СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ СГОРАНИЯ, СИСТЕМА СГОРАНИЯ И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F02D41/24 F02D41/38 F02D41/40 

[0001] В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке на патент Китая No. 202110669921.7, озаглавленной "METHOD FOR CONTROLLING COMBUSTION SYSTEM, COMBUSTION SYSTEM AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE", поданной 17 июня 2021 года в Национальную администрацию по защите интеллектуальной собственности Китая, которая полностью включена сюда путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Настоящая заявка относится к области двигателей внутреннего сгорания и, в частности, к способу управления системой сгорания, к системе сгорания и к двигателю внутреннего сгорания.

Уровень техники

[0003] Традиционная технология на основе высоконапорной общей топливной магистрали может реализовывать несколько впрысков, что включает в себя основной впрыск топлива (более 80% топлива впрыскиваются) в промежуточный момент и несколько небольших впрысков (объем впрыска составляет приблизительно от 10% до 20%) до и после основного впрыска топлива, с тем чтобы уменьшать шум при сгорании (при предварительном впрыске, т.е. при впрыске перед основным впрыском топлива) или улучшать выброс дыма и терморегулирование температуры выхлопных газов (при дожигающем впрыске, т.е. при впрыске после основного впрыска топлива).

[0004] Чтобы дополнительно улучшать рабочие характеристики двигателей внутреннего сгорания, в традиционной технологии предлагается разделять основной впрыск топлива на несколько впрысков и выполнять два или более основных впрыска топлива. Пиковое давление в цилиндре может уменьшаться посредством задержки фазы сгорания. Пиковое давление в цилиндре может поддерживаться в ограниченном диапазоне для того, чтобы поддерживать целостность цилиндров. Тем не менее, задержка фазы сгорания может приводить к высокому расходу топлива и высокой температуре выхлопных газов, что дополнительно ограничивает крутящий момент и выходную мощность двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, предлагается разделять основной впрыск топлива, по меньшей мере, на два впрыска, первый впрыск начинается раньше начального времени первоначально запланированного основного впрыска топлива, а второй впрыск начинается в начальное время или позже начального времени первоначально запланированного основного впрыска топлива, что позволяет обеспечивать опережение фазы сгорания или уменьшать требуемую задержку фазы сгорания, поддерживать давление в цилиндре равным максимальному значению давления и реализовывать максимальный крутящий момент и поддерживать температуру выхлопных газов ниже максимальной температуры выхлопных газов.

[0005] Главная цель разделения основного впрыска топлива на несколько впрысков, как описано выше, состоит в том, чтобы формировать относительно высокий вывод крутящего момента без увеличения температуры выхлопных газов посредством разделения основного впрыска топлива, когда пиковое значение давления в цилиндре достигается или превышается. Тем не менее, для способа разделения основного впрыска топлива на несколько впрысков, интервал между первым впрыском и вторым впрыском является слишком большим, приводя к практически к отсутствию эффекта пространственного наложения эффектов увлечения, к низкому коэффициенту использования воздуха, к низкой термической эффективности и к высокому расходу топлива двигателя внутреннего сгорания.

Сущность изобретения

[0006] Настоящая заявка заключается в том, чтобы предоставлять способ управления системой сгорания, систему сгорания и двигатель внутреннего сгорания. Способ управления системой сгорания полностью использует эффект пространственного наложения эффектов увлечения высокоскоростных масляных пучков основного топлива, впрыскиваемого последовательно, увеличивая коэффициент смешения масла и газа в цилиндре, эффективно повышая скорость сгорания и коэффициент использования воздуха в цилиндре на средней и последующих ступенях сгорания, так что эффективность сгорания в системе сгорания является высокой, и расход топлива двигателя внутреннего сгорания является низким.

[0007] В настоящей заявке предлагаются следующие технические решения.

[0008] Способ управления системой сгорания, а именно, система сгорания включает в себя поршень, топливный инжектор и цилиндр, топливный инжектор впрыскивает основное топливо в цилиндр последовательно на ступени основного впрыска топлива для приведения в действие поршня таким образом, что он работает, способ управления системой сгорания включает в себя:

управление топливным инжектором с возможностью:

выполнения основного впрыска топлива первой ступени в ходе сжатия, причем основной впрыск топлива первой ступени включает в себя, по меньшей мере, один впрыск и длится до рабочего хода, и давлению в цилиндре позволяют достигать целевого пикового значения давления; и

выполнения основного впрыска топлива второй ступени до того, как давление в цилиндре находится в нисходящей критической точке, при этом основной впрыск топлива второй ступени включает в себя, по меньшей мере, один впрыск, причем топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива второй ступени, и топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива первой ступени, накладываются, и давлению в цилиндре позволяют поддерживаться равным целевому пиковому значению давления в течение заданного времени.

[0009] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, в случае если присутствует разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления, давление в топливной магистрали регулируется, и/или интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени регулируется таким образом, чтобы позволять давлению в цилиндре быть равным целевому пиковому значению давления.

[0010] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, в случае если разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления меньше или равна 5%, давление в топливной магистрали для того, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления, регулируется; в случае, если разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления больше 5%, давление в топливной магистрали регулируется, и интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени регулируется таким образом, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления, или интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени регулируется таким образом, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления.

[0011] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени составляет от 300 мкс до 1200 мкс.

[0012] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, калибровочный параметр одного основного впрыска топлива представляет собой параметр одного основного впрыска топлива, калиброванного, когда расход топлива двигателя внутреннего сгорания минимизируется, и выбросы оксидов азота двигателя внутреннего сгорания минимизируются при условии удовлетворения требованию по выбросам оксидов азота, и калибровочный параметр одного основного впрыска топлива включает в себя калибровочный объем впрыска для одного основного впрыска топлива, и общий объем впрыска из основного впрыска топлива первой ступени и основного впрыска топлива второй ступени равен калибровочному объему впрыска для одного основного впрыска топлива, при условии, что объем впрыска для основного впрыска топлива первой ступени составляет Q1, и объем впрыска для основного впрыска топлива второй ступени составляет Q2, причем Q2 равен от 0,05Q1 до 0,5Q1.

[0013] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, длительность основного впрыска топлива первой ступени определяется согласно объему впрыска для основного впрыска топлива первой ступени и давлению впрыска для основного впрыска топлива первой ступени, и длительность основного впрыска топлива второй ступени определяется согласно объему впрыска для основного впрыска топлива второй ступени и давлению впрыска для основного впрыска топлива второй ступени.

[0014] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, калибровочный параметр одного основного впрыска топлива дополнительно включает в себя калибровочное давление впрыска для одного основного впрыска топлива, давление впрыска для основного впрыска топлива первой ступени больше калибровочного давления впрыска для одного основного впрыска топлива, и давление впрыска для основного впрыска топлива второй ступени больше или равно давлению впрыска для основного впрыска топлива первой ступени.

[0015] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, длительность основного впрыска топлива первой ступени и длительность основного впрыска топлива второй ступени составляют в диапазоне от 100 мкс до 1500 мкс.

[0016] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, длительность основного впрыска топлива первой ступени составляет в пределах диапазона от угла поворота коленчатого вала в 25° перед верхней мертвой точкой до угла поворота коленчатого вала в 20° после верхней мертвой точки.

[0017] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, заданное время составляет от 50% до 100% от длительности основного впрыска топлива первой ступени.

[0018] Система сгорания использует способ управления системой сгорания, описанной выше, датчик давления размещается в цилиндре, и датчик давления выполнен с возможностью определять давление в цилиндре.

[0019] Двигатель внутреннего сгорания включает в себя систему сгорания, описанную выше.

[0020] Благоприятные эффекты настоящей заявки заключаются в следующем.

[0021] Способ управления системой сгорания, предложенный согласно настоящей заявке, заключает в себе управление топливным инжектором с возможностью выполнения основного впрыска топлива первой ступени в ходе сжатия. Основной впрыск топлива первой ступени включает в себя, по меньшей мере, один впрыск и длится до рабочего хода, так что давление в цилиндре достигает целевого пикового значения давления. Основной впрыск топлива второй ступени выполняется до того, как давление в цилиндре достигает нисходящей критической точки. Основной впрыск топлива второй ступени включает в себя, по меньшей мере, один впрыск, топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива второй ступени, и топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива первой ступени, накладываются, так что давление в цилиндре поддерживается равным целевому пиковому значению давления в течение заданного времени. Способ управления системой сгорания, предложенный согласно настоящей заявке, устанавливает целевое пиковое значение давления в цилиндре через основной впрыск топлива первой ступени. Основной впрыск топлива второй ступени выполняется до того, как давление в цилиндре достигает нисходящей критической точки, что позволяет стимулировать наложение эффектов увлечения, дополнительно увеличивать область смешения топлива и воздуха, повышать коэффициент использования воздуха в цилиндре, за счет этого повышать скорость сгорания на средней и последующих ступенях в цилиндре и стимулировать быстрое сгорание топлива, так что тепловыделение во время процесса сгорания всегда поддерживается равным относительно высокому значению, и давление в цилиндре остается постоянным.

[0022] Система сгорания, предложенная согласно настоящей заявке с использованием способа управления системой сгорания, описанного выше, полностью использует интенсивность пространственного наложения эффектов увлечения высокоскоростных масляных пучков основного впрыска топлива первой ступени и основного впрыска топлива второй ступени, реализуя вторичную организацию масляных пучков в поле потока в цилиндре, повышая турбулентность в цилиндре в максимально возможной степени, повышая коэффициент смешения масла и газа в цилиндре и эффективно повышая скорость сгорания и коэффициент использования воздуха в цилиндре на средней и последующих ступенях сгорания, с тем чтобы повышать эффективность сгорания в системе сгорания.

[0023] Двигатель внутреннего сгорания, предложенный согласно настоящей заявке, приспосабливает систему сгорания, описанную выше, чтобы не допускать чрезмерной концентрации топлива одновременно. Пространственное наложение эффектов увлечения, сформированных при основном впрыске топлива первой ступени и основном впрыске топлива второй ступени, используется, так что эффективность сгорания повышается, расход топлива уменьшается, и экономия двигателя внутреннего сгорания повышается.

Краткое описание чертежей

[0024] Фиг. 1 является блок-схемой последовательности операций способа управления системой сгорания, предусмотренной согласно варианту 2 осуществления настоящей заявки;

[0025] Фиг. 2 является принципиальной схемой взаимосвязей между углами поворота коленчатого вала и позициями поршня, углами поворота коленчатого вала и давлениями в цилиндре, углами поворота коленчатого вала и законом впрыска для основного впрыска топлива первой ступени и основного впрыска топлива второй ступени, предусмотренной согласно варианту 2 осуществления настоящей заявки;

[0026] Фиг. 3 является принципиальной схемой моделирования эффекта увлечения после основного впрыска топлива первой ступени, предусмотренной согласно варианту 2 осуществления настоящей заявки; и

[0027] Фиг. 4 является принципиальной схемой моделирования эффекта увлечения после основного впрыска топлива второй ступени, предусмотренной согласно варианту 2 осуществления настоящей заявки.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

[0028] Ниже подробно описываются варианты осуществления настоящей заявки, примеры вариантов осуществления показаны на прилагаемых чертежах, и идентичные или аналогичные ссылочные позиции представляют идентичные или аналогичные элементы либо элементы с идентичными или аналогичными функциями во всем описании. Варианты осуществления, описанные ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, являются примерными и имеют намерение пояснять настоящую заявку и не должны пониматься как ограничения на настоящую заявку.

[0029] В описании настоящей заявки, следует отметить, что ориентации или позиционные взаимосвязи, указываемые посредством таких терминов, как "по центру", "вверх", "вниз", "левый", "правый", "вертикальный", "горизонтальный", "внутренний" и "внешний", основаны на ориентациях или позиционных взаимосвязях, показанных на прилагаемых чертежах, и служат только для удобства описания настоящей заявки и упрощения описания, а не для указания или подразумевания того, что упоминаемые устройства или элементы должны иметь конкретные ориентации либо должны конструироваться и управляться в конкретных ориентациях, и в силу этого не должны пониматься как ограничения на настоящую заявку. Кроме того, термины "первый" и "второй" используются только для описания и не должны пониматься как указание или допущение относительной важности. Термины "первая позиция" и "вторая позиция" представляют две различных позиции.

[0030] Если иное явно не указывается и не ограничивается, термины "устанавливать", "соединять с", "соединять" и "присоединять" должны пониматься в широком смысле, например, могут представлять собой жесткое соединение, съемное соединение; могут представлять собой механическое соединение или электрическое соединение; могут представлять собой прямое соединение или косвенное соединение через промежуточный элемент и могут представлять собой внутреннее соединение двух элементов или взаимосвязь на основе взаимодействия между двумя элементами. Для специалистов в данной области техники, конкретные смысловые значения терминов в настоящей заявке могут пониматься согласно конкретным ситуациям.

[0031] Если иное явно не указывается и не ограничивается, нахождение первого элемента "на" или "под" относительно второго элемента может включать в себя непосредственный контакт первого элемента со вторым элементом, а также может включать в себя не непосредственный контакт первого элемента со вторым элементом, а контакт через другой элемент между первым и вторым элементами. Кроме того, нахождение первого элемента "на", "выше" и "над" относительно второго элемента включает в себя то, что первый элемент находится непосредственно выше и под углом выше второго элемента, либо просто указывает то, что первый элемент находится горизонтально выше второго элемента. Нахождение первого элемента "ниже", "под" и "внизу" относительно второго элемента включает в себя то, что первый элемент находится непосредственно ниже и под углом ниже второго элемента, либо просто указывает то, что первый элемент находится горизонтально ниже второго элемента.

[0032] Ниже подробно описываются технические решения настоящей заявки в комбинации с прилагаемыми чертежами и через варианты осуществления.

Вариант 1 осуществления

[0033] Двигатель внутреннего сгорания предоставляется согласно варианту осуществления. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя систему сгорания. Топливо и воздух смешиваются в системе сгорания для сжигания в цилиндре, и тепловая энергия выделяется для того, чтобы формировать высокотемпературный газ высокого давления в цилиндре. Газ расширяется для того, чтобы подталкивать поршень для того, чтобы выполнять работу, и затем механическая работа выводится через кривошипно-шатунный механизм или другие механизмы для того, чтобы приводить в действие приводимую машину таким образом, что она работает.

[0034] Система сгорания, используемая в двигателе внутреннего сгорания согласно варианту осуществления, не допускает чрезмерной концентрации топлива одновременно и использует пространственное наложение эффектов увлечения, сформированных между основным впрыском топлива первой ступени и основным впрыском топлива второй ступени, чтобы повышать эффективность сгорания, уменьшать расход топлива и улучшать экономию двигателя внутреннего сгорания.

[0035] Система сгорания дополнительно предоставляется согласно варианту осуществления, которая включает в себя поршень, инжектор, цилиндр и головку блока цилиндров. Поршень, цилиндр, головка блока цилиндров и т.д. вместе формируют камеру сгорания, и инжектор размещается на головке блока цилиндров. Топливо доставляется в цилиндр посредством инжектора через несколько основных впрысков топлива. Топливо сжигается в камере сгорания, и поршень подвергается воздействию силы топлива и передает мощность в коленчатый вал через поршневой палец и шатун, с тем чтобы завершать рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания. В варианте осуществления, топливо представляет собой топливное масло, и топливное масло включает в себя бензин, биодизель или смешанное топливо (например, бензин и этанол или бензин и метанол). Поршень представляет собой поршень ω-типа, несколько секций дугообразных гребней размещаются за пределами горловины поршня ω-типа, и горловина размещается между вогнутостью поршня ω-типа и несколькими секциями дугообразных гребней. Поршень ω-типа, цилиндр и головка блока цилиндров вместе формируют камеру сгорания ω-типа. Во время впрыска топлива, топливное масло ударяется о горловину и затем впрыскивается в вогнутость и несколько секций дугообразных гребней, наложение эффектов увлечения улучшается.

[0036] Весь рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания включает в себя ход впуска, ход сжатия, рабочий ход и ход выпуска. Коленчатый вал выполнен с возможностью приводить в действие поршень, чтобы перемещаться из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку. Когда впускной клапан открывается, смесь топлива и воздуха всасывается в цилиндр, и ход впуска заканчивается, когда поршень достигает нижней мертвой точки. После того, как ход впуска заканчивается, поршень достигает нижней мертвой точки, и в этот момент цилиндр заполняется смесью топлива и воздуха. Коленчатый вал продолжает приводить в действие поршень таким образом, что он перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку, впускной клапан и выпускной клапан закрываются, смесь сжимается, давление и температура растут, и ход сжатия не завершается до тех пор, пока поршень не достигает верхней мертвой точки. В определенный момент до того, как поршень достигает верхней мертвой точки, электричество высокого напряжения, предоставленное посредством системы зажигания, действует на свечу зажигания и свеча зажигания вспыхивает для того, чтобы зажигать смесь в цилиндре. Поскольку поршень движется чрезвычайно быстро и быстро пересекает верхнюю мертвую точку, и смесь быстро сжигается и расширяется для того, чтобы выполнять работу, поршень подталкивается вниз, чтобы приводить в действие коленчатый вал с возможностью выводить мощность, и рабочий ход заканчивается, когда поршень достигает нижней мертвой точки. После того, как рабочий ход заканчивается, поршень достигает нижней мертвой точки, и коленчатый вал приводит в действие поршень таким образом, что он перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. В это время, выпускной клапан обязательно должен быть открытым, и сжигаемый выхлопной газ выпускается через выпускной клапан. Ход выпуска заканчивается, поршень находится в верхней мертвой точке, и следующий ход впуска начинается. Полное выполнение хода впуска, хода сжатия, рабочего хода и хода выпуска называется "рабочим циклом", и коленчатый вал поворачивается два раза для того, чтобы полностью выполнять рабочий цикл.

[0037] В системе сгорания согласно варианту осуществления, датчик давления также размещается в цилиндре, и датчик давления выполнен с возможностью определения давлениеяв цилиндре. При основном впрыске топлива первой ступени, то, следует или нет переходить к основному впрыску топлива второй ступени, определяется согласно давлению в цилиндре, с тем чтобы поддерживать давление в цилиндре в пределах целевого пикового значения давления и поддерживать температуру выхлопных газов ниже наибольшей температуры выхлопных газов в то время, когда максимальный крутящий момент достигается.

[0038] В варианте осуществления, система сгорания дополнительно включает в себя контроллер, датчик угла поворота коленчатого вала и температурный датчик. Впрыск топливного инжектора управляется посредством соленоидного клапана. Когда соленоидный клапан включается, топливный инжектор начинает впрыск. Когда соленоидный клапан выключается, топливный инжектор прекращает впрыск. Контроллер электрически соединяется с соленоидным клапаном, датчиком угла поворота коленчатого вала, температурным датчиком и датчиком давления. Контроллер управляет топливным инжектором с возможностью начинать впрыск посредством управления соленоидным клапаном таким образом, что он включается, и управляет топливным инжектором с возможностью прекращать впрыск посредством управления соленоидным клапаном таким образом, что он выключается. Датчик угла поворота коленчатого вала выполнен с возможностью определять углы поворота коленчатого вала, когда соленоидный клапан включается и выключается, и отправлять углы поворота коленчатого вала в контроллер. Температурный датчик выполнен с возможностью определять температуру в цилиндре. Контроллер сохраняет наибольшую температуру выхлопных газов, и температурный датчик отправляет определенную температуру в цилиндре в контроллер. Контроллер сравнивает принимаемую температуру в цилиндре с наибольшей температурой выхлопных газов и управляет впрыском топлива через результат сравнения и программу настройки, сохраненную в контроллере. Датчик давления отправляет определенное давление в цилиндре в контроллер, и контроллер сохраняет целевое пиковое значение давления. Контроллер сравнивает принимаемое давление в цилиндре с целевым пиковым значением давления и регулирует давление в топливной магистрали и/или интервальное время между основным впрыском топлива первой ступени и основным впрыском топлива второй ступени на основе результата сравнения, с тем чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления.

[0039] Следует отметить, что режимы электрического соединения между контроллером и соленоидным клапаном и контроллером и датчиками и принципы их работы представляют собой традиционные технологии и не повторяются здесь.

[0040] Система сгорания согласно варианту осуществления полностью использует интенсивность пространственного наложения эффектов увлечения высокоскоростных масляных пучков основного впрыска топлива первой ступени и основного впрыска топлива второй ступени, реализуя вторичную организацию масляных пучков в поле потока в цилиндре, повышая турбулентность в цилиндре в максимально возможной степени, повышая коэффициент смешения масла и газа в цилиндре и эффективно повышая скорость сгорания и коэффициент использования воздуха в цилиндре на средней и последующих ступенях сгорания, с тем чтобы повышать эффективность сгорания в системе сгорания.

Вариант 2 осуществления

[0041] Как показано на фиг. 1, способ управления системой сгорания предоставляется согласно варианту осуществления. Способ управления системой сгорания включает в себя следующие этапы S10-S20.

[0042] На этапе S10, топливный инжектор управляется таким образом, чтобы выполнять основной впрыск топлива первой ступени в ходе сжатия. Основной впрыск топлива первой ступени включает в себя, по меньшей мере, один впрыск и длится до рабочего хода, так что давление в цилиндре достигает целевого пикового значения давления.

[0043] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, как показано на фиг. 2, основной впрыск топлива первой ступени включает в себя один впрыск, и впрыск длится от хода сжатия поршня до рабочего хода поршня, устанавливая целевое пиковое значение давления в цилиндре. Следует отметить, что на фиг. 2, один основной впрыск означает один основной впрыск топлива, двойной основной впрыск означает основной впрыск топлива первой ступени и основной впрыск топлива второй ступени, TDC означает верхнюю мертвую точку перемещения коленчатого вала, и BDC означает нижнюю мертвую точку перемещения коленчатого вала.

[0044] В варианте осуществления, посредством управления начальным временем, длительностью и давлением впрыска для основного впрыска топлива первой ступени, топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива первой ступени, сжигается в камере сгорания, и давление в цилиндре достигает целевого пикового значения давления, чтобы приводить в действие поршень для того, чтобы выполнять работу. В других вариантах осуществления, основной впрыск топлива первой ступени также может выполняться через несколько впрысков, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления. Следует отметить, что пиковое целевое пиковое значение давления меньше максимального давления, которому может противостоять цилиндр.

[0045] Давление в цилиндре определяется посредством датчика давления, и датчик давления отправляет определенное давление в цилиндре в контроллер. Контроллер сравнивает принимаемое давление в цилиндре с целевым пиковым значением давления и регулирует параметры согласно результатам сравнения, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления.

[0046] На этапе S20, основной впрыск топлива второй ступени выполняется до того, как давление в цилиндре находится в нисходящей критической точке. Основной впрыск топлива второй ступени включает в себя, по меньшей мере, один впрыск, и топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива второй ступени, и топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива первой ступени, накладываются, так что давление в цилиндре поддерживается равным целевому пиковому значению давления в течение заданного времени.

[0047] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, как показано на фиг. 2, основной впрыск топлива второй ступени также включает в себя один впрыск, и основной впрыск топлива второй ступени выполняется до того, как давление в цилиндре находится в нисходящей критической точке. В других вариантах осуществления, основной впрыск топлива второй ступени также может выполняться через несколько впрысков, чтобы позволять давлению в цилиндре поддерживаться равным целевому пиковому значению давления в течение заданного времени.

[0048] Следует отметить, что во время основного впрыска топлива первой ступени, соленоидный клапан топливного инжектора управляется таким образом, что он включается, время, когда топливный инжектор принимает обратную связь для того, чтобы начинать впрыск топлива, задерживается по сравнению со временем, когда соленоидный клапан включается; соответственно, соленоидный клапан топливного инжектора управляется таким образом, что он выключается, время, когда топливный инжектор принимает обратную связь для того, чтобы прекращать впрыск топлива, также задерживается по сравнению со временем, когда соленоидный клапан выключается, и время задержки предположительно должно составлять T1. Аналогично, во время основного впрыска топлива второй ступени, время, когда топливный инжектор принимает обратную связь для того, чтобы начинать впрыск топлива, также задерживается по сравнению со временем, когда соленоидный клапан включается, и время задержки предположительно должно составлять T2, и T1>T2. Чтобы поддерживать давление в цилиндре равным целевому пиковому значению давления в течение заданного времени, требуется обеспечивать то, что топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания, является непрерываемым. Следовательно, интервальное время между основным впрыском топлива первой ступени и основным впрыском топлива второй ступени (т.е. интервальное время между временем, когда соленоидный клапан выключается во время основного впрыска топлива первой ступени, и временем, когда соленоидный клапан включается во время основного впрыска топлива второй ступени) составляет T и T≤T2-T1. Таким образом, может обеспечиваться существование обмена моментом количества движения между топливами, впрыскиваемыми при основном впрыске топлива первой ступени и при основном впрыске топлива второй ступени, так что топливо, впрыскиваемое на первой ступени, перемещается с топливом, впрыскиваемым на второй ступени, и эффекты увлечения накладываются.

[0049] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени составляет от 300 мкс до 1200 мкс. В варианте осуществления, эффект наложения эффектов увлечения связан с интервальным временем между двумя основными впрысками топлива. Если интервальное время между двумя основными впрысками топлива является слишком большим, эффект пространственного наложения эффектов увлечения значительно ослабляется, коэффициент использования воздуха является низким, и расход топлива также увеличивается. Следовательно, основной впрыск топлива второй ступени должен обязательно выполняться до того, как давление в цилиндре находится в нисходящей критической точке, и давление в цилиндре отслеживается в реальном времени посредством датчика давления. После основного впрыска топлива первой ступени, после того как давление в цилиндре имеет тенденцию к понижению, основной впрыск топлива второй ступени сразу выполняется для того, чтобы обеспечивать то, что давление в цилиндре поддерживается равным целевому пиковому значению давления.

[0050] Для способа управления системой сгорания с одним основным впрыском топлива в традиционной технологии, один основной впрыск топлива представляет собой непрерывный и стабильный процесс впрыска, и жидкое топливное масло непрерывно проникает на идентичной скорости. Возникает разность скоростей между жидким топливным маслом и воздухом, сдвигающая сила находится на внешнем краю контакта между жидким топливным маслом и воздухом, и сдвигающая сила разрывает и распыляет капли жидкого масла. Эффект увлечения, сформированный посредством одного основного впрыска топлива, является одиночным, и область высокой интенсивности находится перед масляным пучком.

[0051] В варианте осуществления, как показано на фиг. 3 и 4, во время процесса впрыска топливного масла, процесс основного впрыска топлива разделяется на два процесса, т.е. на основной впрыск топлива первой ступени и основной впрыск топлива второй ступени. Хотя часть топливного масла уже подвергнута сдвигающему действию, другая часть топливного масла продолжает впрыскиваться и усиливать сдвигающее действие. Пространственное наложение эффекта увлечения формируется на внешнем краю пересечения масляных пучков, за счет этого максимизируя действие по разрыву и распылению капель масла.

[0052] Для двух основных впрысков топлива в варианте осуществления, основной впрыск топлива первой ступени начинается в конце хода сжатия, топливо впрыскивается из форсунки топливного инжектора в камеру сгорания на относительно высокой скорости, и высокоскоростной топливный масляный пучок формирует кинетическую энергию с сильной турбулентностью. По мере того, как топливо из основного впрыска топлива второй ступени непрерывно впрыскивается, область увлечения, сформированная в цилиндре, становится все большей. Во время основного впрыска топлива первой ступени, вследствие направленности и отклонения конфигурации поршня, большая часть топливного масла рассеивается в вогнутость камеры сгорания ω-типа после того, как топливо ударяется о горловину поршня, небольшая часть топливного масла протекает к верхушке поршня, за счет этого формируя сильный эффект увлечения в верхней части пространства камеры сгорания и вогнутости, стимулируя быстрое и равномерное смешение топливного масла и воздуха. По мере того, как поршень опускается, высокоскоростной топливный жиклер основного впрыска топлива второй ступени направляется посредством нескольких секций дугообразных гребней поршня, за счет этого дополнительно стимулируя наложение эффектов увлечения и дополнительно увеличивая область смешения топливного масла и воздуха.

[0053] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, если существует разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления, давление в топливной магистрали регулируется, и/или интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени регулируется, так что давлению в цилиндре разрешается быть равным целевому пиковому значению давления.

[0054] В частности, в случае если разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления меньше или равна 5%, давление в топливной магистрали регулируется таким образом, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления. В случае если разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления больше 5%, давление в топливной магистрали и интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени регулируются. В других вариантах осуществления, в случае если разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления больше 5%, только регулирование интервального времени между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени может быть приемлемым.

[0055] В варианте осуществления, когда давление в топливной магистрали должно обязательно регулироваться, если давление в цилиндре ниже целевого пикового значения давления после основного впрыска топлива первой ступени, давление в топливной магистрали увеличивается. Если давление в цилиндре выше целевого пикового значения давления после основного впрыска топлива первой ступени, давление в топливной магистрали уменьшается. Когда интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени должно обязательно регулироваться, если давление в цилиндре ниже целевого пикового значения давления после основного впрыска топлива первой ступени, интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени уменьшается. Если давление в цилиндре выше целевого пикового значения давления после основного впрыска топлива первой ступени, интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени продлевается.

[0056] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, калибровочный параметр одного основного впрыска топлива представляет собой параметр одного основного впрыска топлива, калиброванного, когда расход топлива двигателя внутреннего сгорания минимизируется, и выбросы оксидов азота двигателя внутреннего сгорания минимизируются при условии удовлетворения требованию по выбросам оксидов азота. Калибровочный параметр одного основного впрыска топлива включает в себя калибровочный объем впрыска для одного основного впрыска топлива. Полный объем впрыска топлива для основного впрыска топлива первой ступени и основного впрыска топлива второй ступени равен калиброванному объему впрыска топлива для одного основного впрыска топлива. При условии, что объем впрыска для основного впрыска топлива первой ступени составляет Q1, и объем впрыска для основного впрыска топлива второй ступени составляет Q2, причем Q2 равен от 0,05Q1 до 0,5Q1.

[0057] В варианте осуществления, контроллер сохраняет калибровочный параметр одного основного впрыска топлива. Калибровочный объем впрыска для одного основного впрыска топлива получается при условии удовлетворения оптимальной стратегии впрыска, когда способ управления системой сгорания представляет собой один основной впрыск топлива. Оптимальная стратегия впрыска означает минимизацию расхода топлива и выбросов оксидов азота двигателя внутреннего сгорания при условии удовлетворения требованию по выбросам оксидов азота.

[0058] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, длительность основного впрыска топлива первой ступени определяется согласно объему впрыска для основного впрыска топлива первой ступени и давлению впрыска для основного впрыска топлива первой ступени, и длительность основного впрыска топлива второй ступени определяется согласно объему впрыска для основного впрыска топлива второй ступени и давлению впрыска для основного впрыска топлива второй ступени.

[0059] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, калибровочный параметр одного основного впрыска топлива дополнительно включает в себя калибровочное давление впрыска для одного основного впрыска топлива. Давление впрыска для основного впрыска топлива первой ступени больше калибровочного давления впрыска для одного основного впрыска топлива, и давление впрыска для основного впрыска топлива второй ступени больше или равно давлению впрыска для основного впрыска топлива первой ступени. В варианте осуществления, максимальное давление впрыска системы сгорания обычно составляет от 1600 бар до 2500 бар. Калибровочное давление впрыска для одного основного впрыска топлива, давление впрыска для основного впрыска топлива первой ступени и давление впрыска для основного впрыска топлива второй ступени не могут превышать максимальное давление впрыска системы сгорания. Калибровочное давление впрыска для одного основного впрыска топлива получается специалистами в данной области техники при условии удовлетворения оптимальной стратегии впрыска, когда способ управления системой сгорания представляет собой один основной впрыск топлива. Давление впрыска для основного впрыска топлива первой ступени задается согласно полученному калибровочному давлению впрыска для одного основного впрыска топлива, и затем давление впрыска для основного впрыска топлива второй ступени задается согласно давлению впрыска для основного впрыска топлива первой ступени. Давление впрыска для основного впрыска топлива второй ступени больше или равно давлению впрыска для основного впрыска топлива первой ступени, так что скорость впрыска топлива при основном впрыске топлива второй ступени больше или равна скорости впрыска топлива при основном впрыске топлива первой ступени, за счет этого ускоряя обмен моментом количества движения между топливом, впрыскиваемым при основном впрыске топлива второй ступени, и топливом, впрыскиваемым при основном впрыске топлива первой ступени, и увеличивая наложение эффектов увлечения.

[0060] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, длительность основного впрыска топлива первой ступени и длительность основного впрыска топлива второй ступени составляют в пределах диапазона от 100 мкс до 1500 мкс.

[0061] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, длительность основного впрыска топлива первой ступени составляет в пределах диапазона от угла поворота коленчатого вала в 25° перед верхней мертвой точкой до угла поворота коленчатого вала в 20° после верхней мертвой точки.

[0062] В качестве предпочтительного варианта осуществления способа управления системой сгорания, заданное время составляет от 50% до 100% от длительности основного впрыска топлива первой ступени. В варианте осуществления, основной впрыск топлива первой ступени главным образом используется для того, чтобы устанавливать целевое пиковое значение давления в цилиндре. Основной впрыск топлива второй ступени дополнительно может улучшать масляно-воздушную смесь в цилиндре, и через основной впрыск топлива второй ступени область смешения увеличивается, и коэффициент использования воздуха в цилиндре повышается, за счет этого скорость сгорания в цилиндре на средней и последующих ступенях повышается, и быстрое сгорание топлива стимулируется, так что скорость тепловыделения всего процесса сгорания равна высокому значению, давление в цилиндре цилиндра поддерживается равным целевому пиковому значению давления в течение определенного периода времени, так что сгорание является относительно достаточным, выполнение работы увеличивается, и расход топлива является минимальным. Понятно, что расход топлива равен отношению объема впрыска к мощности выполнения работы. При условии, что объем впрыска является постоянным, чем больше работы выполняется, тем ниже расход топлива. Чем в большей и достаточной степени топливо сжигается в системе сгорания, тем больше работы выполняется, и тем ниже расход топлива.

[0063] Способ управления системой сгорания, предоставленной согласно варианту осуществления, заключает в себе управление топливным инжектором с возможностью выполнять основной впрыск топлива первой ступени в ходе сжатия. Основной впрыск топлива первой ступени включает в себя, по меньшей мере, один впрыск и длится до рабочего хода, так что давление в цилиндре достигает целевого пикового значения давления. Основной впрыск топлива второй ступени выполняется до того, как давление в цилиндре достигает нисходящей критической точки. Основной впрыск топлива второй ступени включает в себя, по меньшей мере, один впрыск, топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива второй ступени, топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива первой ступени, накладываются, так что давление в цилиндре поддерживается равным целевому пиковому значению давления в течение заданного времени. Способ управления системой сгорания, предоставленной согласно варианту осуществления, устанавливает целевое пиковое значение давления в цилиндре через основной впрыск топлива первой ступени. Основной впрыск топлива второй ступени выполняется, когда давление в цилиндре находится в нисходящей критической точке, что позволяет стимулировать наложение эффектов увлечения, дополнительно увеличивать область смешения топлива и воздуха и повышать коэффициент использования воздуха в цилиндре, за счет этого повышая скорость сгорания в цилиндре на средней и последующих ступенях и стимулируя быстрое сгорание топлива, всегда поддерживая тепловыделение равным значению высокого уровня во время процесса сгорания и поддерживая постоянное давление в цилиндре.

[0064] Вышеприведенное описание представляет собой только предпочтительные варианты осуществления настоящей заявки. Для специалистов в данной области техники изменения, могут заключаться в конкретных реализациях и объемах применения на основе идей настоящей заявки. Описание не должно пониматься как ограничения настоящей заявки.

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Раскрыты способ управления системой сгорания, система сгорания и ДВС, содержащий систему сгорания. Система сгорания содержит поршень, топливный инжектор и цилиндр. На ступени основного впрыска топлива топливный инжектор последовательно впрыскивает топливо в цилиндр для приведения в действие поршня. Способ управления системой сгорания включает управление топливным инжектором для выполнения по меньшей мере одного основного впрыска топлива первой ступени в ходе сжатия, при этом основной впрыск топлива первой ступени продолжается до рабочего хода таким образом, что давление в цилиндре достигает целевого пикового значения давления; до того, как давление в цилиндре достигает нисходящей критической точки, выполнение по меньшей мере одного основного впрыска топлива второй ступени. Топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива второй ступени, и топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива первой ступени, накладываются, так что давление в цилиндре поддерживается равным целевому пиковому значению давления в течение предварительно установленного времени. Изобретение позволяет улучшить смешивание топлива и воздуха, повысить эффективность сгорания в ДВС и снизить расход топлива ДВС. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления системой сгорания, содержащей поршень, топливный инжектор и цилиндр, причем топливный инжектор впрыскивает основное топливо в цилиндр последовательно на ступени основного впрыска топлива для приведения в действие поршня таким образом, что он работает, при этом способ управления системой сгорания включает этап, на котором:

управляют топливным инжектором с возможностью:

выполнения основного впрыска топлива первой ступени в ходе сжатия, при этом основной впрыск топлива первой ступени содержит по меньшей мере один впрыск и длится до рабочего хода, и давлению в цилиндре позволяют достигать целевого пикового значения давления; и

выполнять основной впрыск топлива второй ступени до того, как давление в цилиндре находится в нисходящей критической точке, причем основной впрыск топлива второй ступени содержит по меньшей мере один впрыск, при этом топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива второй ступени, и топливо, впрыскиваемое при основном впрыске топлива первой ступени, накладываются, и давлению в цилиндре позволяют поддерживаться равным целевому пиковому значению давления в течение заданного времени.

2. Способ управления системой сгорания по п. 1, в котором, в случае если присутствует разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления, давление в топливной магистрали регулируется, и/или интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени регулируется таким образом, чтобы позволять давлению в цилиндре быть равным целевому пиковому значению давления.

3. Способ управления системой сгорания по п. 2, в котором:

в случае если разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления меньше или равна 5%, давление в топливной магистрали регулируется таким образом, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления;

в случае если разность между давлением в цилиндре во время основного впрыска топлива первой ступени и целевым пиковым значением давления больше 5%, давление в топливной магистрали регулируется, и интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени регулируется таким образом, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления, или интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени регулируется таким образом, чтобы позволять давлению в цилиндре достигать целевого пикового значения давления.

4. Способ управления системой сгорания по п. 2, в котором интервальное время между основным впрыском топлива второй ступени и основным впрыском топлива первой ступени составляет от 300 до 1200 мкс.

5. Способ управления системой сгорания по п. 1, в котором:

калибровочный параметр одного основного впрыска топлива представляет собой параметр одного основного впрыска топлива, калиброванного, когда расход топлива двигателя внутреннего сгорания минимизируется, и выбросы оксидов азота двигателя внутреннего сгорания минимизируются при условии удовлетворения требованию по выбросам оксидов азота, и калибровочный параметр одного основного впрыска топлива содержит калибровочный объем впрыска для одного основного впрыска топлива, и

общий объем впрыска из основного впрыска топлива первой ступени и основного впрыска топлива второй ступени равен калибровочному объему впрыска для одного основного впрыска топлива, при условии, что объем впрыска для основного впрыска топлива первой ступени составляет Q1, и объем впрыска для основного впрыска топлива второй ступени составляет Q2, причем Q2 равен от 0,05Q1 до 0,5Q1.

6. Способ управления системой сгорания по п. 5, в котором длительность основного впрыска топлива первой ступени определяется согласно объему впрыска для основного впрыска топлива первой ступени и давлению впрыска для основного впрыска топлива первой ступени, а длительность основного впрыска топлива второй ступени определяется согласно объему впрыска для основного впрыска топлива второй ступени и давлению впрыска для основного впрыска топлива второй ступени.

7. Способ управления системой сгорания по п. 6, в котором калибровочный параметр одного основного впрыска топлива дополнительно содержит калибровочное давление впрыска для одного основного впрыска топлива, давление впрыска для основного впрыска топлива первой ступени больше калибровочного давления впрыска для одного основного впрыска топлива, и давление впрыска для основного впрыска топлива второй ступени больше или равно давлению впрыска для основного впрыска топлива первой ступени.

8. Способ управления системой сгорания по п. 7, в котором длительность основного впрыска топлива первой ступени и длительность основного впрыска топлива второй ступени составляют в пределах диапазона от 100 до 1500 мкс.

9. Способ управления системой сгорания по п. 8, в котором длительность основного впрыска топлива первой ступени составляет в пределах диапазона от угла поворота коленчатого вала в 25° перед верхней мертвой точкой до угла поворота коленчатого вала в 20° после верхней мертвой точки.

10. Способ управления системой сгорания по п. 9, в котором заданное время составляет от 50 до 100% от длительности основного впрыска топлива первой ступени.

11. Система сгорания, использующая способ управления системой сгорания по любому из пп. 1-10, в которой датчик давления размещен в цилиндре и датчик давления выполнен с возможностью определения давления в цилиндре.

12. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий систему сгорания по п. 11.