Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для регулирования момента зажигания двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере одну камеру сгорания, образованную цилиндром и покрытую головкой цилиндров. Сжатие смеси топлива (например, бензина) и воздуха происходит за счет перемещения поршня, расположенного в камере сгорания, к головке цилиндров, во время известного из уровня техники такта сжатия цикла сгорания. Затем подают энергию свече зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси и создания расширяющегося фронта горения в камере сгорания. Воспламенение смеси повышает давление газа в камере сгорания и оттесняет поршень от головки цилиндров в процессе, известном как рабочий ход или ход расширения цикла сгорания.
В состояниях с чрезмерно высокой температурой и/или давлением газов в камере сгорания (например, выше стандартных диапазонов рабочей температуры/давления), возможно воспламенение части топливовоздушной смеси после искрового разряда свечи зажигания во время одного и того же цикла сгорания и за пределами фронта горения, созданного свечой зажигания, в процессе, обычно именуемом «детонация». Результатом детонации является локальный резкий рост давления в области камеры сгорания, где происходит детонация части топливовоздушной смеси. Данный рост давления может привести к ухудшению характеристик двигателя из-за механической эрозии его компонентов.
В число попыток борьбы с ростом давления в камере сгорания входит применение реагирующего на давление поршня в камере сгорания для временного увеличения объема камеры сгорания при росте давления. Один пример решения раскрыт Гэлвином (Galvin) в патенте США 6,907,849. В нем раскрыт поршень, содержащий пружинный сильфон, действующий между поршнем и относящимся к нему шатуном для смещения шатуна в сторону от головки поршня. Другой пример решения раскрыт Янгбладом (Youngblood) в патенте США 4,376,429. В нем раскрыт способ индивидуального регулирования момента зажигания цилиндров двигателя для улучшения показателей работы каждого из цилиндров. Предусмотрена возможность учета межцилиндровых отклонений рабочих характеристик и изменений параметров окружающей среды при выборе момента зажигания цилиндра для повышения крутящего момента и уменьшения детонации.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких систем. В качестве одного примера, пружинный сильфон поршня двигателя, выполненный с возможностью аккумулирования энергии от сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания, например, раскрытый в вышеуказанном патенте '849, может стать причиной снижения отдачи двигателя по крутящему моменту из-за сжатия и расширения пружинного сильфона во время цикла сгорания, в результате чего происходит уменьшение усилия, передаваемого поршнем коленчатому валу. В качестве другого примера, способы уменьшения детонации в двигателе за счет регулирования момента зажигания, например, способ, раскрытый в вышеуказанном патенте '429, не учитывают поведение реагирующего на давление поршня в камере сгорания двигателя. Поскольку реагирующий на давление поршень может уменьшать степень сжатия камеры сгорания в рабочих состояниях с повышенным давлением газов в камере сгорания, вероятность детонации может быть ниже. Регулирование момента зажигания в связи с детонацией без дополнительного регулирования в зависимости от параметров работы реагирующего на давление поршня может привести к установке момента зажигания с чрезмерным опережением или запаздыванием, что, в свою очередь, ведет к снижению КПД двигателя и потенциальному ухудшению его характеристик.
В одном примере вышеуказанные недостатки позволяет преодолеть способ, в котором: оценивают смещающее усилие реагирующего на давление поршня, расположенного в камере сгорания двигателя; и регулируют параметр работы двигателя в зависимости от оценочного смещающего усилия. Таким образом, контроллер двигателя может использовать значение оценочного смещающего усилия поршня для регулирования работы двигателя и улучшения эксплуатационных показателей и/или КПД двигателя.
Например, можно регулировать момент зажигания двигателя в зависимости от оценочного смещающего усилия. Например, момент зажигания можно изменять в сторону опережения или запаздывания в зависимости от оценочного смещающего усилия для уменьшения детонации в камере сгорания. Поршень может содержать уплотненное основание, заключающее в себе сжимаемый газ, при этом газ создает смещающее усилие на верхнюю стенку головки поршня. Контроллер выполнен с возможностью оценки смещающего усилия для различных параметров работы двигателя, например, различных рабочих температур поршня и различных октановых чисел топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Регулирование момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия позволяет увеличить совершаемую двигателем работу и снизить вероятность детонации.
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 цилиндр двигателя, содержащий реагирующий на давление поршень
ФИГ. 2 изображает первый вид и второй вид реагирующего на давление поршня двигателя с верхней стенкой поршня в первом положении на первом виде и верхней стенкой во втором положении на втором виде.
ФИГ. 3 изображает блок-схему примера способа для регулирования момента зажигания камеры сгорания в зависимости от смещающего усилия реагирующего на давление поршня, расположенного в камере сгорания.
ФИГ. 4 изображает графики, иллюстрирующие регулировки момента зажигания камеры сгорания в зависимости от оценочного смещающего усилия реагирующего на давление поршня.
ФИГ. 5 изображает диаграмму, иллюстрирующую регулировки момента зажигания камеры сгорания и оценочного смещающего усилия реагирующего на давление поршня в камере сгорания для топлива с первым октановым числом и топлива со вторым октановым числом.
ФИГ. 6 изображает другой вариант осуществления реагирующего на давление поршня, содержащего механический смещающий элемент.
ФИГ. 2 и ФИГ. 6 выполнены в масштабе, однако, при желании, возможны и другие относительные размеры.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для регулирования работы двигателя внутреннего сгорания в зависимости от оценочного смещающего усилия реагирующего на давление поршня. Двигатель, например, двигатель на ФИГ. 1, может содержать реагирующий на давление поршень, расположенный в камере сгорания. Головка поршня может содержать перемещаемую верхнюю стенку с возможностью смещения в сторону от основания поршня под действием газа (например, воздуха), заключенного в основании, как раскрыто на ФИГ. 2. Перемещаемая верхняя стенка может быть соединена с внутренней поверхностью поршня растяжимым сильфоном. При превышении давлением газа в камере сгорания давления газа внутри основания поршня, перемещаемая верхняя стенка может быть выдавлена в сторону от головки поршня к основанию поршня, за счет чего происходит сжатие газа внутри основания и растяжение сильфона. Давление газа внутри основания поршня на верхнюю стенку поршня (и, следовательно, смещающее усилие газа на верхнюю стенку) может зависеть от температуры согласно уравнению состояния идеального газа PV=nRT. В одном примере, раскрытом на ФИГ. 3, контроллер двигателя выполнен с возможностью оценки смещающего усилия для регулирования момента зажигания камеры сгорания. В некоторых примерах (на ФИГ. 3-4) момент зажигания можно регулировать в зависимости от оценочного смещающего усилия и частоты детонации в камере сгорания. В других примерах (на ФИГ. 5) момент зажигания можно дополнительно регулировать в зависимости от оценочного смещающего усилия и октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. В других примерах поршень может содержать механический смещающий элемент, как раскрыто на ФИГ. 6. Смещающее усилие механического смещающего элемента оценивают в зависимости от температуры механического смещающего элемента, при этом момент зажигания регулируют в зависимости от оценочного смещающего усилия. Таким образом, момент зажигания регулируют в зависимости от оценочного смещающего усилия для повышения величины работы, совершаемой двигателем и снижения частоты детонации в камере сгорания.
На ФИГ. 1 изображен пример камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 можно по меньшей мере частично управлять с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В данном примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 14 (в настоящем раскрытии также именуемый «камера сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. В примере на ФИГ. 1 поршень 138 представляет собой реагирующий на давление поршень, схожий с примером, представленны на ФИГ. 2 и подробнее раскрытым ниже. Коленчатый вал 140 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. С коленчатым валом 140 также может быть соединен стартер (не показан) через маховик для пуска двигателя 10.
Всасываемый воздух может поступать в цилиндр 14 по ряду воздухозаборных каналов 142, 144 и 146. Воздухозаборный канал 146 выполнен с возможностью сообщения и с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В некоторых примерах один или несколько заборных каналов могут содержать устройство наддува, например, турбонагнетатель или механический нагнетатель. Например, на ФИГ. 1 изображен двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, расположенный между заборными каналами 142 и 144, и газовую турбину 176, расположенную вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводить в действие газовая турбина 176 посредством вала 180, если устройство наддува выполнено как турбонагнетатель. Однако в других примерах, где двигатель 10 выполнен с механическим нагнетателем, газовая турбина 176 может необязательно отсутствовать, а компрессор 174 может быть выполнен с механическим приводом от мотора или двигателя. Дроссель 162 с дроссельной заслонкой 164 может быть расположен вдоль какого-либо заборного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как на ФИГ. 1, или выше по потоку от компрессора 174.
В выпускной канал 148 могут поступать отработавшие газы и из других цилиндров двигателя 10 помимо цилиндра 14. Датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 можно выбрать из числа подходящих для определения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например: линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (как показано на фигуре), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), накопитель оксидов азота, устройство снижения токсичности выбросов какого-либо иного типа или их комбинацию.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан содержащим по меньшей мере один подъемный впускной клапан 150 и по меньшей мере один подъемный выпускной клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два подъемных впускных клапана и по меньшей мере два подъемных выпускных клапана в верхней области цилиндра.
Впускным клапаном 150 может управлять контроллер 12 посредством привода 152. Аналогичным образом, выпускным клапаном 156 может управлять контроллер 12 посредством привода 154. В некоторых состояниях контроллер 12 может изменять сигналы, направляемые приводам 152 и 154, для регулирования открытия и закрытия соответственно впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 могут определять соответствующие датчики положения клапанов (не показаны). Приводы клапанов могут быть электрическими или кулачковыми, либо представлять собой какую-либо их комбинацию. Фазы газораспределения впускного и выпускного клапана можно регулировать одновременно, либо использовать возможности изменения фаз кулачкового распределения, двойного независимого изменения фаз кулачкового распределения или фиксированные фазы кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков с возможностью использования одной или нескольких из следующих систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК) с возможностью управления контроллером 12 для регулирования работы клапанов. Например, цилиндр 14 может содержать электроприводной впускной клапан и выпускной клапан с кулачковым приводом, содержащим ППК и/или ИФКР, или наоборот. В других примерах впускные и выпускные клапаны могут иметь общий привод или систему привода, или привод или систему изменения фаз газораспределения.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, представляющую собой отношение объема при нахождении поршня 138 в нижней точке к объему при нахождении поршня в верхней точке. В одном примере степень сжатия лежит в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, где используют разные топлива, степень сжатия может быть выше. Это возможно, например, при использовании топлив с высоким октановым числом или высокой скрытой теплотой парообразования. Степень сжатия также может быть выше при использовании непосредственного впрыска в связи с влиянием последнего на детонацию в двигателе. Кроме того, поскольку поршень 138 представляет собой реагирующий на давление поршень, степень сжатия цилиндра 14 может быть разной в зависимости от давления газов в цилиндре 14 и температуры поршня 138. Например, основание поршня 138 может заключать в себе газ (например, воздух), а верхняя поверхность (например, верхняя стенка) поршня может быть выполнена с возможностью перемещения относительно основания под действием разности давления газа внутри основания и давления газа в камере сгорания. В состояниях, когда давление газа в камере сгорания превышает давление газа внутри основания поршня (например, во время такта сжатия цикла сгорания), может происходить перемещение (например, выдавливание) верхней поверхности поршня из исходного положения в направлении основания поршня, в связи с чем происходит увеличение объема камеры сгорания и уменьшение степени сжатия. В состояниях, когда давление газа в камере сгорания ниже давления газа внутри основания поршня (например, во время такта выпуска цикла сгорания), может происходить перемещение верхней поверхности поршня в направлении от основания поршня к исходному положению, в связи с чем происходит уменьшение объема камеры сгорания. В зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, перемещение верхней поверхности поршня относительно основания может быть больше или меньше, как раскрыто ниже на примере ФИГ. 5.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для воспламенения. Система 190 зажигания выполнена с возможностью подачи искры зажигания в камеру 14 сгорания с помощью свечи 192 зажигания по сигналу опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 в определенных режимах работы. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, в двигателе 10 с возможностью автоматического зажигания или зажигания при впрыске топлива, что может иметь место в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан содержащим две топливные форсунки 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, поступившего из топливной системы 8. Как раскрыто на примерах ФИГ. 2 и 3, топливная система 8 может содержать один или несколько топливных баков, топливных насосов и топливных рамп. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала ДИВТ-1, полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 168. Так топливная форсунка 166 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск топлива (далее также именуемый «НВ») в цилиндр 14 сгорания. Хотя на ФИГ. 1 форсунка 166 показана расположенной сбоку от цилиндра 14, она также может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Такое расположение может способствовать лучшему смешиванию и сгоранию при работе двигателя на спиртосодержащем топливе из-за пониженной испаряемости некоторых спиртосодержащих топлив. Или же форсунка может быть расположена над впускным клапаном или рядом с ним для улучшения смешивания. Топливо может поступать в топливную форсунку 166 из топливного бака топливной системы 8 через топливный насос высокого давления и топливную рампу. Топливный бак также может содержать преобразователь давления с возможностью направления сигнала в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана расположенной в заборном канале 146, а не в цилиндре 14, что обеспечивает известный из уровня техники впрыск топлива во впускной канал (далее также именуемый «ВТВК») выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 выполнена с возможностью впрыска топлива, полученного из топливной системы 8, пропорционально длительности импульса сигнала ДИВТ-2, полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 171. Отметим, что можно использовать единственный электронный формирователь 168 или 171 для обеих систем впрыска топлива или несколько формирователей, например электронный формирователь 168 для топливной форсунки 166 и электронный формирователь 171 для топливной форсунки 170, как показано на фигуре.
В другом примере каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как форсунка непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 14. В другом примере каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как форсунка впрыска топлива во впускной канал выше по потоку от впускного клапана 150. В других примерах цилиндр 14 может содержать единственную топливную форсунку с возможностью получения различных топлив из топливных систем в виде топливной смеси с разным относительным количеством компонентов для впрыска топливной смеси либо непосредственно в цилиндр как топливная форсунка непосредственного впрыска или выше по потоку от впускных клапанов как форсунка впрыска во впускной канал. Таким образом, следует понимать, что раскрытые в настоящем раскрытии топливные системы не ограничиваются конкретными конфигурациями топливных форсунок, приведенными в настоящем раскрытии для примера.
Обе форсунки могут подавать топливо в цилиндр во время одного и того же рабочего цикла цилиндра. Например, каждая из форсунок выполнена с возможностью подачи части общего количества впрыскиваемого топлива для сжигания в цилиндре 14. Кроме того, распределение долей и/или относительное количество топлива, впрыскиваемого каждой из форсунок, могут быть разными в зависимости от параметров работы, например, нагрузки двигателя, детонации и температуры отработавших газов, как будет раскрыто ниже. Подача топлива впрыска во впускной канал может происходить, когда впускной клапан открыт, впускной клапан закрыт (например, по существу до начала такта впуска), а также во время работы как с открытым, так и с закрытым впускным клапаном. Подача топлива непосредственного впрыска может происходить во время такта впуска, а также частично во время предшествующего такта выпуска, во время такта впуска, и частично во время такта сжатия, например. То есть даже для одного события сгорания впрыск топлива может происходить в разные моменты из форсунок впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска. Кроме того, для одного события сгорания можно выполнить несколько впрысков за рабочий цикл. Эти несколько впрысков можно выполнить во время такта сжатия, такта впуска или в период, являющийся какой-либо подходящей комбинацией этих тактов.
Характеристики топливных форсунок 166 и 170 могут отличаться друг от друга. Например, отличия могут заключаться в размере: отверстие одной форсунки может быть больше, чем у другой. Прочие отличия включают в себя, без каких-либо ограничений, следующие: разные углы распыла, разные рабочие температуры, разные ориентации, разные моменты впрыска, разные характеристики распыла, разные местоположения и т.п.Кроме того, в зависимости от соотношения долей топлива, впрыскиваемого форсунками 170 и 166, можно достичь разных результатов.
Топливные баки в топливной системе 8 выполнены с возможностью содержать разные топлива, например, топлива с разными свойствами и составами. В число различий могут входить: разное содержание спирта, разное содержание воды, разное октановое число, разная теплота парообразования, разные составы смеси и/или комбинации этих различий, и т.п.Одним из примеров топлив с разной теплотой парообразования может служить бензин в качестве топлива первого типа с меньшей теплотой парообразования и этанол в качестве топлива второго типа с большей теплотой парообразования. В другом примере в двигателе можно использовать бензин как топливо первого типа и спиртосодержащую топливную смесь, например, Е85 (приблизительно на 85% состоящую из этанола и на 15% из бензина) или М85 (приблизительно на 85% состоящую из метанола и на 15% из бензина), в качестве топлива второго типа. В число других возможных веществ входят вода, метанол, смесь спирта и воды, смесь воды и спирта, смесь спиртов и т.п.
В еще одном примере оба топлива могут представлять собой спиртовые смеси разного состава, причем топливо первого типа может представлять собой бензино-спиртовую смесь с относительно низкой концентрацией спирта, например, Е10 (с приблизительным содержанием этанола 10%), а топливо второго типа - бензино-спиртовую смесь с относительно высокой концентрацией спирта, например, Е85 (с приблизительным содержанием этанола 85%). В число отличий первого и второго топлив могут также входить такие параметры, как температура, вязкость, октановое число и т.п.Кроме того, характеристики топлива в одном или обоих топливных баках могут часто изменяться, например, в связи с тем, что в разные дни в них заправляют топливо с разными характеристиками.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 106, порты 108 ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере показанный в виде однокристального постоянного запоминающего устройства 110 для хранения исполняемых инструкций, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114 и шину данных. 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, помимо сигналов, речь о которых шла выше, контроллер 12 может принимать разнообразные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, в том числе: массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 116 температуры, соединенного с рубашкой 118 охлаждения; профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Контроллер может регулировать работу двигателя (например, момент зажигания) за счет приведения в действие свечи 192 зажигания, приводов 152 и 154 клапанов, дросселя 162 и т.п. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе (ДВК) от датчика давления в коллекторе может служить показанием разрежения или давления во впускном коллекторе. Контроллер 12 может выводить температуру двигателя (например, рабочую температуру поршня) из температуры охлаждающей жидкости двигателя.
Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 представлен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. При этом каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный комплект впускных и выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.п. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров: 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 и более. Кроме того, каждый из этих цилиндров может содержать некоторые или все компоненты, раскрытые и изображенные на ФИГ. 1 на примере цилиндра 14.
На ФИГ. 2 раскрыт пример реагирующего на давление поршня 200 двигателя, аналогичного поршню 138 на ФИГ. 1, раскрытому выше. Поршень 200 представлен в разрезе на первом виде 202 и втором виде 204. Первый вид 202 изображает верхнюю стенку 210 поршня в первом положении (например, исходном положении), в котором сильфон 228 (например, сильфонное уплотнение), соединенный с верхней стенкой 210, полностью сжат, а второй вид 204 изображает верхнюю стенку 210 во втором положении, в котором сильфон 228 частично вытянут (например, растянут).
Поршень 200 содержит головку 212, юбку 214 и основание 215. Головка 212 образует наружную поверхность поршня и нижнюю поверхность камеры 203 сгорания (например, схожую с камерой 14 сгорания на ФИГ. 1, раскрытой выше), в которой расположен поршень. Головка 212 содержит центральный проем 211 (например, проход), выполненный по форме окружности наружного периметра верхней стенки 210. Верхняя стенка 210 расположена по центру в головке 212 и выполнена с возможностью перемещения в направлении центральной оси 206 поршня 200. Верхняя стенка 210 соединена с головкой 212 посредством сильфона 228, при этом сильфон 228 выполнен с возможностью растяжения или сжатия для перемещения верхней стенки 210 относительно головки 212 и основания 215, как подробнее раскрыто ниже. Сильфон 228 проходит между внутренней поверхностью 219 головки и продолжением 217 верхней стенки 210. В некоторых примерах, сильфон 228 может быть сформирован из эластичного материала (например, эластомера). В других примерах сильфон 228 может быть сформирован из металла (например, стали). В некоторых примерах верхняя поверхность 224 верхней стенки 210 может содержать впадину 222, выполненную в форме углубления в верхней поверхности 224 с возможностью изменения (например, отклонения) потока топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. В других вариантах осуществления впадина 222 может отсутствовать. Верхняя поверхность 224 (в настоящем раскрытии могущая именоваться «внешняя поверхность») верхней стенки 210 образует нижнюю поверхность камеры 203 сгорания.
Поршень 200 соединен с коленчатым валом двигателя посредством шатуна 216. Цилиндрическая часть 218 шатуна 216 окружает подшипник 238 поршня 200 и обеспечивает возможность преобразования линейного перемещения поршня 200 в камере сгорания во вращение коленчатого вала двигателя посредством шатуна 216. Верхняя стенка 210 поршня расположена на удалении от основания 215 и от шатуна 216.
Основание 215 поршня 200 содержит полое внутреннее пространство 220 (которое в настоящем раскрытии может именоваться «полость» или «камера»). Внутреннее пространство 220 заключает в себе газ (например, воздух) и уплотнено (например, герметично для текучей среды) так, что газ может не течь из внутреннего пространства 220 в камеру сгорания или иные области двигателя (например, газа из внутреннего пространства 220 не смешивается и/или не конвергирует с газами в камере сгорания). Внутреннее пространство 220 частично образовано нижней поверхностью 226 верхней стенки 210, при этом газ во внутреннем пространстве 220 создает смещающее усилие, действующее на нижнюю поверхность 226, для выдавливания стенки в направлении от основания 215 и по центральной оси 206 (например, к верху камеры сгорания). При выдавливании верхней стенки 210 от основания 215 происходит сжатие сильфона 228 между верхней стенкой 210 и головкой 212. Первый вид 202 изображает положение верхней стенки 210 при более низком давлении 230 газов в камере 203 сгорания на верхнюю стенку 210, а второй вид 204 изображает положение верхней стенки 210 при более высоком давлении 232 газов в камере 203 сгорания на верхнюю стенку 210. В одном примере более низкое давление 230 может представлять собой давление газов, когда поршень 200 находится на первом расстоянии от положения верхней мертвой точки в камере сгорания, а более высокое давление 232 может представлять собой давление газов, когда поршень 200 находится на втором расстоянии от положения верхней мертвой точки, при этом первое расстояние больше второго расстояния.
Первый вид 202 изображает сильфон 228 в полностью сжатом положении, а второй вид 204 изображает сильфон 228 в полностью растянутом положении. В полностью сжатом положении длина 234 сильфона 228 в направлении, параллельном центральной оси 206, больше длины 236 сильфона в направлении, параллельном центральной оси 206, когда сильфон находится в полностью растянутом положении. Сильфон 228 выполнен с возможностью перемещения из полностью сжатого положения на первом виде 202 в полностью растянутое положение на втором виде 204 под действием роста давления газов в камере 203 сгорания сверх давления газа внутри основания 215 поршня 200. Сильфон 228 также выполнен с возможностью перемещения из полностью растянутого положения в полностью сжатое положение под действием падения давления газов в камере сгорания ниже давления газа внутри основания 215 поршня 200. В одном примере рост давления газов в камере 203 сгорания может происходить во время сгорания топливовоздушной смеси в камере 203 сгорания, а падение давления газов в камере 203 сгорания может происходить во время такта выпуска цикла сгорания камеры 203 сгорания (например, в период удаления газов из камеры сгорания путем приведения в действие выпускного клапана, расположенного в камере сгорания, как раскрыто выше на примере ФИГ. 1). Сильфон 228 также выполнен с возможностью перемещения во множество положений между полностью сжатым и полностью растянутым. В настоящем раскрытии указанное множество положений может именоваться «переходные положения», «частично сжатые положения» или «частично растянутые положения». В других вариантах осуществления длина 234 сильфона 228 в полностью сжатом положении может иметь величину, отличную от длины на первом виде 202, и/или длина 236 сильфона 228 в полностью растянутом положении может иметь величину, отличную от длины на втором виде 204. Положение верхней стенки 210 в состояниях, когда сильфон 228 находится в полностью сжатом положении, в настоящем раскрытии может именоваться «полностью выдвинутое положение верхней стенки 210», а положение верхней стенки 210 в состояниях, когда сильфон 228 находится в полностью растянутом положении, в настоящем раскрытии может именоваться «полностью втянутое положение верхней стенки 210».
Величина смещающего усилия, прилагаемого к верхней стенке 210 газом внутри основания 215, как раскрыто выше, зависит от температуры газа. Газ внутри основания 215 можно моделировать как идеальный газ, давление которого определяет уравнение состояния идеального газа 
где Р - давление газа внутри основания 215, V - объем внутреннего пространства 220 основания, n - количество газа внутри основания 215 в молях, R - универсальная газовая постоянная (приблизительно 8.3144598 
а Т - температура газа, заключенного внутри основания 215. При изменении температуры газа внутри основания 215 также возможны изменения давления и/или объема газа согласно уравнению состояния идеального газа. Например, верхняя стенка 210 может находиться в положении на первом виде 202, в котором сильфон 228 находится в полностью сжатом положении (например, сжат до длины 234), при этом параметры работы двигателя (например, нагрузка, частота вращения двигателя и т.п.) могут приводить к передаче тепла от двигателя поршню 200 и газу, заключенному внутри основания 215. В результате, может возрасти температура газа, заключенного внутри основания 215. Так как верхняя стенка 210 находится в полностью выдвинутом положении, верхняя стенка 210 не может перемещаться от основания 215 и не увеличивает объем внутреннего пространства 220 основания при росте температуры газа. Рост температуры газа внутри основания 215 без увеличения объема газа внутри основания 215 приводит к росту давления газа. Возросшее давление газа увеличивает смещающее усилие газа на верхнюю стенку 210 и величину давления газа в камере 203 сгорания, нужную для перемещения верхней стенки 210 в сторону основания 215 (например, из полностью выдвинутого положения в сторону полностью втянутого положения).
В другом примере верхняя стенка 210 может находиться в полностью выдвинутом положении на первом виде 202, а сильфон 228 - в полностью сжатом положении. Температура газа внутри основания 215 поршня 200 может быть пониженной из-за пониженной частоты вращения и/или нагрузки двигателя, например. Может происходить передача тепла от поршня 200 другим компонентам двигателя (например, стенкам цилиндра) и/или отработавшим газам, вытекающим из камеры сгорания, и, тем самым, охлаждение поршня. При падении температуры газа внутри основания 215 поршня 200 также может падать давление газа согласно уравнению состояния идеального газа. В результате происходит уменьшение смещающего усилия газа внутри основания 215 на верхнюю стенку 210, и величины давления газа в камере 203 сгорания, нужного для перемещения верхней стенки 210 в сторону основания 215 (например, из полностью выдвинутого положения в сторону полностью втянутого положения). Таким образом, газ внутри основания 215 смещает верхнюю стенку 210 в направлении от основания 215 так, что верхняя стенка 210 ведет себя подобно пружине под действием изменений давления газа в камере 203 сгорания. Например, смещающее усилие газа внутри основания 215 на верхнюю стенку 210 может действовать согласно закону Гука F=-Kx, где F - смещающее усилие газа внутри основания 215 на верхнюю стенку 210, х - величина смещения верхней стенки 210 относительно основания 215 из исходного положения (например, полностью выдвинутого на первом виде 202), а K - значение модификатора, зависящее от температуры газа внутри основания 215 согласно уравнению состояния идеального газа (например, чем выше температура газа внутри основания 215, тем выше значение K, и чем ниже температура газа внутри основания 215, тем ниже значение K).
Так как давление газа внутри основания 215 поршня 200 определяет величину смещающего усилия газа на верхнюю стенку 210, и поскольку давление газа внутри основания 215 различно при разных температурах согласно уравнению состояния идеального газа, величина перемещения верхней стенки 210 относительно основания 215 под действием давления газа в камере 203 сгорания может быть разной для разных рабочих температур поршня. Например, при более низких рабочих температурах поршня (например, после холодного пуска двигателя, когда двигатель переводят из нерабочего режима, в котором цилиндры двигателя не сжигают топливовоздушную смесь, в рабочий режим, в котором цилиндры двигателя сжигают топливовоздушную смесь), смещающее усилие на верхнюю стенку 210 может быть относительно низким. В результате возможно перемещение верхней стенки 210 в сторону основания 215 поршня 200 под действием относительно низкого давления газов в камере 203 сгорания. В одном примере, в течение некоторого периода после холодного пуска двигателя, среднее давление газа в камере сгорания может составлять 0.7-1.5 бар. Вероятность детонации обычно ниже в состояниях, когда среднее давление газа в камере сгорания (давление, усредненное за один или несколько следующих друг за другом циклов сгорания) ниже 5 бар. Следовательно, основание 215 может быть выполнено с возможностью удерживать газ под давлением выше 1.5 бар (например) при относительной низкой рабочей температуре поршня в течение указанного периода после холодного пуска так, чтобы не происходило отклонение верхней стенки 210. Аналогичным образом, при более высоких рабочих температурах поршня (например, в состояниях с нагрузкой двигателя, более высокой, чем в состояниях непосредственно после холодного пуска), смещающее усилие на верхнюю стенку 210 может быть выше. Следовательно, может происходить перемещение верхней стенки 210 в сторону основания 215 поршня 200 под действием не относительно низкого давления газов в камере 203 сгорания, а под действием относительно высокого давления газов в камере 203 сгорания. Например, поршень может быть выполнен с возможностью удерживать газ под давлением немного ниже 5 бар в состояниях с более высокой рабочей температурой поршня. Поскольку вероятность детонации выше в состояниях, когда среднее давление газа в камере сгорания выше 5 бар, выполнение поршня таким образом обеспечивает возможность отклонения верхней стенки 210 поршня при более высоких рабочих температурах поршня для уменьшения детонации.
Контроллер (например, контроллер на ФИГ. 1, раскрытый выше) выполнен с возможностью оценки смещающего усилия газа внутри основания 215 поршня 200 на верхнюю стенку 210 поршня 200 для регулирования момента зажигания камеры сгорания (например, регулирования момента искрового разряда свечи зажигания, расположенной в камере сгорания). В одном примере контроллер может принимать электрические сигналы от одного или нескольких датчиков температуры двигателя (например, датчика температуры отработавших газов, датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя, температуры масла в двигателе и т.п.) и выполнять логическое определение в части оценки смещающего усилия (например, обусловленного температурой газа внутри поршня) на основе логических формул, являющихся функцией от температуры отработавших газов, температуры масла в двигателе, и/или температуры охлаждающей жидкости двигателя. Таким образом, контроллер может оценивать температуру газа внутри поршня (и смещающее усилие газа на верхнюю стенку поршня) по температуре отработавших газов, температуре масла в двигателе, и/или температуре охлаждающей жидкости двигателя. Контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый свече зажигания (например, приводу свечи зажигания) для регулирования момента искрового разряда свечи зажигания. В другом примере контроллер может сравнивать амплитуду, длительность и/или частоту сигналов от датчиков температуры двигателя со значениями в табулированной зависимости, хранящимися в долговременной памяти вычислительного устройства контроллера, для оценки смещающего усилия газа внутри поршня на верхнюю стенку поршня и для регулирования момента зажигания в зависимости от смещающего усилия. Например, контроллер может оценивать смещающее усилие путем вычисления по табулированной зависимости, входным параметром которой является температура охлаждающей жидкости двигателя, а результатом - смещающее усилие газа внутри поршня на верхнюю стенку поршня.
В качестве примера эксплуатации поршня, момент зажигания камеры сгорания можно регулировать (например, в сторону опережения или запаздывания) на первую величину, когда оценочное смещающее усилие (например, оцененное, как раскрыто выше) газа внутри поршня на верхнюю стенку поршня ниже порогового. Момент зажигания камеры сгорания можно регулировать на вторую величину, отличную от первой, когда оценочное смещающее усилие выше порогового. В одном примере пороговое смещающее усилие может представлять собой среднее смещающее усилие поршня при типовых рабочих температурах поршня (например, в состояниях, когда нагрузка двигателя выше нагрузки двигателя на холостом ходу и ниже максимальной нагрузки двигателя). Например, входными параметрами табулированной зависимости в долговременной памяти контроллера могут быть угол поворота коленчатого вала, давление газа в камере сгорания и оценочное смещающее усилие газа внутри поршня, а результатом - момент зажигания. При пиковом давлении газа в камере сгорания может происходить отклонение верхней стенки поршня в сторону основания, в связи с чем происходит аккумулирование механической энергии в поршне за счет сжатия газа внутри основания. При падении давления газа в камере сгорания ниже пикового давления (например, вблизи конца рабочего хода в камере сгорания) происходит высвобождение аккумулированной механической энергии путем расширения газа внутри поршня и отклонение верхней стенки от основания. Момент зажигания можно регулировать таким образом, чтобы высвобождение аккумулированной механической энергии происходило при угле поворота коленчатого вала, при котором величина создаваемого крутящего момента двигателя выше, чем при других углах поворота коленчатого вала. Обычно момент зажигания устанавливают таким образом, чтобы пиковое давление газов в камере сгорания имело место приблизительно через 15 градусов по углу поворота коленчатого вала после прохождения верхней мертвой точки для создания крутящего момента большей величины. При этом, из-за изменений смещающего усилия газа внутри поршня в разных рабочих состояниях двигателя, создание пикового крутящего момента двигателя может происходить при пиковом давлении газов в камере сгорания, имеющем место при разной величине угла поворота коленчатого вала. Следовательно, момент зажигания увеличивают или уменьшают в зависимости от смещающего усилия газа внутри поршня для увеличения величины крутящего момента, создаваемого двигателем.
В других примерах момент зажигания можно регулировать в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, и смещающего усилия газа внутри поршня на верхнюю стенку поршня. Например, момент зажигания камеры сгорания можно регулировать (например, в сторону опережения или запаздывания) на первую величину, когда оценочное смещающее усилие газа внутри поршня на верхнюю стенку поршня (например, оцененное, как раскрыто выше) относительно низкое, с возможностью дополнительного регулирования на вторую величину в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Момент зажигания камеры сгорания можно регулировать на третью величину, отличную от первой, когда оценочное смещающее усилие относительно высокое, с возможностью дополнительного регулирования на четвертую величину в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Дополнительные примеры подробнее раскрыты ниже на ФИГ. 3-4.
В некоторых примерах, двигатель может содержать множество разбрызгивателей масла в двигателе, расположенных по вертикали ниже поршня 200 (например, за пределами камеры 203 сгорания в направлении коленчатого вала), выполненных с возможностью распыления струй масла в восходящем направлении в сторону основания 215 поршня 200. Распыляемое из разбрызгивателей масло может попадать на нижнюю наружную поверхность 259 основания 215 для поглощения тепловой энергии из поршня 200 и снижения температуры поршня 200 (например, для охлаждения поршня). Расход масла из разбрызгивателей масла в двигателе может регулировать контроллер для увеличения или уменьшения величины охлаждения поршня 200. Таким образом, контроллер может регулировать температуру поршня 200 для регулирования величины смещающего усилия газа внутри основания 215 на верхнюю стенку 210 поршня 200. Например, в состояниях, когда нагрузка двигателя относительно низкая (например, во время холостого хода двигателя), а температура поршня 200 относительно высокая (например, из-за нагрева поршня 200 в связи с относительно высокой нагрузкой двигателя в течение длительного периода непосредственно перед холостым ходом двигателя), контроллер может увеличить расход масла из разбрызгивателей масла в двигателе для снижения температуры поршня 200 и, тем самым, увеличения оценочного смещающего усилия газа внутри основания 215 на верхнюю стенку 210. Кроме того, контроллер может отрегулировать момент зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия, как раскрыто выше. Регулирование момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия и регулирование оценочного смещающего усилия путем увеличения или уменьшения расхода масла из разбрызгивателей масла в двигателе позволяет повысить точность регулирования отдачи двигателя по крутящему моменту и снизить вероятность детонации.
ФИГ. 3 изображает пример способа 300 регулирования работы двигателя в зависимости от состояний реагирующего на давление поршня, расположенного в камере сгорания двигателя. В частности, поршень, раскрытый ниже на примере ФИГ. 3, может представлять собой поршень 200, раскрытый выше на примере ФИГ. 2 (например, поршень, содержащий верхнюю стенку с возможностью смещения газом, заключенным в уплотненном основании), а двигатель может быть схож с двигателем, раскрытым выше на примере ФИГ. 1. В примере, представленном на ФИГ. 3 и раскрытом ниже, момент зажигания камеры сгорания регулируют в зависимости от оценочного смещающего усилия газа, заключенного внутри поршня, на верхнюю стенку (например, стенку, обращенную к внутреннему пространству камеры сгорания и образующую нижнюю поверхность камеры сгорания) поршня. В других вариантах осуществления можно регулировать другой параметр двигателя (например, частоту вращения двигателя, поток охлаждающей жидкости двигателя, поток всасываемого воздуха, количество наддувочного воздуха и т.п.) в зависимости от оценочного смещающего усилия. Несмотря на то, что в примере способа 300 на ФИГ. 3 показана единственная камера сгорания, раскрытые ниже алгоритмы можно применять к нескольким камерам сгорания двигателя. Например, контроллер может регулировать работу (например, момент зажигания) одной или нескольких камер сгорания двигателя независимо от других камер сгорания двигателя по способу 300, раскрытому ниже. В другом примере величина регулирования работы каждой из камер сгорания двигателя по способу 300 может быть одинаковой. В другом примере величина регулирования работы одной или нескольких камер сгорания может быть отлична от величины регулирования работы каждой из других камер сгорания двигателя. Инструкции для осуществления способа 300 и остальных раскрытых в настоящем раскрытии способов может исполнять контроллер в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами. Например, контроллер может регулировать момент зажигания камеры сгорания путем регулирования искрового разряда свечи зажигания, расположенной в камере сгорания (например, регулирования частоты, длительности и т.п.электрических сигналов, передаваемых свече зажигания).
На шаге 302 способ предусматривает оценку и/или измерение параметров работы двигателя. Параметры работы двигателя можно оценивать по одному или нескольким выходным сигналам различных датчиков в системе двигателя (например, различных датчиков температуры, датчиков давления и т.п., раскрытых выше). В число параметров работы двигателя могут входить: частота вращения и нагрузка двигателя, расход отработавших газов, массовый расход воздуха, температура охлаждающей жидкости, расход охлаждающей жидкости и т.п.В число указанных параметров работы также могут входить параметры работы поршня и/или камеры сгорания (например, момент зажигания, рабочая температура поршня и т.п.).
Способ следует на шаг 304, на котором он предусматривает определение величины детонации в двигателе. В одном примере величину детонации может определять контроллер по сигналам от датчика детонации в двигателе. В другом примере величину детонации можно оценивать по одному или нескольким параметрам работы двигателя, например, колебаниям отдачи двигателя по крутящему моменту, содержанию оксидов азота в отработавших газах и т.п. В одном примере величина детонации может представлять собой частоту детонации, при этом частота детонации соответствует тому, сколько раз амплитуда сигнала детонации, полученного контроллером, превышает пороговую амплитуду за заданный период времени (например, один или несколько полных и следующих друг за другом циклов сгорания двигателя). В другом примере величина детонации может представлять собой интенсивность детонации, при этом интенсивность детонации соответствует амплитуде сигнала детонации, полученного контроллером. Амплитуда сигнала детонации может быть показателем давления газов сгорания в камере сгорания. В других примерах величина детонации может представлять собой комбинацию частоты детонации и интенсивности детонации.
Во время работы двигателя способ 300 можно осуществлять (например, выполнять) посредством контроллера несколько раз подряд. Контроллер может сохранять величину детонации, относящуюся к каждому случаю осуществления способа 300, в долговременной памяти вычислительного устройства для последующего обращения. Во время исполнения способа 300 контроллер определяет величину детонации на шаге 304 для самого последнего по времени периода работы двигателя (например, самого последнего по времени цикла сгорания камеры сгорания), в настоящем раскрытии именуемого «первый период» или «текущий период». Как раскрыто ниже на примере шага 314, величину детонации, относящуюся к текущему периоду, можно сравнить с величиной детонации, относящейся ко второму периоду (в настоящем раскрытии именуемому «предыдущий период»), определенной при предыдущем исполнении способа 300, при этом второй период представляет собой некое количество времени непосредственно перед текущим периодом (например, цикл сгорания непосредственно перед самым последним по времени циклом сгорания). Если на шаге 314 отсутствует величина детонации предыдущего периода, сохраненная в памяти вычислительного устройства (например, из-за того, что способ 300 исполняют в первый раз), контроллер может принять, что в предыдущий период детонация не происходила.
Способ следует на шаг 306, на котором он предусматривает оценку смещающего усилия реагирующего на давление поршня. Смещающее усилие воздействует на верхнюю стенку поршня в направлении камеры сгорания, как раскрыто выше на примере ФИГ. 2. В одном примере смещающее усилие может зависеть от оценочной рабочей температуры поршня, как раскрыто выше на примере ФИГ. 2, при этом рабочая температура соответствует давлению газа внутри поршня согласно уравнению состояния идеального газа. В другом примере смещающее усилие может зависеть от оценочной температуры механического смещающего элемента, расположенного внутри поршня, как раскрыто ниже на примере ФИГ. 6. Контроллер может сравнивать амплитуду, длительность и/или частоту сигналов от датчиков температуры двигателя (например, датчика температуры отработавших газов, датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя, датчика температуры масла в двигателе и т.п.) со значениями в табулированной зависимости, хранящимися в долговременной памяти вычислительного устройства контроллера, для оценки смещающего усилия (например, усилия, прилагаемого газом внутри поршня к верхней стенке поршня, как раскрыто на примере ФИГ. 2, или усилия, прилагаемого механическим смещающим элементом к верхней стенке, как раскрыто на примере ФИГ. 6). Например, контроллер может оценивать смещающее усилие путем вычисления по табулированной зависимости, входными параметрами которой являются температура охлаждающей жидкости двигателя, температура отработавших газов, и/или температура масла в двигателе, а результатом - смещающее усилие газа внутри поршня на верхнюю стенку поршня. В другом примере контроллер может выполнить логическое определение в части оценки смещающего усилия (например, обусловленного температурой газа внутри поршня) на основе логических формул, являющихся функцией от температуры отработавших газов, температуры масла в двигателе, и/или температуры охлаждающей жидкости двигателя. В примере поршня, содержащего газ, заключенный внутри поршня, соотношение давления газа внутри поршня и смещающего усилия можно установить посредством уравнения F=Р/А, где F - смещающее усилие газа на верхнюю стенку, Р - давление газа внутри основания поршня, а А - площадь нижней поверхности верхней стенки поршня (например, нижней поверхности 226 на ФИГ. 2, раскрытой выше). В примере поршня, содержащего механический смещающий элемент, воздействующий на верхнюю стенку поршня, смещающее усилие может быть выражено как F=-Kx, где F -смещающее усилие механического смещающего элемента на верхнюю стенку поршня, х - величина смещения верхней стенки относительно основания из исходного положения (например, полностью выдвинутого положения), а K -значение модификатора (в настоящем раскрытии могущая именоваться «постоянная пружины»), зависящее от температуры механического смещающего элемента (например, чем выше температура, тем ниже значение K, и чем ниже температура, тем выше значение K), а также от формы и материала механического смещающего элемента. В некоторых примерах смещающее усилие можно оценивать для одного или нескольких тактов одного цикла сгорания (например, первое смещающее усилие, относящееся к такту сжатия одного цикла сгорания, второе смещающее усилие, относящееся к рабочему такту этого же цикла сгорания и т.п.). В других примерах оценочное смещающее усилие может представлять собой усредненное значение для каждого такта одного цикла сгорания. В других примерах оценочное смещающее усилие может представлять собой усредненное значение за несколько полных циклов сгорания.
Оценочное смещающее усилие можно дополнительно оценивать в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Например, в состояниях, когда топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания, имеет более низкое октановое число (например, октановое число 80), величина изменения момента зажигания камеры сгорания в сторону опережения может быть меньше, чем в состояниях с более высоким октановым числом топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Следовательно, величина передачи тепла поршню посредством газов сгорания и/или рабочая температура поршня могут быть меньше, а в примере поршня, содержащего газ, заключенный внутри основания (например, как раскрыто на ФИГ. 2), оценочное смещающее усилие газа внутри поршня может быть меньше. В примере поршня, содержащего механический смещающий элемент (например, как раскрыто на ФИГ. 6), результатом снижения рабочей температуры поршня является рост оценочного смещающего усилия механического смещающего элемента на верхнюю стенку. В состояниях, когда октановое число топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, является относительно высоким (например, октановое число 95), величина изменения момента зажигания камеры сгорания в сторону опережения может быть больше (например, по сравнению с состояниями, когда впрыскивают топливо с более низким октановым числом). Это позволяет повысить величину передачи тепла поршню посредством газов сгорания и/или рабочую температуру поршня, а в примере поршня, содержащего газ, заключенный внутри основания (например, как раскрыто на ФИГ. 2) - повысить оценочное смещающее усилие газа внутри поршня. В примере поршня, содержащего механический смещающий элемент (например, как раскрыто на ФИГ. 6), результатом повышения рабочей температуры поршня является уменьшение оценочного смещающего усилия механического смещающего элемента на верхнюю стенку. Таким образом, оценочное смещающее усилие может зависеть от рабочей температуры поршня и начального момента зажигания, соответствующего октановому числу топлива. В одном примере смещающее усилие можно сначала оценить в зависимости от октанового числа топлива, после чего можно скорректировать оценочное смещающее усилие в зависимости от выходного сигнала одного или нескольких датчиков температуры двигателя, как раскрыто выше. В других примерах смещающее усилие можно оценивать по табулированной зависимости в долговременной памяти контроллера, входными параметрами которой являются рабочая температура поршня (например, определенная по температуре охлаждающей жидкости, температуре масла в двигателе и/или температуре отработавших газов как раскрыто выше) и октановое число топлива, а результатом - смещающее усилие газа, заключенного внутри поршня, в зависимости от положения поршня.
Способ следует на шаг 308, на котором он предусматривает определение того, превышает ли текущая величина детонации пороговую. В одном примере текущая величина детонации может представлять собой частоту детонации, как раскрыто выше на примере шага 304, и контроллер может сравнить частоту детонации с заранее определенной пороговой частотой детонации. Например, заранее определенная пороговая частота детонации может соответствовать частоте детонации, при которой происходит падение КПД двигателя (например, в части расхода топлива) и/или превышение желаемого уровня шума двигателя. В другом примере текущая величина детонации может представлять собой интенсивность детонации, как раскрыто выше на примере шага 304, и контроллер может сравнить интенсивность детонации с заранее определенной пороговой интенсивностью детонации. В одном примере заранее определенная пороговая интенсивность детонации может представлять собой интенсивность детонации, при которой происходит падение КПД двигателя и/или превышение желаемого уровня шума двигателя.
Если на шаге 308 текущая величина детонации не выше пороговой, способ следует на шаг 310, на котором он предусматривает определение желаемого момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия поршня. Контроллер может сравнить значение оценочного смещающего усилия поршня (например, оцененное по показаниям датчиков температуры двигателя как раскрыто выше) со значениями в табулированной зависимости, хранящимися в долговременной памяти вычислительного устройства контроллера, для определения желаемого момента зажигания, при этом входным параметром является оценочное смещающее усилие поршня, а результатом - желаемый момент зажигания. В другом примере контроллер может выполнить логическое определение желаемого момента зажигания на основе логических формул, являющихся функцией от оценочного смещающего усилия поршня. В состояниях, когда оценочное смещающее усилие поршня относительно высокое, вероятность перемещения верхней стенки поршня под действием обычного давления газов сгорания в камере сгорания может быть меньше. Например, оценочное смещающее усилие поршня может быть выше среднего смещающего усилия поршня, соответствующего рабочим температурам поршня в состояниях холостого хода двигателя. Результатом относительно низкой вероятности перемещения верхней стенки поршня может быть степень сжатия камеры сгорания, более высокая, чем в состояниях, когда перемещение верхней стенки поршня происходит легче (например, в состояниях, когда оценочное смещающее усилие поршня ниже). В одном примере для поршня на ФИГ. 2, раскрытом выше, оценочное смещающее усилие поршня может быть относительно высоким из-за относительно высокой рабочей температуры поршня (например, относительно рабочей температуры поршня в состояниях холостого хода двигателя) или относительно низким из-за относительно низкой рабочей температуры поршня (например, относительно рабочей температуры поршня в состояниях, когда двигатель нагружен и не работает на холостом ходу). Следовательно, контроллер может определить, что желаемый момент зажигания должен быть установлен (соответственно) с запаздыванием или с опережением относительно заранее заданного стандартного момента зажигания (например, момента зажигания без каких-либо регулировок в зависимости от оценочного смещающего усилия поршня) для регулирования степени сжатия камеры сгорания. В другом примере для поршня на ФИГ. 6, раскрытого ниже, оценочное смещающее усилие поршня может быть относительно низким из-за относительно высокой рабочей температуры поршня (например, относительно рабочей температуры поршня в состояниях холостого хода двигателя) или относительно высоким из-за относительно низкой рабочей температуры поршня (например, относительно рабочей температуры поршня в состояниях, когда двигатель нагружен и не работает на холостом ходу). Следовательно, контроллер может определить, что желаемый момент зажигания должен быть установлен (соответственно) с запаздыванием или с опережением относительно заранее заданного стандартного момента зажигания (например, момента зажигания без каких-либо регулировок в зависимости от оценочного смещающего усилия поршня) для регулирования степени сжатия камеры сгорания.
В других примерах желаемый момент зажигания можно определять для регулирования величины механической энергии, аккумулируемой и высвобождаемой поршнем во время сжатия и расширения газов в камере сгорания. Например, в состояниях, когда оценочное смещающее усилие поршня относительно высокое, контроллер может определить, что желаемый момент зажигания должен быть установлен с опережением относительно заранее заданного стандартного момента зажигания для повышения давления газов в камере сгорания и для перемещения верхней стенки поршня из выдвинутого положения в частично втянутое или полностью втянутое положение (например, выдвинутое положение и втянутое положение показаны на ФИГ. 2 и раскрыты выше). Это позволяет аккумулировать больше потенциальной энергии внутри поршня (например, при сжатии газа внутри поршня или сжатии механического смещающего элемента) во время рабочего такта (например, рабочего хода) одного цикла сгорания после воспламенения газов и топлива в камере сгорания. Аккумулированная потенциальная энергия может быть преобразована в кинетическую энергию в более поздний момент указанного одного цикла сгорания (например, путем расширения газа внутри поршня при падении давления газов в камере сгорания или расширения механического смещающего элемента), за счет чего происходит ускорение перемещения поршня в камере сгорания и повышение КПД двигателя.
Желаемый момент зажигания также может зависеть от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, как раскрыто выше на примере шага 306. В одном примере контроллер может определять желаемый момент зажигания путем регулирования заранее заданного стандартного момента зажигания на первую величину в зависимости от оценочного смещающего усилия и на вторую величину в зависимости от октанового числа топлива.
Далее способ следует на шаг 312, где он предусматривает регулирование момента зажигания до желаемого момента зажигания. В одном примере контроллер может отрегулировать частоту, фазу и/или длительность электрических сигналов, передаваемых приводу свечи зажигания, расположенной в камере сгорания, для регулирования момента зажигания (например, для регулирования подачи напряжения на катушку зажигания и момента искрового разряда свечи зажигания путем регулирования электрических сигналов, направляемых приводу свечи зажигания). Например, когда поршень находится в самом верхнем положении в камере сгорания (в настоящем раскрытии именуемом «верхняя мертвая точка» или «ВМТ»), угол поворота коленчатого вала, соединенного с поршнем, может составлять 0 градусов. Заранее заданный стандартный момент зажигания, речь о котором шла на шаге 310, может представлять собой момент, в который происходит разряд свечи зажигания и воспламенение газов в камере сгорания при нахождении поршня немного ниже ВМТ и его перемещении в сторону ВМТ, а угол поворота коленчатого вала может составлять 10 градусов (например, относительно угла при нахождении поршня в положении ВМТ). Контроллер может регулировать фазу электрических сигналов, передаваемых свече зажигания (например, количество времени между каждой подачей напряжения на катушку зажигания и разрядом искры посредством свечи зажигания) так, чтобы воспламенение газов в камере сгорания происходило, когда угол поворота коленчатого вала составляет 14 градусов (например), тем самым изменяя в сторону опережения момент зажигания. В качестве другого примера, контроллер может регулировать фазу электрических сигналов, передаваемых свече зажигания, так, чтобы воспламенение газов в камере сгорания происходило, когда угол поворота коленчатого вала составляет 6 градусов, тем самым изменяя в сторону запаздывания (например, задерживая) момент зажигания. В других примерах момент зажигания можно изменять в сторону опережения и/или запаздывания на другую величину.
Если на шаге 308 текущая величина детонации выше пороговой, способ следует на шаг 314, на котором он предусматривает определение того, была ли предыдущая величина детонации выше пороговой. Предыдущая величина детонации может представлять собой величину детонации, определенную во время предыдущего периода работы двигателя (например, непосредственно предшествующего текущему периоду), как раскрыто выше.
Если на шаге 314 предыдущая величина детонации не выше пороговой, способ следует на шаг 316, на котором он предусматривает определение желаемого момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия поршня и текущей величины детонации. В раскрытом примере заранее заданный стандартный момент зажигания является тем же, что заранее заданный стандартный момент зажигания, раскрытый выше на примере шагов 310 и 312. В одном примере, на шаге 316 контроллер может определять желаемый момент зажигания путем вычисления первой регулировки заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия поршня и вычисления второй регулировки заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от текущей величины детонации. Желаемый момент зажигания может представлять собой момент зажигания, являющийся результатом применения первой регулировки и второй регулировки заранее заданного стандартного момента зажигания. Например, первая регулировка может изменять в сторону опережения или запаздывания момент зажигания в зависимости от того, является ли оценочное смещающее усилие поршня относительно высоким или относительно низким (например, как раскрыто выше на примере шага 310). Вторая регулировка может дополнительно изменять в сторону опережения или запаздывания момент зажигания в зависимости от текущей величины детонации (например, величины частоты детонации или интенсивности детонации, как раскрыто выше на примере шага 304). Чем выше частота детонации и/или интенсивность детонации, тем больше может быть величина изменения в сторону запаздывания момента зажигания посредством второй регулировки. При этом, если первая регулировка предусматривает изменение момента зажигания в сторону опережения на большую величину, а вторая регулировка предусматривает изменение момента зажигания на меньшую величину, желаемый момент зажигания может быть установлен с опережением относительно заранее заданного стандартного момента зажигания.
Далее способ следует на шаг 318, на котором он предусматривает регулирование момента зажигания до желаемого момента зажигания. Как раскрыто выше на примере шага 312, момент зажигания регулируют до желаемого момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания. Контроллер может отрегулировать частоту, фазу и/или длительность электрических сигналов, передаваемых свече зажигания, расположенной в камере сгорания, для регулирования момента зажигания до желаемого момента зажигания.
Если на шаге 314 предыдущая величина детонации выше пороговой, способ следует на шаг 320, на котором он предусматривает определение желаемого момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от смещающего усилия поршня и предыдущей величины детонации. Заранее заданный стандартный момент зажигания является тем же, что и заранее заданный стандартный момент зажигания, речь о котором шла выше на примере шагов 310, 312 и 316. В одном примере, на шаге 320 контроллер может определять желаемый момент зажигания путем вычисления первой регулировки заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия поршня и вычисления второй регулировки заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от предыдущей величины детонации. Желаемый момент зажигания может быть результатом применения первой регулировки и второй регулировки к заранее заданному стандартному моменту зажигания. Например, первая регулировка может изменять в сторону опережения или запаздывания момент зажигания в зависимости от того, является ли оценочное смещающее усилие поршня относительно высоким или относительно низким (например, как раскрыто выше на примере шага 310). Вторая регулировка может дополнительно изменять в сторону опережения или запаздывания момент зажигания в зависимости от предыдущей величины детонации (например, величины частоты детонации или интенсивности детонации как раскрыто выше на примере шага 304). Чем выше частота детонации и/или интенсивность детонации, тем больше может быть величина изменения в сторону запаздывания момента зажигания посредством второй регулировки. Такое регулирование момента зажигания позволяет снизить вероятность детонации в периоды работы двигателя, следующие за текущим периодом. Относительно высокая предыдущая величина детонации и относительно высокая текущая величина детонации (например, в состояниях, когда и предыдущая, и текущая величина детонации превышают пороговую) могут указывать на предрасположенность данной камеры сгорания к детонации, в связи с чем можно соответствующим образом отрегулировать момент зажигания. Это позволяет снизить вероятность детонации в последующие периоды работы двигателя.
Далее способ следует на шаг 322, на котором он предусматривает регулирование момента зажигания до желаемого момента зажигания. Как раскрыто выше на примере шагов 312 и 318, момент зажигания регулируют до желаемого момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания. Контроллер может отрегулировать частоту, фазу и/или длительность электрических сигналов, передаваемых свече зажигания, расположенной в камере сгорания, для регулирования момента зажигания до желаемого момента зажигания.
Регулирование работы двигателя по способу 300, раскрытому выше, позволяет более точно регулировать степень сжатия камеры сгорания и величину работы, совершаемой двигателем. Энергию сгорания (например, кинетическую энергию газов сгорания во время воспламенения) может частично аккумулировать поршень с возможностью ее последующего применения для ускорения перемещения коленчатого вала посредством шатуна, соединенного с поршнем. Кроме того, аккумулирование части энергии сгорания внутри поршня позволяет снизить давление газа в камере сгорания во время воспламенения и, тем самым, вероятность детонации. Контроллер может регулировать момент зажигания в зависимости от смещающего усилия газа внутри поршня и/или величины детонации в камере сгорания (например, предыдущей и/или текущей величин детонации, речь о которых шла выше) для уменьшения детонации и повышения КПД двигателя.
ФИГ. 4 изображает диаграмму, иллюстрирующую параметры работы двигателя (например, двигателя на ФИГ. 1, раскрытого выше), содержащего реагирующий на давление поршень (например, поршень на ФИГ. 2, раскрытый выше), расположенный в камере сгорания, согласно способу 300, раскрытому выше на примере ФИГ. 3. В частности, диаграмма 400 содержит графики: нагрузки 402 двигателя, температуры 404 охлаждающей жидкости, температуры 406 отработавших газов, сигнала 408 детонации, оценочного смещающего усилия 410 поршня и момента 412 зажигания. Регулировки момента зажигания в зависимости от параметров работы двигателя (например, оценочного смещающего усилия поршня) подробнее раскрыты ниже.
Между моментами t0 и t1 на диаграмме 400 нагрузка 402 двигателя резко возрастает, затем остается относительно постоянной на первом значении, а затем вновь возрастает до второго значения непосредственно перед моментом t1. В одном примере данное возрастание нагрузки двигателя может быть обусловлено холодным пуском двигателя (например, состоянием, в котором двигатель переводят из нерабочего режима, в котором не происходит сгорание топлива и воздуха в цилиндрах двигателя, в рабочий режим, в котором происходит сгорание топлива и воздуха в цилиндрах двигателя). В результате роста нагрузки двигателя, соответственно возрастают и температура охлаждающей жидкости двигателя 404, и температура 406 отработавших газов. Контроллер может получать сигналы от датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя, датчика температуры масла в двигателе и/или датчика температуры отработавших газов для определения оценочного смещающего усилия 410 газа внутри поршня на верхнюю стенку поршня, как раскрыто выше на примере ФИГ. 2. При росте температур охлаждающей жидкости и отработавших газов также возрастает оценочное смещающее усилие из-за взаимосвязи между возросшими температурами охлаждающей жидкости/отработавших газов и рабочей температуры двигателя. Рабочая температура двигателя может быть показателем температуры газа, заключенного внутри поршня, при этом температура газа напрямую связана с давлением газа, как раскрыто выше на примере ФИГ. 2 (например, согласно уравнению состояния идеального газа).
В связи с возрастанием (например, из-за возрастания) оценочного смещающего усилия между моментами t0 и t1 контроллер изменяет в сторону опережения момент 412 зажигания. Изменение в сторону опережения момента зажигания может включать в себя регулирование подачи напряжения на катушку зажигания и регулирование момента искрового разряда свечи зажигания, расположенной в камере сгорания, так, чтобы искровой разряд происходил в более ранний момент относительно заранее заданного стандартного момента зажигания 414 во время одного цикла сгорания. В одном примере изменение в сторону опережения момента зажигания позволяет повысить давление газов сгорания в камере сгорания, тем самым повысив величину усилия, прилагаемого газами сгорания в камере сгорания к верхней стенке поршня в направлении основания поршня (например, верхней стенке 210 и основания 215 на ФИГ. 2, раскрытых выше). Усилие, прилагаемое к верхней стенке в направлении основания поршня (газами сгорания), может превышать смещающее усилие, прилагаемое к верхней стенке в противоположном направлении (газом, заключенным внутри основания). В результате, возможно перемещение верхней стенки из полностью выдвинутого положения (как на первом виде на ФИГ. 2, раскрытом выше) в частично или полностью втянутое положение (как на втором виде на ФИГ. 2, раскрытом выше). Таким образом, часть кинетической энергии, передаваемой поршню посредством расширения сжигаемой топливовоздушной смеси во время воспламенения в указанном одном цикле сгорания может быть аккумулирована внутри поршня в качестве потенциальной энергии (например, путем расширения газа, удерживаемого внутри основания поршня верхней стенкой). Впоследствии возможно высвобождение потенциальной энергии, аккумулированной внутри поршня, в более поздний момент указанного одного цикла сгорания для ускорения перемещения коленчатого вала посредством комбинации поршня и шатуна (например, во время рабочего такта указанного одного цикла сгорания). Это позволяет снизить вероятность детонации и повысить КПД двигателя (например, количество работы, совершаемой двигателем, относительно количества топлива/воздуха, сжигаемых в камере сгорания).
Между моментами t1 и t2 нагрузка 402 двигателя остается относительно постоянной. Температура 404 охлаждающей жидкости и температура 406 отработавших газов немного возрастают. В результате также немного возрастает оценочное смещающее усилие 410 (определяемое контроллером). При этом между моментами t1 и t2 сигнал 408 детонации превышает порог 409 детонации три раза. Поэтому контроллер определяет, что частота детонации между моментами t1 и t2 выше пороговой, и момент 412 зажигания не изменяют дальше в сторону опережения. Вместо этого момент зажигания остается приблизительно постоянным по сравнению с величиной опережения в момент t1.
Между моментами t2 и t3 нагрузка 402 двигателя, температура 404 охлаждающей жидкости и температура 406 отработавших газов возрастают. В результате, также возрастает оценочное смещающее усилие 410. Сигнал 408 детонации не превышает порог 409 детонации. При этом, из-за возросшей частоты детонации между моментами t1 и t2, момент 412 зажигания между моментами t2 и t3 изменяют в сторону запаздывания (например, уменьшают) относительно момента зажигания между моментами t1 и t2. В одном примере изменение в сторону запаздывания момента зажигания относительно момента зажигания между моментами t1 и t2 позволяет снизить давление газов сгорания в камере сгорания. Снижение давления газов сгорания позволяет снизить вероятность возникновения детонации.
Между моментами t3 и t4 нагрузка 402 двигателя, температура 404 охлаждающей жидкости и температура 406 отработавших газов продолжают расти. В результате, также продолжает расти оценочное смещающее усилие 410. Сигнал 408 детонации превышает порог 409 детонации три раза между моментами t3 и t4. Контроллер определяет, что частота детонации между моментами t3 и t4 выше пороговой, и момент 412 зажигания дополнительно уменьшают.
Между моментами t4 и t5 нагрузка 402 двигателя, температура 404 охлаждающей жидкости, температура 406 отработавших газов и оценочное смещающее усилие 410 падают. Сигнал 408 детонации не превышает порог 409 детонации. При этом, момент 412 зажигания продолжают изменять в сторону запаздывания (например, уменьшать) в связи с превышением пороговой частоты детонации между моментами t3 и t4. Между моментами t4 и t5, из-за возросших нагрузки двигателя, температуры охлаждающей жидкости и температуры отработавших газов, давление газов сгорания в камере сгорания может быть относительно высоким (например, по сравнению с состояниями с более низкими нагрузкой двигателя и температурами охлаждающей жидкости/отработавших газов). Изменение контроллером момента зажигания в сторону запаздывания позволяет снизить вероятность детонации за счет снижения пикового давления газов в камере сгорания.
Между моментами t5 и t6 нагрузка 402 двигателя, температура 404 охлаждающей жидкости и температура 406 отработавших газов продолжают падать. Сигнал 408 детонации не превышает порог 409 детонации. Из-за падения нагрузки 402 двигателя, температуры 404 охлаждающей жидкости и температуры 406 отработавших газов, оценочное смещающее усилие 410 также падает. Следовательно, момент 412 зажигания изменяют в сторону опережения (например, увеличивают) относительно момента зажигания в момент t5. В одном примере изменение в сторону опережения момента зажигания между моментами t5 и t6 в связи с падением оценочного смещающего усилия позволяет повысить давление газов сгорания в камере сгорания и величину потенциальной энергии, аккумулируемой внутри поршня в каждом цикле сгорания (как раскрыто выше). Это позволяет повысить КПД двигателя.
После момента t6 нагрузка 402 двигателя остается приблизительно постоянной с небольшими колебаниями. Температура 404 охлаждающей жидкости и температура 406 отработавших газов постепенно падают, а затем остаются приблизительно постоянными. Соответственно, оценочное смещающее усилие 410 немного падает, но остается приблизительно постоянным. Сигнал 408 детонации не превышает порог 409 детонации. Из-за небольшого падения оценочного смещающего усилия 410, момент 412 зажигания немного изменяют в сторону опережения относительно момента зажигания в момент t6. Регулирование момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия поршня, как раскрыто выше на примере ФИГ. 6, позволяет уменьшить и/или устранить детонацию при ее выявлении контроллером. Кроме того, контроллер может дополнительно отрегулировать момент зажигания для снижения вероятности возникновения детонации в предстоящем периоде работы двигателя (например, в порядке прогнозного предотвращения детонации). В некоторых примерах, раскрытых ниже на ФИГ. 5 и выше на ФИГ. 3, контроллер может дополнительно отрегулировать момент зажигания в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеры сгорания двигателя.
ФИГ. 5 изображает диаграмму 500, иллюстрирующую опережение зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия поршня для топлива с первым октановым числом на первом графике 502 и для второго топлива со вторым октановым числом на втором графике 504. Как раскрыто выше на примере способа 300 на ФИГ. 3, опережение зажигания соответствует регулировке момента зажигания камеры сгорания относительно заранее заданного стандартного момента 508 зажигания. В одном примере оценочное смещающее усилие поршня может представлять собой оценочную величину усилия, прилагаемого газом, заключенным внутри поршня, к верхней стенке поршня (как раскрыто выше на примере ФИГ. 2-3), и может представлять собой усредненное значение за один или несколько циклов сгорания камеры сгорания. В другом примере оценочное смещающее усилие поршня может представлять собой оценочную величину усилия, прилагаемого механическим смещающим элементом, расположенным внутри поршня, к верхней стенке поршня (как раскрыто выше на примере ФИГ. 3 и ниже на примере ФИГ. 6), и может представлять собой усредненное значение за один или несколько циклов сгорания камеры сгорания.
В одном примере первый график 502 может соответствовать первому топливу с более низким октановым числом (например, октановым числом 70), а второй график 504 может соответствовать второму топливу с относительно более высоким октановым числом (например, октановым числом 92). Как раскрыто на ФИГ. 5, опережение зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания может быть разным для топлив с разными октановыми числами. Например, при относительно низких смещающих усилиях поршня, опережение зажигания для первого топлива (топлива с более низким октановым числом) может быть больше, чем опережение зажигания для второго топлива (топлива с более высоким октановым числом). При этом, при относительно высоких смещающих усилиях поршня, разность опережения зажигания для первого топлива и для второго топлива может быть меньше (например, по сравнению с опережением зажигания при относительно низких смещающих усилиях поршня). Каждое топливое может иметь отличную от другого интенсивность сгорания в камере сгорания, результатом чего могут стать разные параметры работы поршня при впрыске топлива в камеру сгорания.
ФИГ. 6 изображает первый вид 690 и второй вид 692 другого варианта осуществления реагирующего на давление поршня 600, расположенного в камере 603 сгорания двигателя. Первый вид 690 и второй вид 692 изображают поршень 600 в разных положениях во время одного и того же цикла сгорания камеры 603 сгорания. В частности, первый вид 690 изображает поршень 600 в первом положении во время рабочего хода (например, такта расширения газа) указанного одного цикла сгорания, а второй вид 692 изображает поршень 600 во втором положении во время рабочего хода указанного одного цикла сгорания, при этом перемещение поршня 600 из первого положения во второе положение (например, в направлении от верхней поверхности 660 камеры 603 сгорания) происходит во время рабочего хода.
Поршень 600 содержит головку 602, основание 611 и юбку 606, проходящую между головкой 602 и основанием 611 в направлении, параллельном центральной оси 665 поршня 600. Поршень 600 соединен с коленчатым валом двигателя посредством шатуна 618. Шатун 618 окружает опорную поверхность 616 поршня 600 и обеспечивает возможность преобразования линейного перемещения поршня 600 в камере сгорания во вращение коленчатого вала двигателя посредством шатуна 618. Верхняя стенка 609 поршня 600 расположена на удалении от основания 611 и от шатуна 618.
Верхняя стенка 609 образована наружной поверхностью 601 поршня 600 (например, поверхностью, образующей дно камеры сгорания) и первой поверхностью 610 внутреннего пространства поршня 600. Поршень 600 содержит механический смещающий элемент 604 (например, пружину), образованный множеством колец 605 (например, тарельчатых шайб). В других вариантах осуществления механический смещающий элемент 604 может представлять собой смещающий элемент другого типа (например, многолистовую рессору) и/или может быть образован компонентами, имеющими другой размер, форму и/или взаимное расположение. Механический смещающий элемент 604 расположен между первой поверхностью 610 внутреннего пространства поршня 600 и второй поверхностью внутреннего пространства 608 поршня 600 и выполнен с возможностью сжатия в направлении, параллельном центральной оси 665. Проем 614 (например, зазор) между юбкой 606 и головкой 602 обеспечивает возможность перемещения головки 602 в сторону основания 611 при сжатии механического смещающего элемента 604, как раскрыто ниже.
Во время работы двигателя, давление газа в камере 603 сгорания создает усилие, действующее на верхнюю стенку 609 поршня 600 в направлении основания 611. Например, смещающее усилие механического смещающего элемента 604 на верхнюю стенку 609 может дейстовать согласно закону Гука F=-Kx, где F -смещающее усилие механического смещающего элемента 604 на верхнюю стенку 609, х - величина смещения верхней стенки 609 относительно основания 611 из исходного положения (например, полностью выдвинутого на первом виде 690), а K - значение модификатора (в настоящем раскрытии могущего именоваться «постоянная пружины»), зависящее от температуры механического смещающего элемента 604 (например, чем выше температура, тем ниже значение K, и чем ниже температура, тем выше значение K), а также формы и материала механического смещающего элемента 604 (например, числа и материала колец 605). Механический смещающий элемент 604 может быть выполнен с такой постоянной пружины, чтобы не происходило полное сжатие механического смещающего элемента 604 при относительно низком давлении газов в камере сгорания (например, давлении газов, соответствующем относительно низким нагрузкам двигателя, например, непосредственно после холодного пуска двигателя). При этом, если давление газа в камере сгорания выше порогового давления газа (например, 5 бар), может происходить сжатие механического смещающего элемента 604 из выдвинутого положения на первом виде 690 (например, положения, в котором механический смещающий элемент 604 имеет первую длину 612 в направлении, параллельном центральной оси 665) в полностью сжатое положение на втором виде 692 (например, положение, в котором механический смещающий элемент 604 имеет вторую длину 613 в направлении, параллельном центральной оси 665, при этом вторая длина 613 меньше первой длины 612).
Кроме того, механический смещающий элемент 604 выполнен с возможностью сжатия из выдвинутого положения на первом виде 690 во множество положений между выдвинутым положением и полностью сжатым положением на втором виде 692 при росте давления газов в камере 603 сгорания (например, росте относительно первого давления 650 на первом виде 690). Первое давление 650 газа в камере 603 сгорания на первом виде 690 гораздо ниже порогового давления газа (например, 1 бар). В одном примере первое давление 650 может представлять собой давление газов в камере 603 сгорания непосредственно перед воспламенением газов посредством искрового разряда свечи зажигания, расположенной в камере сгорания (например, схожей со свечой 192 зажигания на ФИГ. 1, раскрытой выше). В результате, не происходит сжатие механического смещающего элемента 604 в полностью сжатое положение. При этом, на втором виде 692 газы в камере 603 сгорания находятся под вторым давлением 652, превышающим пороговое давление газа. В одном примере второе давление 652 может представлять собой давление газов в камере 603 сгорания непосредственно после воспламенения газов посредством искрового разряда от свечи зажигания. В результате воспламенения газов в камере 603 сгорания происходит быстрое расширение газов и рост давления газов (например, относительно первого давления 650). Так как второе давление 652 выше порогового давления газа, происходит перемещение верхней стенки поршня 600 в сторону основания 611 и перемещение механического смещающего элемента 604 в полностью сжатое положение. Таким образом, механический смещающий элемент 604 аккумулирует кинетическую энергию расширяющихся газов в качестве потенциальной энергии. В более поздний момент указанного одного цикла сгорания может произойти высвобождение потенциальной энергии, аккумулированной механическим смещающим элементом 694, для ускорения перемещения коленчатого вала посредством комбинации поршня и шатуна (например, в состояниях, когда давление газов в камере сгорания падает ниже порогового давления газа после воспламенения во время указанного одного цикла сгорания).
В одном примере по меньшей мере часть механического смещающего элемента 604 может быть выполнена из металла (например, нержавеющей стали). По мере роста температуры механического смещающего элемента 604 (например, из-за роста рабочей температуры поршня вследствие роста нагрузки двигателя), жесткость (например, постоянная пружины) механического смещающего элемента 604 может падать. В результате, падает величина смещающего усилия, прилагаемого к верхней стенке 609 механическим смещающим элементом 604, и сжатие механического смещающего элемента 604 может происходить легче. Таким образом, снижение порогового давления газа обеспечивает возможность полного сжатия механического смещающего элемента 604, если давление газов в камере сгорания относительно низкое. Аналогичным образом, в состояниях, когда температура механического смещающего элемента 604 снижена (например, в состояниях, когда нагрузка двигателя относительно низкая, и происходит передача меньшего количества тепла поршню 600), возрастают и жесткость механического смещающего элемента 604, и пороговое давление газа.
Поскольку жесткость механического смещающего элемента 604 зависит от температуры, сжатие и/или растяжение механического смещающего элемента 604 может происходить в разные моменты времени для разных рабочих состояний двигателя. Например, первое рабочее состояние двигателя может представлять собой состояние, в котором нагрузка двигателя относительно низкая, температура механического смещающего элемента 604 относительно низкая (например, после холодного пуска двигателя), а момент зажигания камеры 603 сгорания установлен контроллером двигателя (например, контроллером 12 на ФИГ. 1, раскрытым выше) равным заранее заданному стандартному моменту зажигания. В одном примере заранее заданный стандартный момент зажигания может представлять собой момент, когда происходит разряд искры из свечи зажигания во время такта сжатия камеры 603 сгорания при нахождении поршня в определенном положении в камере сгорания (например, положении, соответствующем углу на 14 градусов меньше угла поворота коленчатого вала, при котором поршень достигает положения верхней мертвой точки). Второе рабочее состояние двигателя может представлять собой состояние, в котором нагрузка двигателя относительно высокая, температура механического смещающего элемента 604 относительно высокая (например, в период, когда впрыск топлива и всасывание воздуха в камеры сгорания двигателя больше, чем в первом рабочем состоянии двигателя, раскрытом выше), а момент зажигания камеры 603 сгорания установлен равным заранее заданному стандартному моменту зажигания.
Когда двигатель работает в первом рабочем состоянии, раскрытом выше, сжатие и растяжение механического смещающего элемента 604 могут происходить раньше в цикле сгорания, чем при работе двигателя во втором рабочем состоянии. В одном примере, во время рабочего хода цикла сгорания камеры 603 сгорания, когда двигатель находится в первом рабочем состоянии, сжатие механического смещающего элемента 604 может происходить при угле поворота коленчатого вала, приблизительно на 15 градусов (в одном примере) больше величины поворота, при которой поршень находится в положении верхней мертвой точки. При этом, во время рабочего хода цикла сгорания камеры 603 сгорания, когда двигатель находится во втором рабочем состоянии, сжатие механического смещающего элемента 604 может происходить при угле поворота коленчатого вала, приблизительно на 13 градусов (в одном примере) больше величины поворота, при которой поршень находится в положении верхней мертвой точки. Следовательно, результатом сжатия и растяжения механического смещающего элемента 604 в первом рабочем состоянии может стать то, что величина крутящего момента, передаваемого коленчатому валу, будет отлична от создаваемой при сжатии и растяжении механического смещающего элемента 604 во втором рабочем состоянии.
Для повышения величины крутящего момента, передаваемого коленчатому валу в результате сжатия и растяжения механического смещающего элемента 604 для различных рабочих состояний двигателя (например, первого рабочего состояния и второго рабочего состояния, раскрытых выше), контроллер двигателя может регулировать момент зажигания камеры сгорания (например, изменять в сторону опережения или запаздывания момент искрового разряда свечи зажигания) относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия механического смещающего элемента 604. Оценочное смещающее усилие может оценивать контроллер по выходному сигналу одного или нескольких датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1.
В одном примере контроллер может принимать электрические сигналы от одного или нескольких датчиков температуры двигателя (например, датчика температуры отработавших газов, датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя, датчика температуры масла в двигателе и т.п.) и может выполнять логическое определение в части оценки смещающего усилия (например, зависящего от температуры механического смещающего элемента 604) на основе логических формул, являющихся функцией от температуры отработавших газов, температуры масла в двигателе, и/или температуры охлаждающей жидкости двигателя. Таким образом, контроллер может оценивать температуру механического смещающего элемента 604 (и смещающее усилие механического смещающего элемента 604 на верхнюю стенку поршня) по температуре отработавших газов, температуре масла в двигателе, и/или температуре охлаждающей жидкости двигателя. Контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый свече зажигания (например, приводу свечи зажигания) для регулирования момента искрового разряда свечи зажигания. В другом примере контроллер может сравнивать амплитуду, длительность и/или частоту сигналов от датчиков температуры двигателя со значениями в табулированной зависимости, хранящимися в долговременной памяти вычислительного устройства контроллера, для оценки смещающего усилия механического смещающего элемента 604 на верхнюю стенку поршня и для регулирования момента зажигания в зависимости от смещающего усилия. Например, контроллер может оценивать смещающее усилие путем вычисления по табулированной зависимости, входным параметром которой является температура масла в двигателе, а результатом - смещающее усилие механического смещающего элемента 604 на верхнюю стенку поршня.
В некоторых примерах двигатель может содержать множество разбрызгивателей масла в двигателе, расположенных по вертикали ниже поршня 600 (например, за пределами камеры 603 сгорания в направлении коленчатого вала), выполненных с возможностью распыления струй масла в восходящем направлении в сторону основания 611 поршня 600. Распыляемое из разбрызгивателей масло может попадать на нижнюю наружную поверхность 617 основания 611 для поглощения тепловой энергии из поршня 600 и снижения температуры поршня 600 (например, для охлаждения поршня). Расход масла из разбрызгивателей масла в двигателе может регулировать контроллер для увеличения или уменьшения величины охлаждения поршня 600. Таким образом, контроллер может регулировать температуру поршня 600 для регулирования величины смещающего усилия механического смещающего элемента 604 на верхнюю стенку 609 поршня 600. Например, в состояниях, когда нагрузка двигателя относительно низкая (например, во время холостого хода двигателя), а температура поршня 600 относительно высокая (например, из-за нагрева поршня 600 в связи с относительно высокой нагрузкой двигателя в течение длительного периода непосредственно перед холостым ходом двигателя), контроллер может увеличить расход масла из разбрызгивателей масла в двигателе для снижения температуры поршня 600 и, тем самым, увеличения оценочного смещающего усилия механического смещающего элемента 604. Кроме того, контроллер может отрегулировать момент зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия, как раскрыто выше. Регулирование момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия и регулирование оценочного смещающего усилия путем увеличения или уменьшения расхода масла из разбрызгивателей масла в двигателе позволяет повысить точность регулирования отдачи двигателя по крутящему моменту и снизить вероятность детонации.
На ФИГ. 2 и ФИГ. 6 показаны примеры конфигураций с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что элементы непосредственно контактируют друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно соединенными, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Аналогично, элементы, показанные соседними или смежными друг другу могут быть соседними или смежными друг другу соответственно, по меньшей мере в одном примере. Например, компоненты, находящиеся в поверхностном контакте друг с другом, могут называться находящимися в поверхностном контакте. Согласно другому примеру, элементы, расположенные отдельно друг от друга с некоторым промежутком между ними без других компонентов, могут так и называться, по меньшей мере в одном примере. Согласно иному примеру, элементы, показанные выше/ниже друг относительно друга, с противоположных сторон друг относительно друга или слева/справа друг относительно друга, могут так и быть обозначены, друг относительно друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый высокий элемент или точка элемента может называться «верхом» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может называться «низом» компонента, по меньшей мере в одном примере. В контексте настоящей заявки, верх/низ, более высокий/более низкий выше/ниже, могут обозначать положения относительно вертикальной оси фигур и использоваться для описания расположения элементов на фигурах друг относительно друга. По существу, элементы, показанные выше других элементов, расположены вертикально выше других элементов, в одном примере. В ином примере, формы элементов, показанные на фигурах, могут называться имеющими такие формы (в частности, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, сферические, скошенные, угловые или т.п.). Далее, элементы, показанные пересекающими друг друга, могут называться пересекающимися элементами или пересекающими друг друга, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный вне другого элемента, может так и называться, согласно одному примеру.
Технический эффект, достигаемый регулированием момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия газа, заключенного внутри реагирующего на давление поршня, состоит в возможности регулирования степени сжатия камеры сгорания для увеличения отдачи двигателя по крутящему моменту и уменьшения детонации. Так можно точнее регулировать степень сжатия камеры сгорания. Сжатие газа внутри поршня позволяет уменьшить степень сжатия камеры сгорания в состояниях, когда давление газа в камере сгорания относительно высокое, и, тем самым, снизить вероятность самовоспламенения топлива в камере сгорания и количество событий детонации. Кроме того, можно аккумулировать механическую энергию внутри поршня за счет сжатия газа внутри поршня с возможностью последующего высвобождения данной механической энергии поршнем для улучшения эксплуатационных показателей двигателя.
В одном варианте осуществления способа: оценивают смещающее усилие реагирующего на давление поршня, расположенного в камере сгорания двигателя; и регулируют параметр работы двигателя в зависимости от оценочного смещающего усилия. В первом примере способа регулирование параметра работы двигателя включает в себя регулирование момента зажигания камеры сгорания. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что регулирование момента зажигания включает в себя изменение в сторону опережения момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания или изменение в сторону запаздывания момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и отличается тем, что изменение момента зажигания в сторону опережения и запаздывания осуществляют в зависимости от того, выше или ниже оценочное смещающее усилие, чем пороговое смещающее усилие. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно содержит шаги, на которых: определяют величину детонации в двигателе по выходному сигналу датчика детонации в двигателе и регулируют параметр работы двигателя в зависимости от величины детонации в двигателе. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и отличается тем, что параметр работы двигателя регулируют на первую величину в зависимости от оценочного смещающего усилия, причем параметр работы двигателя регулируют на вторую величину в зависимости от величины детонации в двигателе, причем первая величина отлична от второй. Шестой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и отличается тем, что величина детонации в двигателе включает в себя интенсивность детонации, соответствующую величине, на которую выходной сигнал датчика детонации в двигателе превышает пороговый, причем регулирование параметра двигателя уменьшает интенсивность детонации. Седьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по шестой и отличается тем, что величина детонации в двигателе включает в себя частоту детонации, причем регулирование параметра двигателя уменьшает частоту детонации. Восьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по седьмой и отличается тем, что частоту детонации определяют по меньшей мере за один полный цикл сгорания камеры сгорания. Девятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по восьмой и отличается тем, что смещающее усилие оценивают на основе по меньшей мере одного из следующего: выходной сигнал датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя, или выходной сигнал датчика температуры масла в двигателе, или выходной сигнал датчика температуры отработавших газов двигателя. Десятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по девятый и отличается тем, что камера сгорания является одной из множества камер сгорания, причем регулирование параметра работы включает в себя регулирование момента зажигания каждой из множества камер сгорания.
В другом варианте осуществления способа: оценивают смещающее усилие реагирующего на давление поршня, расположенного в камере сгорания двигателя; и регулируют момент зажигания камеры сгорания в зависимости от оценочного смещающего усилия и октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. В первом примере способа оценка смещающего усилия включает в себя измерение выходного сигнала по меньшей мере одного датчика температуры двигателя для оценки температуры газа, изолированного внутри реагирующего на давление поршня. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что оценка смещающего усилия включает в себя вычисление давления газа, изолированного внутри реагирующего на давление поршня, по температуре газа. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и отличается тем, что регулирование момента зажигания включает в себя изменение момента зажигания в сторону опережения или запаздывания на первую величину относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия и изменение момента зажигания в сторону опережения или запаздывания на вторую величину относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, при этом первая величина отлична от второй. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно содержит шаг, на котором регулируют момент зажигания камеры сгорания на третью величину относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости и от оценочного смещающего усилия, и от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, при этом третья величина отлична от первой величины и от второй величины.
В одном примере система содержит: двигатель, содержащий камеру сгорания с расположенной в ней свечой зажигания; реагирующий на давление поршень, расположенный в камере сгорания, при этом поршень содержит верхнюю стенку, выполненную с возможностью перемещения относительно основания поршня и расположенную на удалении от основания, при этом верхняя стенка выполнена с возможностью смещения в сторону от основания посредством газа, заключенного внутри основания; и контроллер, содержащий машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для оценки смещающего усилия газа на верхнюю стенку и регулирования момента искрового разряда свечи зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия. В первом примере системы контроллер дополнительно содержит инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для регулирования оценочного смещающего усилия в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Второй пример системы необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что верхняя стенка соединена с основанием растяжимым уплотнением, причем уплотнение выполнено с возможностью растяжения в направлении центральной оси камеры сгорания. Третий пример системы необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и отличается тем, что основание герметично для текучей среды так, чтобы газ, заключенный внутри основания, не смешивался и не конвергировал с газом в камере сгорания.
В другом варианте способа: оценивают постоянную пружины газовой пружины, образованной внутренним пространством поршня камеры сгорания двигателя и покрытой верхней наружной стенкой поршня; регулируют параметр работы двигателя на первую величину, если оценочная постоянная пружины ниже пороговой; и регулируют параметр работы на вторую величину, если оценочная постоянная пружины выше пороговой, при этом первая величина отлична от второй.
В еще одном варианте способа: оценивают температуру механического смещающего элемента, расположенного внутри реагирующего на давление поршня; оценивают смещающее усилие механического смещающего элемента по оценочной температуре; и регулируют параметр работы двигателя в зависимости от оценочного смещающего усилия.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6,1-4, 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 раскрытии.
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 РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2016 |
|
RU2677321C2 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗАЖИГАНИЕМ | 2016 |
|
RU2702901C1 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ВЫБОРА ОКТАНОВОГО ЧИСЛА ТОПЛИВА | 2016 |
|
RU2719109C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2015 |
|
RU2702065C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ | 2016 |
|
RU2703872C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ | 2018 |
|
RU2718383C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОПЛИВА | 2011 |
|
RU2573074C2 |
| Способ (варианты) и система управления двигателем | 2017 |
|
RU2667899C1 |
| СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЕ (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2699150C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ | 2014 |
|
RU2668084C2 |
Предложены способы и системы для регулирования момента зажигания двигателя внутреннего сгорания в зависимости от смещающего усилия реагирующего на давление поршня. В одном примере двигатель может содержать реагирующий на давление поршень с верхней стенкой, смещаемой в сторону от основания поршня под действием давления газа, заключенного внутри основания. Момент зажигания камеры сгорания, содержащей поршень, регулируют в зависимости от оценочного смещающего усилия газа на верхнюю стенку. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Способ регулирования параметра работы двигателя, в котором:
оценивают смещающее усилие реагирующего на давление поршня, расположенного в камере сгорания двигателя; и
регулируют параметр работы двигателя в зависимости от оценочного смещающего усилия, причем
смещающее усилие оценивают на основе по меньшей мере одного из следующего: выходной сигнал датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя, выходной сигнал датчика температуры отработавших газов двигателя или выходной сигнал датчика температуры масла в двигателе.
2. Способ по п. 1, в котором регулирование параметра работы двигателя включает в себя регулирование момента зажигания камеры сгорания.
3. Способ по п. 2, в котором регулирование момента зажигания включает в себя изменение в сторону опережения момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания или изменение в сторону запаздывания момента зажигания относительно заранее заданного стандартного момента зажигания.
4. Способ по п. 3, в котором изменение момента зажигания в сторону опережения и запаздывания осуществляют в зависимости от того, выше или ниже оценочное смещающее усилие, чем пороговое смещающее усилие.
5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаги, на которых: определяют величину детонации в двигателе по выходному сигналу датчика детонации в двигателе и регулируют параметр работы двигателя в зависимости от величины детонации в двигателе.
6. Способ по п. 5, в котором параметр работы двигателя регулируют на первую величину в зависимости от оценочного смещающего усилия, причем параметр работы двигателя регулируют на вторую величину в зависимости от величины детонации в двигателе, причем первая величина отлична от второй.
7. Способ по п. 5, в котором величина детонации в двигателе включает в себя интенсивность детонации, соответствующую величине, на которую выходной сигнал датчика детонации в двигателе превышает пороговый выходной сигнал, причем регулирование параметра двигателя уменьшает интенсивность детонации.
8. Способ по п. 5, в котором величина детонации в двигателе включает в себя частоту детонации, причем регулирование параметра двигателя уменьшает частоту детонации.
9. Способ по п. 8, в котором частоту детонации определяют по меньшей мере за один полный цикл сгорания камеры сгорания.
10. Способ по п. 1, в котором камера сгорания является одной из множества камер сгорания, причем регулирование параметра работы включает в себя регулирование момента зажигания каждой из множества камер сгорания.
11. Способ регулирования параметра работы двигателя, в котором:
оценивают смещающее усилие реагирующего на давление поршня, расположенного в камере сгорания двигателя; и
регулируют момент зажигания камеры сгорания в зависимости от оценочного смещающего усилия и октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, причем
оценка смещающего усилия включает в себя измерение выходного сигнала по меньшей мере одного датчика температуры двигателя для оценки температуры газа, изолированного внутри реагирующего на давление поршня.
12. Способ по п. 11, в котором оценка смещающего усилия включает в себя вычисление давления газа, изолированного внутри реагирующего на давление поршня, по температуре газа.
13. Способ по п. 11, в котором регулирование момента зажигания включает в себя изменение момента зажигания в сторону опережения или запаздывания на первую величину относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия и изменение момента зажигания в сторону опережения или запаздывания на вторую величину относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, при этом первая величина отлична от второй.
14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий шаг, на котором регулируют момент зажигания камеры сгорания на третью величину относительно заранее заданного стандартного момента зажигания в зависимости и от оценочного смещающего усилия, и от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, при этом третья величина отлична от первой величины и от второй величины.
15. Система регулирования параметра работы двигателя, содержащая:
двигатель, содержащий камеру сгорания с расположенной в ней свечой зажигания;
реагирующий на давление поршень, расположенный в камере сгорания, при этом реагирующий на давление поршень содержит верхнюю стенку, выполненную с возможностью перемещения относительно основания реагирующего на давление поршня и расположенную на удалении от основания, при этом верхняя стенка выполнена с возможностью смещения в сторону от основания посредством газа, заключенного внутри основания; и
контроллер, содержащий машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для оценки смещающего усилия газа на верхнюю стенку и регулирования момента электрического разряда свечи зажигания в зависимости от оценочного смещающего усилия.
16. Система по п. 15, в которой контроллер дополнительно содержит инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для регулирования оценочного смещающего усилия в зависимости от октанового числа топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания.
17. Система по п. 15, в которой верхняя стенка соединена с основанием растяжимым уплотнением, причем уплотнение выполнено с возможностью растяжения в направлении центральной оси камеры сгорания, при этом
основание герметично для текучей среды так, чтобы газ, заключенный внутри основания, не смешивался и не конвергировал с газом в камере сгорания или газами в картере.
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2014 |
|
RU2604144C2 |
| УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАГНЕТАТЕЛЕМ | 2013 |
|
RU2583475C1 |
| WO 2014057534 A1, 17.04.2014 | |||
| Ленточнопильный станок | 1989 |
|
SU1724457A1 |
| Сборный отрезной резец | 1978 |
|
SU848155A1 |
| US 5197431 A1, 30.03.1993. | |||
