускной коллектор двигателя в виде множества импульсов из водяной форсунки, при этом подачу импульсов регулируют относительно фаз газораспределения впускных клапанов в зависимости от выходного сигнала от датчика кислорода во впускном коллекторе.
2. Способ по п. 1, в котором впрыск включает в себя подачу импульсов водяной форсунке, расположенной во впускном коллекторе двигателя выше по потоку от датчика кислорода во впускном коллекторе, для подачи некоторого количества воды за множество импульсов.
3. Способ по п. 1, в котором впрыск включает в себя впрыск первого количества воды в качестве первого импульса, при этом исходный момент первого импульса совмещен с открытием впускного клапана первого цилиндра, и впрыск второго количества воды в качестве второго импульса, при этом исходный момент второго импульса совмещен с открытием впускного клапана второго цилиндра.
4. Способ по п. 3, в котором первое количество и второе количество зависят от многомерной характеристики двигателя для первого и второго цилиндра, при этом многомерная характеристика двигателя включает в себя местоположение первого цилиндра относительно второго цилиндра вдоль блока цилиндров двигателя, порядок зажигания первого цилиндра относительно второго цилиндра и историю детонации первого цилиндра относительно второго цилиндра.
5. Способ по п. 4, в котором первое количество и исходный момент первого импульса также зависят от выходного сигнала датчика детонации, соединенного с первым цилиндром, после впрыска, причем второе количество и исходный момент второго импульса также зависят от выходного сигнала датчика детонации, соединенного со вторым цилиндром, после впрыска.
6. Способ по п. 3, в котором дополнительно находят транспортную задержку для каждого из множества импульсов по выходному сигналу от датчика кислорода во впускном коллекторе.
7. Способ по п. 6, в котором указанное нахождение включает в себя нахождение первой транспортной задержки для первого импульса в первый цилиндр по выходному сигналу датчика кислорода во впускном коллекторе при открытии впускного клапана первого цилиндра и нахождение второй транспортной задержки для второго импульса во второй цилиндр по выходному сигналу датчика кислорода во впускном коллекторе при открытии впускного клапана второго цилиндра.
8. Способ по п. 7, в котором дополнительно во время последующего впрыска воды регулируют первое количество и исходный момент первого импульса в зависимости от первой транспортной задержки и регулируют второе количество и исходный момент второго импульса в зависимости от второй транспортной задержки.
9. Способ по п. 8, в котором дополнительно во время последующего впрыска воды регулируют первое количество и исходный момент первого импульса в зависимости от второй транспортной задержки и регулируют второе количество и исходный момент второго импульса в зависимости от первой транспортной задержки.
10. Способ по п. 6, в котором подачу импульсов осуществляют в ответ на нагрузку двигателя выше пороговой и момент зажигания, установленный с запаздыванием на величину больше пороговой, при этом в способе дополнительно регулируют подачу топлива в двигатель и/или изменяемые фазы кулачкового распределения (ИФКР) в зависимости от найденной транспортной задержки.
11. Способ для двигателя, в котором подают импульсы водяной форсунке впускного коллектора для подачи некоторого количества воды в группу цилиндров, при этом момент подачи импульсов синхронизируют с моментом открытия впускного клапана каждого цилиндра группы цилиндров, при этом указанные количество и момент регулируют в зависимости от выходных сигналов от датчика кислорода во впускном коллекторе и датчика детонации.
12. Способ по п. 11, в котором подачу импульсов осуществляют в ответ на указание наличия межцилиндрового дисбаланса, при этом данное указание зависит от сигнала датчика детонации.
13. Способ по п. 11, в котором подача импульсов включает в себя:
подачу исходных импульсов водяной форсунке впускного коллектора для подачи первого количества воды в первый момент, синхронизированный с моментом открытия впускного клапана каждого цилиндра группы цилиндров;
нахождение межцилиндрового дисбаланса по выходному сигналу от датчика детонации после подачи исходных импульсов;
подачу последующих импульсов водяной форсунке впускного коллектора для подачи второго количества воды во второй момент в зависимости от найденного межцилиндрового дисбаланса;
нахождение транспортной задержки для каждого импульса последующих импульсов по выходному сигналу датчика кислорода после подачи последующих импульсов; и
подачу заключительных импульсов водяной форсунке впускного коллектора для подачи третьего количества воды в третий момент в зависимости от найденной транспортной задержки для уменьшения найденного межцилиндрового дисбаланса.
14. Способ по п. 11, в котором регулирование указанных количества и момента в зависимости от выходного сигнала от датчика кислорода во впускном коллекторе включает в себя регулирование количества и момента от исходного количества и исходного момента до заключительного количества и заключительного момента в зависимости от расхождения ожидаемого и фактического разбавления в двигателе, при этом фактическое разбавление в двигателе зависит от выходного сигнала датчика кислорода, при этом ожидаемое разбавление в двигателе зависит от исходного количества, а также от исходного момента относительно момента открытия впускного клапана.
15. Способ для двигателя, в котором
впрыскивают воду во впускной коллектор двигателя;
находят дисбаланс впрыска воды между цилиндрами по интенсивностям детонации каждого отдельного цилиндра после впрыска; и
компенсируют найденный дисбаланс с помощью датчика кислорода во впускном воздухе.
16. Способ по п. 15, в котором впрыск включает в себя впрыск первого количества воды в виде нескольких импульсов, фазированных в зависимости от многомерной характеристики двигателя каждого отдельного цилиндра.
17. Способ по п. 16, в котором компенсация с помощью датчика кислорода во впускном воздухе включает в себя компенсацию в зависимости от расхождения ожидаемого разбавления в двигателе после впрыска и фактического разбавление в двигателе, оцененного посредством датчика кислорода во впускном воздухе.
18. Способ по п. 16, в котором указанное расхождение включает в себя первое расхождение величины ожидаемого разбавления в двигателе и величины фактического разбавления в двигателе и второе расхождение между моментом ожидаемого разбавления в двигателе относительно момента открытия впускных клапанов каждого отдельного цилиндра и моментом фактического разбавления в двигателе относительно момента открытия впускных клапанов каждого отдельного цилиндра.
19. Способ по п. 17, в котором компенсация также включает в себя впрыск второго количества воды в виде нескольких импульсов, фазированных в зависимости от первого количества и указанного расхождения.
20. Способ по п. 15, в котором дополнительно регулируют подачу топлива в двигатель в зависимости от найденного дисбаланса.
| WO 2014080266 A1, 30.05.2014 | |||
| US 20130206100 A1, 15.08.2013 | |||
| DE 102015208476 A1, 10.11.2016 | |||
| JP 2013024094 A, 04.02.2013 | |||
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТАКТОМ РАСШИРЕНИЯ ПАРА | 2002 |
|
RU2304224C2 |
