СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА
METHOD OF CONTROLLING OPERATION OF HIGH-PRESSURE FUEL PUMP (VERSIONS) AND FUEL SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к способу управления работой топливного насоса высокого давления, а точнее, к способу уменьшения времени отклика давления в топливной рейке на увеличение относительной продолжительности работы топливного насоса высокого давления в двигателе внутреннего сгорания.
Уровень техники
В некоторых двигательных системах транспортных средств применяется как непосредственный впрыск топлива в цилиндр, так и впрыск топлива во впускной канал. Система подачи топлива может включать в себя несколько топливных насосов для обеспечения давления топлива в топливных форсунках. В качестве одного примера, система подачи топлива может иметь в своем составе топливный насос более низкого давления (или подкачивающий насос) и топливный насос более высокого давления, (или насос непосредственного впрыска), которые расположены между топливным баком и топливными форсунками. Топливный насос высокого давления может быть соединен с системой непосредственного впрыска выше по потоку от топливной рейки для увеличения давления топлива, подаваемого к цилиндрам двигателя через форсунки непосредственного впрыска. Для регулирования подачи топлива в компрессионную камеру насоса выше по потоку от насоса высокого давления может быть установлен электромагнитный входной обратный клапан или сливной клапан. Однако когда производят выключение топливного насоса высокого давления, например, когда непосредственный впрыск топлива не требуется, это может отрицательно сказываться на долговечности насоса. Точнее, когда на электромагнитный входной обратный клапан насоса высокого давления не подано питание, может уменьшаться интенсивность смазки и охлаждения насоса, что может привести к ухудшению характеристик насоса. Поэтому, чтобы подерживать достаточную смазку, может быть полезным, чтобы насос высокого давления работал, даже когда непосредственный впрыск топлива не требуется. При таких условиях работы насос высокого давления можно отрегулировать так, чтобы в компрессионной камере насоса поддерживать пиковое давление, но при этом не посылать топливо в топливную рейку непосредственного впрыска. Такой тип работы можно назвать «смазкой без подачи топлива».
Согласно одному способу осуществления смазки без подачи топлива для насоса высокого давления, раскрытому в патентной заявке США 2012/0167859, для увеличения относительной продолжительности работы насоса высокого давления, когда работа насоса высокого давления не требуется (смазка без подачи топлива), используют регулирование с обратной связью. При данном способе сначала может быть произведено засасывание массы топлива в насос, который поддерживает определенное давление на своем выходе, равное или слегка меньшее, чем расчетное давление в топливной рейке. Затем в процессе управления с обратной связью можно периодически производить увеличение хода поршня насоса. Если давление в топливной рейке не увеличивается, то величину хода поршня можно дополнительно увеличивать до тех пор, пока не будет обнаружено изменение (увеличение) давления топлива в рейке. С другой стороны, если давление топлива в рейке все же реагирует на увеличение хода поршня, то производительность насоса можно уменьшить, уменьшив величину хода поршня, так чтобы давление в топливной рейке не реагировало на работу насоса. В сущности, данный способ реализует попытку компенсировать разброс характеристик двигателей, путем получения сведений о работе насоса высокого давления в процессе осуществления способов смазки без подачи топлива на борту транспортного средства.
Однако, установлены потенциальные проблемы, присущие способу, раскрытому в заявке США 2012/0167859. Во-первых, хотя раскрытый в указанной заявке способ может обеспечивать смазку насоса, данный способ может быть не способным формировать весь спектр данных, которые соответствуют нулевой величине потока топлива из насоса высокого давления в топливную рейку. Способ, раскрытый в заявке США 2012/0167859, дает данные, соответствующие давлениям, которые ниже давления в топливной рейке или близки к давлению в топливной рейке, однако, как только давление в топливной рейке увеличивается, относительная продолжительность работы насоса сразу же уменьшается, так что можно получать только данные в окрестности почти постоянного, требуемого давления в топливной рейке. Кроме того, установлено, что при приращении относительной продолжительности работы поршня насоса, промежуток времени до достижения по существу установившегося (или стабильного) давления в топливной рейке может составлять 10 секунд или более. Такой период ожидания может быть слишком продолжительным, если требуется большой объем данных «нулевого расхода» за короткий промежуток времени.
Раскрытие изобретения
Таким образом, согласно одному аспекту настоящего изобретения, вышеупомянутые проблемы могут быть, по меньшей мере, частично решены посредством способа, который дает возможность более быстрого выполнения смазки насоса без подачи топлива. Согласно первому аспекту изобретения предложен, способ управления работой топливного насоса высокого давления, содержит:
когда не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель, и двигатель работает в стабилизированном режиме холостого хода,
оценивают целевое давление в топливной рейке исходя из заданной целевой относительной продолжительности работы (ОПР) топливного насоса высокого давления,
выполняют процедуру регулирования с обратной связью, пока давление в топливной рейке не достигнет определенной доли указанного целевого давления, и выполняют процедуру регулирования без обратной связи, пока давление в топливной рейке не достигнет указанного целевого давления в топливной рейке.
При таком способе, оба вида регулирования - с обратной связью и без обратной связи - могут быть использованы для сокращения времени отклика давления в топливной рейке всякий раз, когда производят пошаговое увеличение относительной продолжительности работы топливного насоса.
Кроме того, согласно данному способу (который в данном описании также имеет название «быстрый тест смазки без подачи топлива»), может быть осуществлено циклическое выполнение алгоритма, который вначале задает управление насосом высокого давления с обратной связью, пока не будет достигнуто определенное давление в топливной рейке, а затем задает управление без обратной связи, пока не будет достигнуто установившееся давление в топливной рейке. Данному способу может требоваться меньшее время, чем другим способам, что тем самым увеличивает его полезность в отношении получения большого объема данных «нулевого расхода» за меньшее время. Наконец, поскольку данные «нулевого расхода» могут быть представлены в виде графика для оценивания различных свойств, таких как температура топлива, состав топлива и плотность топлива, то и оценивание указанных свойств может быть произведено быстрее, чем при других способах.
В одном из вариантов осуществления способа, посредством процедуры регулирования с обратной связью выполняют ступенчатые приращения ОПР топливного насоса высокого давления с обратной связью по реагирующему давлению в топливной рейке.
В одном из вариантов осуществления способа, реагирующее давление в топливной рейке измеряют посредством датчика давления, который соединен с контроллером, содержащим считываемые компьютером инструкции, хранимые в постоянном запоминающем устройстве, для выполнения процедуры регулирования с обратной связью.
В одном из вариантов осуществления способа, посредством процедуры регулирования без обратной связи поддерживают фиксированную ОПР топливного насоса высокого давления без обратной связи по реагирующему давлению в топливной рейке.
В одном из вариантов осуществления способа, процедуру регулирования без обратной связи выполняют посредством контроллера, содержащего считываемые компьютером инструкции, хранимые в постоянном запоминающем устройстве.
В одном из вариантов осуществления способа, указанная доля целевого давления составляет 85%.
В одном из вариантов осуществления способа, оценивание целевого давления в топливной рейке включает в себя анализ данных ОПР и давления в топливной рейке при предыдущей работе топливного насоса высокого давления.
В одном из вариантов осуществления способа, оценивание целевого давления в топливной рейке и выполнение процедур регулирования с обратной связью и без обратной связи повторяют, производя при этом ступенчатое увеличение ОПР топливного насоса высокого давления.
Согласно второму аспекту изобретения предложен способ управления работой топливного насоса высокого давления, содержащий:
когда не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель:
оценивают целевое давление в топливной рейке исходя из заданной целевой ОПР топливного насоса высокого давления;
выполняют процедуры регулирования с обратной связью и без обратной связи, пока давление в топливной рейке не достигнет указанного целевого давления в топливной рейке;
увеличивают целевую ОПР насоса высокого давления, и повторно выполняют процедуры регулирования с обратной связью и без обратной связи, и продолжают ступенчатое увеличение ОПР насоса и измерение реагирующего давления в топливной рейке, пока не будет достигнут верхний порог ОПР.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит представление набора данных в форме графика, причем набор данных содержит множество экспериментальных точек, при этом каждая экспериментальная точка содержит значения ОПР топливного насоса высокого давления и давления в топливной рейке.
В одном из вариантов осуществления способа, на указанном графике горизонтальная ось представляет ОПР топливного насоса высокого давления, а вертикальная ось - давление в топливной рейке.
В одном из вариантов осуществления способа, посредством процедуры регулирования с обратной связью выполняют ступенчатые приращения ОПР топливного насоса высокого давления исходя из реагирующего давления в топливной рейке.
В одном из вариантов осуществления способа, реагирующее давление в топливной рейке измеряют посредством датчика давления, соединенного с контроллером, содержащим считываемые компьютером инструкции, хранимые в постоянном запоминающем устройстве, для выполнения процедуры регулирования с обратной связью.
В одном из вариантов осуществления способа, посредством процедуры регулирования без обратной связи поддерживают фиксированную ОПР топливного насоса высокого давления без обратной связи по реагирующему давлению в топливной рейке.
В одном из вариантов осуществления способа, процедуру регулирования без обратной связи выполняют посредством контроллера, содержащего считываемые компьютером инструкции, хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве.
В одном из вариантов осуществления способа, указанная доля целевого давления составляет 85%.
В одном из вариантов осуществления способа, оценивание целевого давления в топливной рейке включает в себя анализ данных ОПР и давления в топливной рейке при предыдущей работе топливного насоса высокого давления.
Согласно третьему аспекту изобретения предложена топливная система, содержащая:
одну или более форсунок непосредственного впрыска, выполненных с возможностью впрыска топлива в один или более цилиндров двигателя,
топливную рейку, связанную по текучей среде с одной или более форсунками непосредственного впрыска,
топливный насос высокого давления, связанный по текучей среде с топливной рейкой, и
контроллер, содержащий считываемые компьютером инструкции, хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве для того, чтобы:
при отсутствии непосредственного впрыска топлива в двигатель и работе двигателя в режиме стабилизированного холостого хода, оценивать целевое давление в топливной рейке, исходя из заданной целевой ОПР топливного насоса высокого давления, и выполнять процедуру регулирования с обратной связью и без обратной связи, пока давление в топливной рейке не достигнет указанного целевого давления в топливной рейке.
В одном из вариантов системы, оценивание целевого давления в топливной рейке включает в себя анализ данных ОПР и давления в топливной рейке при предыдущей работе топливного насоса высокого давления.
В одном из вариантов системы, данные ОПР и давления в топливной рейке при предыдущей работе топливного насоса высокого давления сохранены в контроллере.
Следует отметить, что «относительная продолжительность работы» (ОПР) насоса связана с управлением закрытием электромагнитного входного обратного клапана насоса (сливного клапана), который управляет количеством топлива, нагнетаемого в топливную рейку. Например, если сливной клапан закрывают синхронно с началом такта сжатия двигателя, то это соответствует 100% ОПР. Если сливной клапан закрывают по истечении 95% такта сжатия, то это соответствует 5% ОПР. Когда задают 5% ОПР, то в сущности 95% вытесненного объема топлива сливают, а оставшиеся 5% подвергают сжатию во время хода сжатия поршня насоса. ОПР является эквивалентом момента срабатывания сливного клапана, в частности, закрытия сливного клапана. ОПР также является эквивалентом захваченной доли объема топлива или количества топлива, которое остается в компрессионной камере насоса высокого давления во время его хода сжатия.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые определены и единственным образом изложены далее в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен теми вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых выше или в любой части данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 схематически изображает пример осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 2 схематически изображает пример осуществления топливной системы, которая может быть использована с двигателем по фиг. 1.
Фиг. 3 изображает пример топливного насоса высокого давления для непосредственного впрыска для топливной системы по фиг. 2.
Фиг. 4 изображает процедуру с медленным откликом, которая заключает в себе регулирование без обратной связи.
Фиг. 5 изображает медленный тест смазки без подачи топлива, который заключает в себе циклически повторяющиеся процедуры по фиг. 4.
Фиг. 6 изображает процедуру с быстрым откликом, которая заключает в себе как регулирование с обратной связью, так и регулирование без обратной связи.
Фиг. 7 изображает быстрый тест смазки без подачи топлива, который заключает в себе циклически повторяющиеся процедуры по фиг. 6.
Фиг. 8 изображает блок-схему алгоритма быстрого теста смазки без подачи топлива для получения данных нулевого расхода.
Осуществление изобретения
Нижеследующее подробное описание дает информацию, касающуюся топливного насоса высокого давления, связанных с ним топливной и двигательной систем, а также предлагаемого быстрого теста смазки без подачи топлива и связанного с ним алгоритма, а также для сравнения приводит описания более медленных тестов. Пример конструкции цилиндра в двигателе внутреннего сгорания приведен на фиг. 1, в то время как на фиг. 2 изображена топливная система, которая может быть использована совместно с двигателем по фиг. 1. Пример топливного насоса высокого давления, выполненного с возможностью непосредственного впрыска топлива в двигатель, подробно изображен на фиг. 3. На фиг. 4 изображена медленная процедура, которая пошагово увеличивает ОПР насоса высокого давления и ожидает реакцию давления в топливной рейке при регулировании без обратной связи. Многократное использование данной медленной процедуры может быть включено в состав медленного теста смазки без подачи топлива, как это показано на фиг. 5. Предлагаемая в настоящем изобретении быстрая процедура изображена на фиг. 6, при этом данная процедура пошагово увеличивает ОПР насоса высокого давления на основе как регулирования с обратной связью, так и регулирования без обратной связи. Многократное выполнение быстрой процедуры может быть включено в состав быстрого теста смазки без подачи топлива, как это показано на фиг. 7. Наконец, на фиг. 8 процедура быстрого теста смазки без подачи топлива изображена в виде блок-схемы алгоритма, на которой показан каждый шаг процесса получения данных «нулевого расхода».
Что касается терминологии, которая будет использована на протяжении всего подробного описания, то будут представлены несколько графиков, причем экспериментальные точки нанесены на двумерные графики. Термины график и кривая будут использоваться взаимозаменяемо для ссылок на весь график или на саму кривую/линию. Кроме того, для насоса высокого давления или насоса непосредственного впрыска могут использоваться аббревиатуры «насос ВД» или «насос НВ». Аналогично, для насоса низкого давления (подкачивающего насоса) может употребляться аббревиатура «насос НД». Также, для давления в топливной рейке или величины давления в топливной рейке форсунок непосредственного впрыска, может употребляться аббревиатура ДТР. Термин «смазка без подачи топлива» (СБПТ) может относиться к процедурам работы насоса высокого давления, которые заключаются в практическом отсутствии нагнетания топлива в топливную рейку (которая может включать топливную рейку непосредственного впрыска), и одновременном поддержании давления в топливной рейке близко к постоянной величине, или пошаговом увеличении давления в топливной рейке. СБПТ может быть использована для получения данных «нулевого расхода», как это будет описано ниже. Как было сказано выше в разделе «Раскрытие изобретения», термин «относительная продолжительность работы» (ОПР) используется в отношении насоса высокого давления, и также относится к закрытию сливного клапана или моменту срабатывания сливного клапана. Также, термин «сливной клапан» является эквивалентом термина «электромагнитный входной обратный клапан».
Фиг. 1 изображает пример камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Управление двигателем 10 можно осуществлять по меньшей мере частично посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12, и посредством команды оператора 130, подаваемой через устройство 132 ввода. В данном примере устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала положения педали (ПП), пропорционального положению педали. Цилиндр 14 (также именуемый «камера сгорания») двигателя 10 содержит стенки 136 камеры сгорания и расположенный внутри поршень 138. Поршень 138 связан с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, через маховик с коленчатым валом 140 может быть связан стартер (не показан), чтобы обеспечивать операцию запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через ряд впускных каналов 142, 144 и 146. Впускной канал 146, помимо цилиндра 14, может сообщаться и с другими цилиндрами двигателя 10. Согласно некоторым примерам, один или более впускных каналов может содержать устройство наддува, такое как воздушный нагнетатель или турбонагнетатель. Например, на фиг. 1 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, который содержит компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176, работающую на отработавших газах и расположенную в выпускном канале 148. Компрессор 174 можно по меньшей мере частично приводить в движение посредством турбины 176, работающей на отработавших газах, через вал 180, то есть устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако, в других примерах, в которых двигатель 10 оснащен воздушным нагнетателем, турбина 176, работающая на отработавших газах, как вариант, может быть исключена, а компрессор 174 можно приводить в движение механической энергией от мотора или двигателя. Во впускном канале двигателя может быть предусмотрен дроссель 162, содержащий дроссельную заслонку 164 для изменения величины воздушного потока и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, как показано на фиг. 1, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, или же в ином варианте дроссель может быть расположен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10, помимо цилиндра 14. Показано, что к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности отработавших газов присоединен датчик 128 отработавших газов. Датчиком 128 может являться любой подходящий датчик, указывающий воздушно-топливное отношение исходя из состава отработавших газов, например, линейный кислородный датчик или универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах (ШКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями (КОГ), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (НКОГ), датчик оксидов азота, углеводорода или оксида углерода. Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель оксидов азота, иное устройство снижения токсичности отработавших газов или сочетание указанных устройств.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, показано, что цилиндр 14 содержит по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150, и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, которые расположены в верхней части цилиндра 14. Согласно некоторым примерам, каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, которые расположены в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 можно осуществлять при помощи контроллера 12 посредством исполнительного органа (привода) 152. Аналогично, управление выпускным клапаном 156 может осуществляться при помощи контроллера 12 посредством привода 154. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, подаваемые на приводы 152 и 154, чтобы управлять открытием и закрытием соответствующего впускного и выпускного клапанов.
Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно определять посредством соответствующих датчиков положения (не показаны). Приводы клапанов могут быть электрического типа, кулачкового типа или могут представлять собой комбинацию указанных типов. Управление моментами срабатывания впускного и выпускного клапанов может быть одновременным, или же может быть реализовано любое возможное управление с изменением фазы газораспределения с приводом от кулачков впускного клапана, выпускного клапана, с независимым изменением фаз газораспределения обоих клапанов, или может быть задана фиксированная фаза газораспределения. Каждая система кулачкового привода клапанов может включать в себя один или более кулачков и может реализовывать одну или более систем газораспределения: систему переключения профилей кулачков (ППК), систему изменения фаз газораспределения (ИФГ), систему изменения синхронизации клапанов (ИСК) и/или систему изменения подъема клапанов (ИПК), которые можно приводить в действие контроллером 12. В ином варианте, цилиндр 14 может, к примеру, содержать впускной клапан, управляемый распределителем с электромагнитным управлением и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом системы ППК и/или ИФГ. Согласно другим примерам, управлять впускными и выпускными клапанами можно посредством общего привода клапанов или приводной системы, или же привода изменения синхронизации клапанов или соответствующей приводной системы.
Цилиндр 14 может характеризоваться степенью сжатия, которая равна отношению объема, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к объему, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Согласно одному примеру, степень сжатия находится в интервале от 9:1 до 10:1. Однако, согласно другим примерам, когда используются другие сорта топлива, степень сжатия может быть больше. Это может происходить, например, когда используются высокооктановые виды топлива или виды топлива с повышенной скрытой теплотой парообразования. Степень сжатия также может быть увеличена, если используется непосредственный впрыск топлива из-за его влияния на детонационный стук двигателя.
Согласно некоторым примерам, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для зажигания топливной смеси. В определенных режимах работы система 190 зажигания может формировать искру зажигания в камере 14 сгорания посредством свечи 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12. Однако, в некоторых конструкциях свеча 192 зажигания может быть исключена, например, когда горение в двигателе 10 может быть инициировано за счет самовоспламенения, или за счет впрыска топлива, как в случае некоторых дизельных двигателей.
Согласно некоторым примерам, каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или более топливными форсунками для подачи в цилиндр топлива. В примере, который не носит ограничительного характера, цилиндр 14 изображен с двумя топливными форсунками 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, принимаемого от топливной системы 8. Согласно подробным схемам фиг. 2 и фиг. 3, топливная система 8 может содержать один или более топливных баков, топливных насосов и топливных реек. Показано, что топливная форсунка 166 напрямую связана с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в цилиндр пропорционально длительности импульса сигнала ИВТ-1 впрыска топлива (ИВТ), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливная форсунка 166 реализует то, что известно, как «непосредственный впрыск» (НВ) топлива в цилиндр 14. Хотя на фиг. 1 показано, что форсунка 166 расположена ближе к боковой стороне цилиндра 14, в ином варианте она может быть расположена сверху над поршнем вблизи места расположения свечи 192 зажигания. Такое расположение может улучшать перемешивание и горение, когда двигатель работает на топливе на спиртовой основе в силу пониженной летучести таких видов топлива. С другой стороны, для улучшения смешивания форсунка может быть расположена сверху и вблизи впускного клапана. Подача топлива к топливной форсунке 166 можно производить из топливного бака топливной системы 8 посредством топливного насоса высокого давления и топливной рейки. Кроме того, топливный бак может содержать датчик давления для подачи сигнала в контроллер 12.
Топливная форсунка 170, как показано, расположена во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, и реализует принцип впрыска топлива во впускной канал (ВВК) выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может осуществлять впрыск топлива, получаемого от топливной системы 8, пропорционально длительности импульса сигнала ИВТ-2, получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Следует отметить, что для обеих систем впрыска топлива может быть использован один драйвер 168 или 171, или же, как показано на фиг. 1, может быть использовано несколько драйверов, например, драйвер 168 для топливной форсунки 166 и драйвер 171 для топливной форсунки 170.
Согласно другому примеру, топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены, как форсунки непосредственного впрыска топлива напрямую в цилиндр 14. Согласно еще одному примеру, каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена, как форсунка впрыска топлива во впускной канал для впрыска топлива выше по потоку от впускного клапана 150. И согласно еще другим примерам, цилиндр 14 может содержать только одну топливную форсунку, которая выполнена с возможностью приема разного топлива от топливных систем в виде топливной смеси с переменным относительным содержанием компонентов, и также выполнена с возможностью впрыска данной топливной смеси непосредственно в цилиндр, как форсунка непосредственного впрыска, или выше по потоку от впускных клапанов, как форсунка впрыска во впускной канал. В сущности, следует понимать, что рассматриваемые в настоящем описании топливные системы не должны ограничиваться конкретными конструкциями топливных форсунок, которые рассматриваются в описании в виде примеров.
На протяжении одного цикла цилиндра подачу топлива в цилиндр можно производить посредством обеих форсунок. Например, каждая форсунка может подавать определенную долю общего количества впрыскиваемого топлива, которое сжигается в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого из каждой форсунки можно изменять в зависимости от условий работы, таких как нагрузка двигателя, детонационный стук и температура отработавших газов, что будет рассмотрено ниже. Топливо, впрыскиваемое во впускной канал, можно подавать во время открытия впускного клапана, во время закрытия впускного клапана (т.е. в сущности перед тактом впуска), а также как во время открытии, так и во время закрытия впускного клапана. Аналогично, топливо, впрыскиваемое непосредственно в цилиндр, можно подавать во время такта впуска, а также, например, частично во время предыдущего такта выпуска, во время такта впуска, и частично во время такта сжатия. В сущности, даже для одного акта горения впрыскиваемое топливо может быть введено в разные моменты времени из форсунки впрыска во впускной канал и из форсунки непосредственного впрыска. Кроме того, для одного акта горения, на протяжении цикла может быть выполнено множество актов впрыска подаваемого топлива. Множество актов впрыска может быть совершено во время такта сжатия, такта впуска или в любой подходящей комбинации указанных тактов.
Как уже говорилось, фиг. 1 изображает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Как таковой, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливных форсунок, свеч зажигания и т.п. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее число цилиндров, например, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более. Кроме того, каждый из указанных цилиндров может содержать некоторые или все разнообразные компоненты, которые изображены на фиг. 1 и рассмотрены в отношении цилиндра 14.
Топливные форсунки 166 и 170 могут обладать различными характеристиками. Они могут отличаться размерами, например, одна форсунка может иметь отверстие для впрыска большего диаметра, чем другая. Другие отличия, помимо иных возможных, включают в себя различные углы распыла, различные рабочие температуры, различную направленность, различное время впрыска, различные характеристики распыления, различное расположение и т.п. Более того, в зависимости от пропорции распределения впрыскиваемого топлива между форсунками 170 и 166 могут быть достигнуты различные результаты.
Топливные баки топливной системы 8 могут содержать топливо различных типов, например, виды топлива различного качества, или различные топливные смеси. Отличия могут заключаться в различном содержании спирта, различном содержании воды, различном октановом числе, различной теплоте парообразования, различном составе смеси, и/или может иметь место сочетание указанных отличий. Примером видов топлива с различной теплотой парообразования может служить бензин, как топливо первого типа с более низкой теплотой парообразования, и этанол, как топливо второго типа с более высокой теплотой парообразования. Согласно другому примеру, в двигателе в качестве топлива первого типа может использоваться бензин, а в качестве топлива второго типа - спиртосодержащая топливная смесь, такая как Е85 (в которой приблизительно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (в которой приблизительно 85% метанола и 15% бензина). В числе других возможных веществ вода, метанол, смесь воды со спиртом, смесь воды с метанолом, смесь спиртов и т.п.
Согласно еще одному примеру, оба типа топлива могут представлять собой спиртовые смеси с различным содержанием спирта, при этом первым типом топлива может являться смесь бензина со спиртом с более низкой концентрацией спирта, такая как Е10 (в которой приблизительно 10% этанола), в то время как вторым типом топлива может являться смесь бензина со спиртом с более высокой концентрацией спирта, такая Е85 (в которой приблизительно 85% этанола). Кроме того, первый и второй типы топлива могут также отличаться другими качественными характеристиками, такими как различная температура, вязкость, октановое число и т.п. Более того, характеристики одного или обоих топливных баков могут часто изменяться, например, в силу разной заправки баков от одного дня к другому.
На фиг. 1 показан контроллер 12 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода (ВВОД/ВЫВОД), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал измеренного массового расхода воздуха (МРВ), всасываемого в двигатель, от датчика 122 массового расхода воздуха; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140, сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя, и сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может генерировать контроллер 12 из сигнала ПЗ. Сигнал АДК давления в коллекторе от датчика давления в коллекторе указывает разрежение или давление во впускном коллекторе.
На фиг. 2 схематически изображен пример топливной системы 8 фиг. 1. Топливная система 8 может быть приведена в действие, чтобы подавать топливо в двигатель, такой как двигатель 10 на фиг. 1. Приведение топливной системы 8 в действие может быть осуществлено контроллером с целью выполнения некоторых или всех операций, которые будут рассмотрены ниже согласно фиг. 6.
Топливная система 8 может подавать топливо в двигатель от одного или более разных источников топлива. Согласно примеру, который не имеет ограничительного характера, могут быть предусмотрены первый топливный бак 202 и второй топливный бак 212. Хотя топливные баки 202 и 212 описаны, как раздельные сосуды для хранения топлива, следует понимать, что указанные топливные баки могут быть выполнены в виде одного бака, в котором имеются раздельные области для хранения топлива, которые отделены друг от друга стенкой или иной подходящей мембраной. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления данная мембрана может быть выполнена так, чтобы селективно передавать определенные компоненты топлива между двумя или более областями хранения топлива, и тем самым давать возможность по меньшей мере частичного разделения топливной смеси посредством мембраны на топливо первого типа в первой области хранения топлива, и топливо второго типа во второй области хранения топлива.
Согласно некоторым примерам, первый топливный бак 202 может хранить топливо первого типа, в то время как второй топливный бак 212 может хранить топливо второго типа, причем первый и второй типы топлива имеют разный состав. В качестве примера, который не имеет ограничительного характера, топливо второго типа, содержащееся во втором топливном баке 212, может содержать один или более компонентов в большей концентрации, которые сообщают топливу второго типа более высокую детонационную стойкость, чем детонационная стойкость топлива первого типа.
К примеру, первое топливо и второе топливо, каждое может содержать один или более углеводородных компонентов, но второе топливо может содержать спиртовой компонент в более высокой концентрации, чем первое топливо. При определенных условиях данный спиртовой компонент может подавлять детонационный стук при его добавке в подходящем количестве по сравнению с топливом первого типа, и может представлять собой любой подходящий спирт, такой как этанол, метанол и т.д. Поскольку спирт может в большей степени подавлять детонацию, чем некоторые виды углеводородного топлива, такие как бензин и дизельное топливо, в силу увеличенной скрытой теплоты парообразования и способности спирта охлаждать топливный заряд, топливо, содержащее спиртовой компонент в более высокой концентрации, можно выборочно использовать для обеспечения увеличенного сопротивления стуку в двигателе при определенных условиях работы.
Согласно другому примеру, спирт (например, метанол, этанол) может содержать добавленную воду. Как таковая, вода снижает воспламеняемость спиртосодержащего топлива, обеспечивая повышенную гибкость при хранении топлива. Дополнительно, теплота парообразования водяной компоненты увеличивает детонационную стойкость спиртосодержащего топлива. Вода также может работать в качестве разбавителя для температурного контроля камеры сгорания, такой как камера сгорания 14 на фиг. 1. И еще, наличие воды может снижать общую стоимость топлива.
В качестве конкретного примера, который не имеет ограничительного характера, топливо первого типа в первом топливном баке может представлять собой бензин, а топливо второго типа во втором топливном баке может представлять собой этанол. Качестве другого примера, который не имеет ограничительного характера, топливо первого типа может представлять собой бензин, а топливо второго типа может представлять собой смесь бензина и этанола. Согласно еще другим примерам, топливо первого типа и топливо второго типа, каждое может содержать бензин и этанол, причем топливо второго типа содержит этанол в более высокой концентрации, чем топливо первого типа (например, Е10 - тип первого топлива, и Е85 - тип второго топлива). Согласно еще одному примеру, топливо второго типа может иметь сравнительно более высокое октановое число, чем топливо первого типа, что тем самым делает топливо второго типа более эффективным в отношении детонационной стойкости, чем первое топливо. Следует понимать, что данные примеры не накладывают ограничений на идею изобретения, поскольку могут быть использованы и другие подходящие виды топлива, которые обладают другими характеристиками детонационной стойкости по сравнению с рассмотренными типами топлива. И еще согласно другим примерам, и в первом и втором топливных баках может храниться топливо одного и того же типа. Хотя на изображенном примере показаны два топливных бака с разными типами топлива, следует понимать, что в других вариантах осуществления изобретения может присутствовать только один топливный бак с одним типом топлива.
Топливные баки 202 и 212 могут отличаться вместимостью топлива. В изображенном примере, где второй топливный бак 212 содержит топливо с более высокой детонационной стойкостью, второй топливный бак 212 может иметь меньшую вместимость по сравнению с первым топливным баком. Однако, следует понимать, что в других вариантах топливные баки 202 и 212 могут иметь одинаковую вместимость.
В топливные баки 202 и 212 топливо может быть подано через соответствующие топливозаправочные каналы 204 и 214. Согласно одному примеру, когда топливные баки содержат разные типы топлива, топливозаправочные каналы 204 и 214 могут содержать маркировку для определения типа топлива, которое следует заливать в соответствующий топливный бак.
Первый топливный насос 208 низкого давления (ННД), сообщающийся с первым топливным баком 202, можно приводить в действие, чтобы подавать топливо первого типа из первого топливного бака 202 через первый топливный канал 230 к первой группе 242 форсунок впрыска во впускной канал. Согласно одному примеру, первый топливный насос 208 может представлять собой электрический топливный насос низкого давления, расположенный по меньшей мере частично внутри первого топливного бака 202. Топливо, подкачиваемое первым топливным насосом 208, может быть подано при низком давлении в первую топливную рейку 240, связанную с одной или более топливными форсунками первой группы 242 форсунок впрыска топлива во впускной канал (которые далее также именуются «первой группой форсунок»). Хотя показано, что первая топливная рейка 240 раздает топливо четырем топливным форсункам первой группы 242 форсунок, следует понимать, что первая топливная рейка 240 может раздавать топливо любому подходящему числу топливных форсунок. Согласно одному примеру, первая топливная рейка 240 может отправлять топливо к одной топливной форсунке из первой группы 242 форсунок для каждого цилиндра двигателя. Следует отметить, что в других примерах первый топливный канал 230 может подавать топливо к первой группе 242 форсунок через две или более топливных реек. Например, когда конструкция цилиндров выполнена по V-образной схеме, две топливные рейки могут быть использованы для распределения топлива из первого топливного канала к каждой топливной форсунке из первой группы форсунок.
Топливный насос 228 непосредственного впрыска включен во второй топливный канал 232 и может снабжаться топливом посредством ННД 208 или ННД 218. Согласно одному примеру топливный насос 228 непосредственного впрыска может представлять собой вытеснительный насос с приводом от двигателя. Топливный насос 228 непосредственного впрыска может сообщаться с группой 252 форсунок непосредственного впрыска через вторую топливную рейку 250, а также с группой 242 форсунок впрыска во впускной канал через электромагнитный клапан 236. Таким образом, топливо, подкачиваемое первым топливным насосом 208 под низким давлением, можно в дальнейшем нагнетать посредством топливного насоса 228 непосредственного впрыска, так чтобы подавать топливо под высоким давлением для непосредственного впрыска во вторую топливную рейку 250, связанную с одной или более топливными форсунками непосредственного впрыска группы 252 (которая далее также именуется «второй группой форсунок»). Согласно некоторым примерам, выше по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска может быть установлен топливный фильтр (не показан) для удаления посторонних частиц из топлива. Кроме того, в некоторых примерах, ниже по потоку от топливного фильтра, между насосом низкого давления и насосом высокого давления может быть установлен аккумулятор давления топлива (не показан).
Второй топливный насос 218 низкого давления, сообщающийся со вторым топливным баком 212, можно приводить в действие, чтобы подавать топливо второго типа из второго топливного бака 202 через второй топливный канал 232 к группе 252 форсунок непосредственного впрыска. Таким образом, второй топливный канал 232 по жидкой среде связывает каждый из баков - первый топливный бак и второй топливный бак - с группой форсунок непосредственного впрыска. Согласно одному примеру, второй топливный насос 218 также может представлять собой электрический топливный насос низкого давления (ННД), расположенный по меньшей мере частично внутри второго топливного бака 212. Таким образом, топливо под низким давлением, подкачиваемое топливным насосом 218 низкого давления, можно в дальнейшем нагнетать посредством топливного насоса 228 высокого давления, так чтобы подавать топливо под высоким давлением для непосредственного впрыска во вторую топливную рейку 250, связанную с одной или более форсунками непосредственного впрыска. Согласно одному примеру, второй топливный насос 218 низкого давления и топливный насос 228 непосредственного впрыска можно приводить в действие, чтобы подавать топливо второго типа во вторую топливную рейку 250 под более высоким давлением, чем давление топлива первого типа, подаваемого в первую топливную рейку 240 посредством первого топливного насоса 208 низкого давления.
Жидкостная связь между первым топливным каналом 230 и вторым топливным каналом 232 можно осуществлять через первый и второй перепускные каналы 224 и 234. Точнее, первый перепускной канал 224 может связывать первый топливный канал 230 со вторым топливным каналом 232 выше по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска, в то время как второй перепускной канал 234 может связывать первый топливный канал 230 со вторым топливным каналом 232 ниже по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска. В топливных каналах и/или перепускных каналах могут быть установлены один или более предохранительных клапанов, чтобы создать сопротивление движению топлива или исключить течение топлива обратно в топливные баки. Например, первый предохранительный клапан 226 может быть предусмотрен в первом перепускном канале 224, чтобы уменьшить или исключить обратное течение топлива из второго топливного канала 232 в первый топливный канал 230 и первый топливный бак 202. Второй предохранительный клапан 222 может быть предусмотрен во втором топливном канале 232, чтобы уменьшить или исключить обратное течение топлива из первого или второго топливных каналов во второй топливный бак 212. Согласно одному примеру, насосы 208 и 218 низкого давления могут содержать предохранительные клапаны, встроенные в сами насосы. Встроенные предохранительные клапаны могут ограничивать давление в топливных магистралях соответствующих подкачивающих насосов. Например, предохранительный клапан, встроенный в первый топливный насос 208, может ограничивать давление, которое в противном случае создавалось бы в первой топливной рейке 240, если бы оказался открыт (намеренно или ненамеренно) электромагнитный клапан 236, а топливный насос 228 непосредственного впрыска при этом нагнетал топливо.
Согласно некоторым примерам первый и/или второй перепускные каналы могут также быть использованы для перекачки топлива между баками 202 и 212. Перекачка топлива может быть обеспечена путем включения в конструкцию дополнительных обратных клапанов, предохранительных клапанов, электромагнитных клапанов и/или насосов в первый или второй перепускной канал, например, электромагнитного клапана 236. Согласно другим примерам, один из топливных баков может быть расположен в более высоком месте, чем другой топливный бак, и тем самым топливо можно передавать из высокорасположенного топливного бака в низкорасположенный топливный бак по одному или более перепускным каналам. Таким образом, топливо можно передавать между топливными баками самотеком, и для такой передачи не потребуется установка топливного насоса.
Различные компоненты топливной системы 8 обмениваются информацией с системой управления двигателя, например, с контроллером 12. Например, контроллер 12 может принимать сигналы, характеризующие условия работы, от различных датчиков, связанных с топливной системой 8, дополнительно к тем датчикам, которые были рассмотрены ранее согласно фиг. 1. В числе этих разнообразных сигналов может быть, например, сигнал количества топлива, запасенного в каждом из топливных баков 202 и 212 от соответствующих датчиков 206 и 216 уровня топлива. Контроллер 12 может также принимать сигнал состава топлива от одного или более датчиков состава топлива дополнительно или в качестве альтернативы информации о составе топлива, получаемой на основе сигнала датчика отработавших газов (такого как датчик 128 на фиг. 1). Например, сигнал состава топлива для топлива, находящегося в топливных баках 202 и 212, может быть сформирован соответствующими датчиками 210 и 220 состава топлива. Дополнительно или в качестве иного варианта один или более датчиков состава топлива могут быть предусмотрены в любом подходящем месте вдоль топливных каналов между топливными баками и их соответствующими группами топливных форсунок. Например, датчик 238 состава топлива может быть установлен на первой топливной рейке 240 или по ходу первого топливного канала 230, и/или датчик 248 состава топлива может быть установлен на второй топливной рейке 250 или по ходу второго топливного канала 232. В качестве примера, который не имеет ограничительного характера, датчики состава топлива могут снабжать контроллер 12 информацией о концентрации антидетонационного компонента, содержащегося в топливе, или информацией об октановом числе топлива. Например, один или более датчиков состава топлива могут выдавать сигнал содержания спирта в топливе.
Следует отметить, что относительное расположение датчиков состава топлива внутри системы подачи топлива может обеспечивать различные преимущества. Например, датчики 238 и 248, расположенные на топливных рейках или по ходу топливных каналов, связывающих топливные форсунки с одним или более топливными баками, могут давать информацию о результирующем составе топлива в случае, когда два или более разных типов топлива смешиваются перед подачей в двигатель. В отличие от этого, датчики 210 и 220 могут давать информацию от составе топлива в топливных баках, который может отличаться от состава топлива, фактически подаваемого в двигатель.
Контроллер 12 может также осуществлять управление каждым из топливных насосов 208, 218 и 228 с целью регулирования количества, давления, расхода и т.п. топлива, подаваемого в двигатель. В качестве одного примера, контроллер 12 может изменять установленное давление, величину хода поршня насоса, задаваемый ОПР насоса и/или величину расхода топлива топливных насосов, чтобы подавать топливо в различные места топливной системы. Драйвер (не показан), который электрически связан с контролером 12, может быть использован для подачи управляющего сигнала к каждому из насосов низкого давления, как требуется, чтобы отрегулировать производительность (например, скорость) соответствующего насоса низкого давления. Количество топлива первого или второго типа, которое подают к группе форсунок непосредственного впрыска при помощи насоса непосредственного впрыска, можно изменять путем регулирования и координирования производительности первого или второго ННД и насоса непосредственного впрыска. Например, топливным насосом низкого давления и топливным насосом высокого давления можно управлять так, чтобы поддерживать заданное давление в топливной рейке. Датчик давления в топливной рейке, связанный со второй топливной рейкой, может быть выполнен с возможностью определения давления топлива, присутствующего на группе форсунок непосредственного впрыска. Тогда, исходя из разности между измеренным давлением в рейке и требуемым давлением в рейке, могут быть отрегулированы производительности насосов. Согласно одному примеру, в случае, когда топливный насос высокого давления является насосом объемного типа, контроллер может осуществлять регулирование клапана управления расходом насоса высокого давления, чтобы изменять эффективный объем топлива, который насос переносит при каждом ходе поршня.
В сущности, при работе топливного насоса непосредственного впрыска достижение пикового давления в компрессионной камере может гарантировать смазку данного топливного насоса. Более того, достижение пикового давления в компрессионной камере может также давать небольшой охлаждающий эффект. Однако, при условиях, когда работа топливного насоса непосредственного впрыска не требуется, например, когда не требуется непосредственный впрыск топлива, и/или, когда уровень топлива во втором топливном баке 212 ниже порогового уровня (т.е. в распоряжении нет достаточного количества топлива с детонационной стойкостью), смазка топливного насоса непосредственного впрыска может быть недостаточной, если прерывается течение топлива через насос.
В других вариантах осуществления топливной системы 8 по фиг. 2 второй топливный бак 212 может быть из конструкции исключен, так что топливная система 8 становится однотопливной системой, в которой используется и впрыск топлива во впускной канал, и непосредственный впрыск в цилиндр. Также, в других вариантах можно использовать и более, чем два типа топлива. Кроме того, согласно другим примерам, топливо можно подавать только в форсунки 252 непосредственного впрыска, а форсунки 242 впрыска во впускной канал из конструкции могут быть исключены. В рассматриваемом примере системы топливный насос 208 низкого давления подает топливо в топливный насос 228 непосредственного впрыска через перепускной канал 224. Контроллер 12 регулирует производительность топливного насоса 228 непосредственного впрыска путем регулирования клапана управления расходом указанного насоса 228 непосредственного впрыска. Насос непосредственного впрыска может прекращать подачу топлива в топливную рейку 250 при выбранных условиях, например, при замедлении движения транспортного средства, или, когда транспортное средство движется под уклон. Кроме того, при замедлении движения транспортного средства или при движении транспортного средства под уклон, одна или более топливных форсунок 252 непосредственного впрыска могут быть отключены.
На фиг. 3 изображен пример осуществления топливного насоса 228 непосредственного впрыска, который показан в системе по фиг. 2. Впускное отверстие 303 компрессионной камеры 308 топливного насоса непосредственного впрыска снабжают топливом посредством топливного насоса низкого давления, показанного на фиг. 2. В топливе при его прохождении через топливный насос 228 непосредственного впрыска может быть создано давление, и топливо может быть подано в топливную рейку через выпускное отверстие 304 насоса. В изображенном примере насос 228 непосредственного впрыска может представлять собой объемный насос с механическим приводом, который содержит поршень 306 и поршневой шток 320, компрессионную камеру 308 (или камеру сжатия) и штоковую камеру 318. Канал, который соединяет штоковую камеру 318 с входным каналом 399 насоса, может содержать аккумулятор 309, при этом указанный канал позволяет топливу из штоковой камеры возвращаться в магистраль низкого давления в обход входного канала 399. Если предположить, что на фиг. 3 поршень 306 находится в положении нижней мертвой точки (НМТ), то объем вытеснения насоса может быть представлен объемом 377. Объем вытеснения насоса НВ может быть измерен, как объем, который поршень 306 замещает, когда перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в НМТ или наоборот. Внутри компрессионной камеры 308 также существует и второй объем, который соответствует мертвому объему 378 насоса. Мертвый объем образует область в компрессионной камере 308, которая остается, когда поршень находится в ВМТ. Другими словами, сумма объемов 377 и 378 дает общий объем компрессионной камеры 308. Поршень 306 также содержит днище 305 и юбку 306. Штоковая камера и компрессионная камера могут включать в себя полости, расположенные на противоположных сторонах поршня насоса. Согласно одному примеру, контроллер 12 двигателя может быть выполнен с возможностью приведения в движение поршня 306 насоса 228 непосредственного впрыска при помощи ведущего кулачка 310. Кулачок 310 содержит четыре рабочих выступа, и совершает один оборот на каждые два оборота коленчатого вала двигателя.
Электромагнитный входной обратный клапан 312 или сливной клапан, может быть связан с впускным отверстием 303 насоса. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью регулирования потока топлива через входной обратный клапан 312 путем подачи питания на электромагнитный клапан и снятия питания с электромагнитного клапана (исходя из конфигурации электромагнитного клапана) синхронно с ведущим кулачком. Соответственно, электромагнитный входной обратный клапан 312 может работать в двух режимах. В первом режиме электромагнитный входной обратный клапан 312 действует внутри впускного отверстия 303, чтобы ограничивать (например, до нуля) количество топлива, проходящего выше по потоку от электромагнитного обратного клапана 312. Для сравнения, во втором режиме электромагнитный обратный клапан 312 фактически отключается, и топливо может проходить выше по потоку и ниже по потоку от входного обратного клапана.
В сущности, электромагнитный обратный клапан 312 может быть выполнен с возможностью регулирования массы (или объема) топлива, которое под давлением подают в топливный насос непосредственного впрыска. Согласно одному примеру, контроллер 12 может регулировать момент времени закрытия электромагнитного обратного клапана с целью управления массой топлива, подвергаемого сжатию. Например, позднее закрытие входного обратного клапана может приводить к уменьшению массы топлива, засасываемого в компрессионную камеру 308. Моменты времени открытия и закрытия электромагнитного обратного клапана можно координировать с фазой хода поршня топливного насоса непосредственного впрыска.
Входной канал 399 насоса пропускает топливо к обратному клапану 302 и предохранительному клапану 301. Обратный клапан 302 расположен выше по потоку от электромагнитного обратного клапана 312 по ходу канала 335. Обратный клапан 302 смещен, чтобы воспрепятствовать движению топлива из электромагнитного обратного клапана 312 и во входной канал 399 насоса. Обратный клапан 302 позволяет топливу протекать от топливного насоса низкого давления к электромагнитному обратному клапану 312. Обратный клапан 302 соединен параллельно с предохранительным клапаном 301. Предохранительный клапан 301 дает возможность топливу течь из электромагнитного обратного клапана 312 в направлении топливного насоса низкого давления, когда перепад давлений между предохранительным клапаном 301 и электромагнитным обратным клапаном 312 превышает определенную величину (например, 10 бар). Когда электромагнитный обратный клапан 312 выключен (например, обесточен), он работает в режиме сквозного прохода, при этом предохранительный клапан 301 регулирует давление в компрессионной камере 308 на одном уровне, соответствующем настроечному параметру разгрузки давления предохранительного клапана (например, 15 бар). Регулирование давления в компрессионной камере 308 позволяет сформировать перепад давления между днищем 305 поршня и юбкой 307 поршня. Давление в штоковой камере 318 равно давлению на выходе насоса низкого давления (например, 5 бар), в то время как давление у днища поршня равно давлению регулирования предохранительного клапана (например, 15 бар). Данный перепад давления позволяет топливу просачиваться от днища 305 поршня к юбке 307 поршня через зазор между поршнем 306 и стенкой 350 цилиндра, осуществляя тем самым смазку топливного насоса 228 непосредственного впрыска.
Поршень 306 совершает возвратно-поступательное движение внутри компрессионной камеры 308. Топливный насос 228 непосредственного впрыска совершает ход сжатия, когда поршень 306 движется в направлении, при котором объем компрессионной камеры 306 сокращается. Топливный насос 228 непосредственного впрыска совершает ход всасывания, когда поршень 306 движется в направлении, при котором объем компрессионной камеры 306 увеличивается.
Ниже по потоку от выпускного отверстия 304 компрессионной камеры 308 может быть присоединен выходной обратный клапан 316 прямого течения. Выходной обратный клапан 316 открывают, чтобы дать возможность топливу из выпускного отверстия 304 компрессионной камеры поступать в топливную рейку только когда давление на выходе топливного насоса 228 непосредственного впрыска (т.е. давление на выходе компрессионной камеры) превышает давление в топливной рейке. Таким образом, при условиях, когда работа топливного насоса непосредственного впрыска не требуется, контроллер 12 может выключить электромагнитный входной обратный клапан 312, при этом предохранительный клапан 301 будет регулировать давление в компрессионной камере, т.е. поддерживать указанное давление на одном, по существу постоянном уровне (например, на уровне, соответствующем давлению регулирования ±0,5 бар) на протяжении большей части хода сжатия. Во время хода всасывания давление в компрессионной камере 308 падает до уровня близкого к давлению подкачивающего насоса (208 и/или 218). Смазка топливного насоса 228 непосредственного впрыска может происходить, когда давление в компрессионной камере 308 превышает давление в штоковой камере 318. Разность давлений может также способствовать смазке насоса, когда контроллер 12 выключает электромагнитный входной обратный клапан 312. Выключение клапана 312 может также снижать шум, создаваемый клапаном 312. Один результат данного способа регулирования состоит в том, что давление в топливной рейке поддерживается на минимальном уровне, приблизительно соответствующем давлению разгрузки предохранительного клапана 301. Таким образом, если клапан 301 настроен на давление разгрузки 10 бар, то давление в топливной рейке становится равным 15 бар, поскольку указанные 10 бар добавляются к давлению подкачивающего насоса равному 5 бар. Конкретно, осуществляется регулирование давления топлива в компрессионной камере 308 во время хода сжатия топливного насоса 228 непосредственного впрыска. Таким образом, по меньшей мере на протяжении хода сжатия топливного насоса 228 непосредственного впрыска обеспечивают смазку данного насоса. Когда в топливном насосе непосредственного впрыска начинается ход всасывания, давление топлива в компрессионной камере может снижаться, хотя, пока остается перепад давления, все равно некоторый уровень смазки будет обеспечиваться. Параллельно с обратным клапаном 316 может быть соединен другой обратный клапан 314 (предохранительный клапан). Клапан 314 позволяет топливу из топливной рейки непосредственного впрыска протекать в направлении выпускного отверстия 304 насоса, когда давление в топливной рейке превышает заданное давление.
Следует отметить, что насос 228 непосредственного впрыска на фиг. 3 представлен в качестве примера одной возможной конструкции насоса непосредственного впрыска. Компоненты, изображенные на фиг. 3, могут быть удалены и/или изменены, и одновременно в насос 228 могут быть добавлены компоненты, которые в настоящее время там отсутствуют, при этом будет по-прежнему сохранена способность насоса подавать топливо под высоким давлением в топливную рейку непосредственного впрыска. К примеру, в других вариантах осуществления топливного насоса 228 из конструкции могут быть исключены предохранительный клапан 301 и обратный клапан 302. Кроме того, способы, представленные здесь, могут быть применены к различным конструкциям насоса 228 наряду с различными конструкциями топливной системы 8, соответствующей фиг. 2. В частности, способы смазки без подачи топлива, которые будут рассмотрены ниже, могут быть осуществлены в различных конструкциях насоса 228 без какого-либо отрицательного влияния на нормальную работу насоса 228. Таким образом, указанные способы смазки без подачи топлива могут быть универсальными, и могут быть адаптированы к разнообразным топливным системам и системам насосов высокого давления.
Топливные насосы непосредственного впрыска, такие как насос 228 на фиг. 3, могут требовать минимального количества смазки, чтобы оставаться исправными, и чтобы исключить тот износ, который может возникать между поршнем и расточкой насоса. Без достаточной смазки зона взаимодействия между поршнем 306 и стенкой 350 цилиндра (расточкой насоса) может быть подвержена съему материала (деградации) в силу трения между поршнем и стенкой цилиндра, когда поршень совершает возвратно-поступательное движение. В те периоды, когда прямой впрыск не требуется, например, когда требуется только впрыск топлива во впускной канал, это может отрицательно сказываться на долговечности насоса. Точнее, в то время как насос высокого давления не задействован, смазка и охлаждение насоса могут быть пониженными, что приводит к постепенному износу насоса. Поэтому, выгодно, чтобы насос высокого давления продолжал работать, даже когда непосредственный впрыск не требуется. В сущности, работа насоса высокого давления может быть отрегулирована так, чтобы на его выходе поддерживать давление равное давлению в топливной рейке непосредственного впрыска или более низкое, чем давление в указанной топливной рейке. Путем поддержания давления на выходе насоса высокого давления на уровне чуть ниже давления в топливной рейке, не давая топливу выходить из выпускного отверстия 304 насоса ВД в топливную рейку, можно поддерживать смазку насоса ВД, и тем самым уменьшить износ указанного насоса. Этой операции в целом может быть дано название «смазка без подачи топлива (СБПТ)». Следует отметить, что могут быть осуществлены и другие аналогичные схемы, которые поддерживают смазку насоса высокого давления, при которых нет нагнетания топлива в топливную рейку непосредственного впрыска. Например, в другой схеме СБПТ можно производить пошаговое увеличение давления в топливной рейке вместо его поддержания на постоянном уровне.
Во время смазки без подачи топлива выходной обратный клапан 316 может препятствовать течению топлива из насоса ВД в топливную рейку, пока давление на выходе насоса будет оставаться ниже давления в топливной рейке. Чтобы проверить работу данного обратного клапана, а также убедиться, что давление на выходе насоса находится на уровне, который требуется для смазки, можно импульсами или периодически увеличивать величину хода поршня насоса ВД, чтобы дать возможность небольшому количеству топлива с выхода насоса ВД проходить через обратный клапан 316 и попадать в топливную рейку. Если обратный клапан 316 исправен и давление на выходе насоса находится на уровне, который требуется для смазки, то указанное изменение величины хода поршня и прохождение топлива через обратный клапан могут вызывать соответствующее увеличение давления в топливной рейке. В ответ на импульс давления в топливной рейке величина хода поршня в насосе ВД может быть незамедлительно уменьшена до величины, которая не влияет на давление в топливной рейке.
Путем периодического импульсного изменения давления на выходе насоса ВД и обнаружения соответствующих импульсов давления в топливной рейке можно проверять работу обратного клапана и при этом также подтверждать, что давление на выходе насоса ВД находится на уровне, который обеспечивает достаточную смазку насоса и охлаждение (т.е. на уровне чуть ниже давления в топливной рейке). Благодаря регулированию величины хода поршня насоса ВД в сторону увеличения и/или уменьшения в условиях, когда работа насоса ВД не требуется, можно достичь смазки насоса без необходимости в дополнительных компонентах для отведения потока и управления потоком, хотя при желании такие компоненты могут быть включены в конструкцию. Сокращая время неиспользования насоса высокого давления и поддерживая смазку и/или охлаждение насоса высокого давления способом «смазки без подачи топлива» можно уменьшить интенсивность износа насоса.
Смазку без подачи топлива (СБПТ) можно осуществлять посредством насоса ВД, чтобы получать данные, которые могут быть использованы для улучшения производительности насоса и/или двигателя. Один способ осуществления смазки без подачи топлива, который будет рассмотрен ниже, выявляет время медленного отклика давления, и поэтому в дальнейшем будет именоваться «медленным СБПТ-тестом». Назначение медленного СБПТ-теста может заключаться в том, чтобы получить данные, которые соответствуют данным «нулевого расхода» топлива, т.е. данным, когда компрессионная камера 308 насоса ВД практически не нагнетает топлива в топливную рейку непосредственного впрыска. Медленный СБПТ-тест, который будет подробно рассмотрен ниже, заключается в ступенчатом увеличении ОПР насоса ВД и ожидании установившегося отклика давления в топливной рейке. Данная процедура представлена на фиг. 4 в виде процедуры 400 медленного отклика. Процедура 400 показана графически на фиг. 4, где изображены два графика. Первый график ОПР насоса ВД, или закрытия сливного клапана представлен кривой 401. Второй график давления топлива в топливной рейке непосредственного впрыска представлен кривой 402. В обоих графиках по горизонтальной оси отложено время.
На фиг. 4, исходно в начале процедуры 400 на протяжении временного интервала 411 насос ВД сохраняет по существу постоянную ОПР 420, в то время как давление в топливной рейке поддерживается практически на постоянном уровне 430. В момент t1 задают первую ОПР 421 насоса, что представляет собой увеличение постоянной ОПР 420. Первую ОПР 421 насоса удерживают постоянной между моментами t1 и t2. На интервале 412 давление в топливной рейке реагирует на изменение ОПР и постепенно возрастает по сравнению с давлением в момент, когда произошло быстрое увеличение ОПР насоса. В идеальном случае реакция давления в топливной рейке имела бы такой же характер, что и изменение ОПР насоса. В силу медленного отклика давления в топливной рейке интервал 412 может доходить до 10 с, или он может длиться до тех пор, пока давление в топливной рейке не достигнет практически установившегося значения. По истечении интервала 412 первая ОПР 421 может быть зарегистрирована (измерена) вместе с установившимся значением давления 431 в топливной рейке. «Медленный аспект» процедуры 400 медленного отклика заключается в том, что результирующий интервал 412 составляет 10 с или более. Процедура 400, в которой задают постоянную ОПР 421 и поддерживают (сохраняют) до тех пор, пока давление в топливной рейке не достигает установившегося значения 431, без обратной связи по реагирующему давлению в топливной рейке, может быть названа регулированием без обратной связи. По схеме регулирования без обратной связи можно регулировать ОПР насоса без осуществления обратной связи по давлению в топливной рейке. Ниже будет рассмотрена разница между регулированием без обратной связи и регулированием с обратной связью.
Определение параметров, таких как ОПР и давление в топливной рейке в процедуре 400 и других способах, которые будут рассмотрены ниже, может заключаться в использовании различных датчиков, соединенных с контроллером 12, например, одного или более датчиков массы топлива, датчиков объема топлива, датчиков давления топлива и т.п., расположенных в различных частях топливной системы. Например, давление в топливной рейке может быть измерено датчиком давления, который соединен с контроллером, содержащим считываемые компьютером инструкции, записанные в постоянное запоминающее устройство для исполнения алгоритмов регулирования без обратной связи и/или с обратной связью. Для получения необходимых данных для других способов возможны другие варианты расположения датчиков.
На фиг. 5 изображен медленный СБПТ-тест, используемый для получения данных «нулевого расхода». Медленный СБПТ-тест заключается в повторении процедуры 400 фиг. 4 для получения множества точек данных (или экспериментальных точек), при этом каждая экспериментальная точка содержит информацию об ОПР и давлении в топливной рейке. Процедура 400 позволяет получить одну экспериментальную точку, которая содержит информацию об ОПР 421 и давлении 431 в топливной рейке, в то время как медленный СБПТ-тест позволяет получить множество экспериментальных точек. В ходе выполнении СБПТ-теста производится сбор данных при отсутствии непосредственного впрыска топлива в двигатель, которые также именуются данными «нулевого расхода». Кроме того, поскольку ОПР насоса ВД при условиях СБПТ может зависеть от частоты вращения двигателя (и насоса ВД), во время осуществления медленного СБПТ-теста (или способа) может потребоваться практически постоянная частота вращения двигателя на холостом ходу. В сущности, что касается двигателей, в которых используется и впрыск топлива во впускной канал, и непосредственный впрыск, то двигатель может быть установлен в стабилизированный режим холостого хода практически с постоянной частотой вращения, когда не требуется непосредственный впрыск топлива и отсутствует нагнетание топлива в топливную рейку, которая связана с насосом 228 ВД. В тесте 500 кривая 501 представляет задаваемые изменения ОПР, а кривая 502 представляет ответные изменения давления в топливной рейке. По горизонтальной оси на графиках 501 и 502 отложено время. Кривая 503 изображает, как давление в топливной рейке изменяется в функции ОПР. Кривая 503 может быть также названа «функцией нулевого расхода» в том смысле, что кривая 503 показывает зависимость между давлением в топливной рейке и ОПР при нулевой величине расхода, поскольку насос ВД не посылает топливо в топливную рейку.
Очередность событий, соответствующих способу 500 по фиг. 5, следующая: вначале до момента t1 осуществляют номинальный контроль ОПР насоса, который тем самым создает отклик давления топливной рейки. В момент t1 задают первую ОПР 521 насоса и регистрируют вместе с соответствующим давлением 531 в топливной рейке. После регистрации указанных значений ОПР увеличивают до 522 и удерживают на протяжении интервала времени между t1 и t2. На этом интервале, который аналогичен интервалу 412 на фиг. 4, давление в топливной рейке реагирует и постепенно возрастает по сравнению с давлением, которое было в момент внезапного увеличения ОПР насоса. Из-за медленного отклика давления в топливной рейке время, временной интервал ожидания перед осуществлением второй регистрации может составить 10 с, или же следует ожидать, пока давление в топливной рейке не достигнет установившегося значения. По истечении некоторого интервала времени (например, 10 с) увеличенную ОПР 522 регистрируют вместе с установившимся значением давления 532 в топливной рейке в момент t2. ОПР снова ступенчато увеличивают до уровня 523, и аналогично проходит определенное время, прежде чем регистрируют ОПР 523 и установившееся значение реагирующего давления 533 в топливной рейке в момент t3. Как видно из фиг. 5, такую же процедуру повторяют в моменты t4 и t5. Следует отметить, что процедуру 400 фиг. 4, которую выполняли на конкретном интервале 412, на фиг. 5 повторяют на интервалах t1-t2, t2-t3, t3-t4 и t4-t5. В примере данного способа регистрируют пять экспериментальных точек, при этом каждая экспериментальная точка, как говорилось ранее, заключает в себе значение ОПР и значение давления в топливной рейке.
Поскольку каждая из экспериментальных точек содержит два значения (ОПР и давление в топливной рейке), указанные пять экспериментальных точек можно нанести на отдельный график 503, где по горизонтальной оси отложена ОПР насоса ВД, а по вертикальной оси - давление в топливной рейке. Каждая экспериментальная точка представлена соответствующей точкой на кривой 503. Например, экспериментальная точка, содержащая ОПР 521 и давление 531 в топливной рейке, на графике 503 представлена точкой 541, что показано стрелкой 540. Точки 541, 542, 543, 544 и 545 могут лежать на прямой линии, и эта прямая линия может быть продолжена в соответствии с ее наклоном. Функция 503 нулевого расхода может быть использована для получения данных, которые могут улучшить характеристики насоса, например, скорректировать фазовые ошибки в электромагнитном входном обратном клапане и определить различные свойства системы, такие как модуль объемного сжатия топлива, нагнетаемого насосом ВД.
Следует признать, что накопление времен отклика между моментами t1 и t5 по фиг. 5 может создать ряд проблем при осуществлении медленного СБПТ-теста 500 в топливной системе. Например, если бы для построения функции 503 нулевого расхода потребовалось десять точек, а время отклика давления в топливной рейке составляло 10 с, то по меньшей мере 90 с требовалось бы всякий раз, когда инициируют медленный СБПТ-тест. Как говорилось ранее, тест 500 проводят в периоды, когда не требуется прямой впрыск топлива, например, когда двигатель работает на холостом ходу, когда может быть использован впрыск топлива во впускной канал в двигательных системах, содержащих оба типа систем впрыска. Если водитель транспортного средства поддерживает двигатель на холостом ходу, например, у красного сигнала светофора или перед началом вождения после запуске двигателя, в течение времени меньшего, чем требуемые 90 с, то тест 500 можно будет выполнять реже, чем задано.
Кроме того, другой проблемой, связанной с 10-секундной реакцией давления в топливной рейке на приращение ОПР насоса ВД, может быть небольшое изменение температуры топлива в топливной рейке за указанный 10-секундный период, что приводит к изменению давления в топливной рейке, не зависящему от приращения ОПР. В сущности, может оказаться трудным провести различие между изменением давления в топливной рейке, вызванным увеличением ОПР, и изменением указанного давления по причине изменения температуры топлива, содержащегося в топливной рейке. В свете указанных проблем необходим более быстрый СБПТ-тест, который требует меньшего времени для получения достаточных данных для построения функции 503 нулевого расхода.
Кроме того, установлена потенциальная причина больших времен отклика давления в топливной рейке. При осуществлении смазки без подачи топлива, например, как в рассмотренном медленном СБПТ-тесте 500, можно задавать небольшие ОПР насоса ВД. Поскольку, задача смазки без подачи топлива в насосах ВД может состоять в том, чтобы поддерживать смазку через зазор между поршнем и цилиндром без нагнетания топлива в топливную рейку непосредственного впрыска, или поддержания давления равным давлению в топливной рейке или на уровне чуть ниже давления в топливной рейке, то можно задавать ОПР меньшей величины, чем ОПР, которые необходимы, когда требуется непосредственный впрыск топлива. Небольшая ОПР может соответствовать величинам приблизительно от 1% до 8%. Например, если ОПР равна 5%, то 95% объема топлива сливаются. Другими словами, 5% объема топлива, которое насос засосал в компрессионную камеру, подвергают сжатию поршнем, а оставшиеся 95% выпускают обратно из компрессионной камеры через электромагнитный входной обратный клапан. Благодаря небольшим ОПР, насос непосредственного впрыска может использовать небольшую долю полного рабочего объема (объема вытеснения) для сжатия небольшого количества топлива. Может быть определен и другой объем - вытесняемый объем топлива, который представляет определенную часть полного рабочего объема насоса непосредственного впрыска, которую используют для сжатия небольшого количества топлива. Как говорилось ранее, мертвый объем 378 является постоянной величиной для насоса непосредственного впрыска. Может быть определено отношение объемов, которое сопоставляет мертвый объем с вытесняемым объемом (мертвый объем, деленный на вытесняемый объем). Например, когда задают ОПР 100%, то отношение объемов может быть минимальным, поскольку вытесняемый объем = рабочему объему, а 100% ОПР соответствует полному ходу сжатия поршня. Поскольку вытесняемый объем при уменьшении ОПР может уменьшаться, то и отношение объемов может соответственно увеличиваться. Когда задают небольшие ОПР (например, от 1% до 8%), то отношение объемов становится большим, что физически соответствует нагнетанию небольшого количества топлива. Таким образом, давлению в топливной рейке требуется сравнительно большое время, чтобы отреагировать на небольшие ОПР, поскольку всякий раз, когда насос совершает ход сжатия, небольшое количество топлива закачивают в топливную рейку. Если бы ОПР имела сравнительно большую величину, то каждый цикл насоса заставлял бы большее количество топлива поступать в топливную рейку, и, следовательно, поднимал бы давление быстрее. Отсюда следует, что задание постоянной небольшой ОПР и ожидание реакции давления в топливной рейке и принятия давлением установившегося значения может быть не лучшим способом осуществления тестов смазки без подачи топлива.
Соответствующий настоящему изобретению быстрый СБПТ-тест может включать в себя два отдельных способа регулирования давления, и может способствовать сокращению времени отклика давления в топливной рейке на изменение ОПР насоса высокого давления. В данном контексте «быстрый аспект» быстрого СБПТ-теста может заключаться в более коротких временных интервалах между откликами давления в топливной рейке, чем при медленном СБПТ-тесте 500. Быстрый СБПТ-тест, который полностью будет рассмотрен ниже, действует путем увеличения ОПР выше желаемой или целевой величины, ожидания роста давления в топливной рейке, затем уменьшения требуемой ОПР до желаемой величины, и снова ожидания, пока давление в топливной рейке не достигнет установившегося значения. Данная процедура 600 (процедура с быстрым откликом), представленная на фиг. 6, осуществляет регулирование как без обратной связи, так и регулирование с обратной связью для ускорения отклика давления в топливной рейке. В процедуре 600, графически изображенной на фиг. 6, показаны два графика. Первый график изменения ОПР насоса ВД или закрытия клапана слива, представлен в виде кривой 601. Второй график изменения давления в топливной рейке непосредственного впрыска представлен в виде кривой 602. В обоих графиках по горизонтальной оси отложено время.
На фиг. 6, исходно в начале процедуры 600 на временном отрезке, представленном интервалом 611, насос ВД сохраняет практически постоянную ОПР, в то время как давление в топливной рейке поддерживают практически на постоянном уровне 629. Следует отметить, что на интервале 611 может быть представлено и другое поведение ОПР и/или другое поведение давления в топливной рейке, однако для простоты обе величины в этот период времени поддерживают на постоянном уровне. Что касается процедуры 600, то конечным результатом может быть желаемая (или целевая) величина ОПР 621 и соответствующая целевая величина давления 631 в топливной рейке. Базируясь на предыдущих данных нулевого расхода или других аналогичных данных, сохраненных в контроллере 12, контроллер может спрогнозировать целевое давление 631 в топливной рейке, которое может быть результатом задания приращения ОПР до целевой ОПР 621. В сущности, в момент t1 задают первую ОПР 620 насоса, что является приращением постоянной ОПР 619. Первая ОПР 620 может быть больше целевой ОПР 621. Первую ОПР 620 насоса поддерживают в течение интервала 612 между моментами t1 и t2. На интервале 612 происходит отклик давления в топливной рейке и указанное давление постепенно возрастает по сравнению с давлением, которое было в момент быстрого увеличения ОПР насоса. Поскольку прогнозируемое давление 631 в топливной рейке известно контроллеру, может быть рассчитано промежуточное давление 630 в топливной рейке, при этом промежуточное давление 630 может составлять определенный процент от прогнозируемого давления 631 в топливной рейке, например, 85%. К примеру, если прогнозируемое давление в топливной рейке составляет 4 бар, то промежуточное давление в топливной рейке могло бы быть равным 3,4 бар. Согласно процедуре 600, как только в момент t2 давление в топливной рейке достигает промежуточного давления 630 в топливной рейке, производят уменьшение ОПР до целевой ОПР 621 и далее удерживают ОПР постоянной. Давление в топливной рейке реагирует соответствующим образом, и на интервале 613 увеличивается до тех пор, пока в момент t3 не будет достигнуто прогнозируемое давление 631 в топливной рейке. По истечении интервала 613 ОПР 621 может быть зарегистрирована (измерена) вместе с установившимся (прогнозным) давлением 631 в топливной рейке.
Как видно из фиг. 6, давление в топливной рейке растет быстрее на интервале 612, чем на интервале 613. Причина этого, как уже упоминалось, заключается в том, что быстрый рост указанного давления происходит, когда задают ОПР большей величины. Поэтому ОПР 620 на интервале 612 больше ОПР 621 на интервале 613. Другими словами, наклон кривой 602 давления в топливной рейке на интервале 612 больше, чем на интервале 613. Кроме того, аналогично процедуре 400, процедура 600 осуществляет регулирование без обратной связи, когда поддерживают постоянную ОПР 621, пока давление в топливной рейке не достигает установившегося значения давления 631 на интервале 613. Однако, в отличие от процедуры 400, которая выполняет только регулирование без обратной связи, процедура 600 также осуществляет регулирование с обратной связью на интервале 612. Согласно регулированию с обратной связью, контроллер или иное управляющее устройство может установить, что целевым величиной является ОПР 621, но задет более высокую ОПР 620, так чтобы давление в топливной рейке на интервале между t1 и t2 могло нарастать с большей скоростью. Как только давление в топливной рейке достигнет определенного процента от прогнозируемого значения, управление переключают от регулирования с обратной связью на регулирование без обратной связи, и может быть задана более низкая ОПР 621, пока давление в топливной рейке не достигнет установившегося значения давления 631. При таком способе интервал времени между моментами t1 и t3 (т.е. сумма интервалов 612 и 613) может быть меньше интервала 412 на фиг. 4. Например, процедура 600 от момента t1 до момента t3 может занимать 3 с, в то время как процедура 400 от момента t1 до момента t2 может занимать до 10 с.
Следует отметить, что конкретная форма кривых 601 и 602 в других вариантах применения регулирования без обратной связи и регулирования с обратной связью может отличаться от показанной на фиг. 6. Согласно одному примеру, при регулировании с обратной связью (интервал 612), если давление в топливной рейке не реагирует столь быстро, как этого требует программа, то ОПР можно неоднократно увеличивать на интервале 612, перед переключением на регулирование без обратной связи в момент t2. Чтобы выполнить это, можно непрерывно измерять давление в топливной рейке, чтобы определить, должна ли процедура регулирования с обратной связью и дальше увеличивать ОПР. В этой ситуации ОПР можно не оставлять постоянной на интервале 612, а можно увеличивать от уровня ОПР 620 до более высоких значений, прежде чем уменьшать до уровня ОПР 621 в момент t2. При таком способе процедура регулирования с обратной связью может ступенчато наращивать ОПР насоса ВД с обратной связью по реагирующему давления в топливной рейке. Кроме того, согласно другим вариантам осуществления, соотношение интервалов 612 и 613 может быть иным, нежели то, которое показано на фиг. 6, в зависимости от требуемого времени отклика давления в топливной рейке и других подобных факторов. Например, если доля прогнозируемого давления 631 в топливной рейке, который определяет давление 630 в топливной рейке, будет больше 85% (например, 95%), то размеры интервалов могут измениться так, что интервал 612 станет больше интервала 613. Кроме того, наклоны кривой 602 (скорость изменения давления в топливной рейке) могут быть иными, нежели показанные на фиг. 6, хотя наклон на интервале 612 остается более крутым, чем наклон на интервале 613. Процедура 600 приведена в качестве примера принципа СБПТ для насоса ВД, при котором для ступенчатого приращения ОПР и давления в топливной рейке используют и регулирование без обратной связи и регулирование с обратной связью.
На фиг. 7 графически показан быстрый СБПТ-тест, используемый для получения данных нулевого расхода. Быстрый СБПТ-тест 700 заключается в непрерывном повторении процедуры 600 по фиг. 6, чтобы получить множество экспериментальных точек, при этом каждая экспериментальная точка содержит величину ОПР и величину давления в топливной рейке. При помощи процедуры 600 можно получить одну экспериментальную точку, содержащую ОПР 621 и давление 631 в топливной рейке, в то время как при помощи быстрого СБПТ-теста 700 можно получить множество экспериментальных точек. В ходе быстрого СБПТ-теста 700 осуществляют сбор данных, однако непосредственного впрыска топлива в двигатель не производят, что также можно именовать тестом нулевого расхода. Кроме того, поскольку ОПР насоса ВД в условиях СБПТ может зависеть от частоты вращения двигателя (и насоса ВД), при осуществлении быстрого СБПТ-теста (или способа) может потребоваться поддержание практически постоянной частоты вращения двигателя на холостом ходу. Что касается двигателей, в которых используют и впрыск топлива во впускной канал и непосредственный впрыск, то двигатель может быть установлен в стабилизированный режим холостого хода, когда не требуется непосредственный впрыск топлива и отсутствует нагнетание топлива в топливную рейку, которая связана с насосом 228 ВД. В некоторых двигателях прекращение непосредственного впрыска может также включать в себя подачу топлива в двигатель только путем впрыска во впускной канал. В тесте 700 кривая 701 представляет задаваемые изменения ОПР насоса, а кривая 702 представляет ответные изменения давления в топливной рейке. По горизонтальной оси на графиках 701 и 702 отложено время. Кривая 703 изображает, как давление в топливной рейке изменяется в функции ОПР. Кривая 703 может быть также названа «функцией нулевого расхода» в том смысле, что кривая 703 показывает зависимость между давлением в топливной рейке и ОПР при величине расхода равной нулю, поскольку насос ВД не посылает топливо в топливную рейку.
Очередность событий, соответствующих способу 700 по фиг. 7, следующая: вначале до момента t1 осуществляют номинальный контроль ОПР насоса, который тем самым создает отклик давления топливной рейки. В момент t1 задают первую ОПР 721 насоса и регистрируют вместе с соответствующим давлением 731 в топливной рейке. После регистрации указанных значений ОПР увеличивают до 722 и удерживают на протяжении интервала времени между t1 и t2. Аналогично фиг. 6, целевая ОПР 723 может быть известна, а прогнозируемое давление 732 в топливной рейке может быть рассчитано. Как таковая, ОПР 722 больше, чем ОПР 723. Контроль ОПР между моментами t1 и t2 можно осуществлять посредством вышеупомянутого регулирования без обратной связи. Как только давление в топливной рейке достигнет определенной доли от прогнозного давления 732 в топливной рейке (например, 85%), ОПР можно уменьшить до величины 723 и удерживать на интервале между t2 и t3, осуществляя регулирование с обратной связью, пока давление в топливной рейке не увеличится до прогнозного значения давления 732 в топливной рейке. В этот момент можно зарегистрировать ОПР 723 и давление 732 в топливной рейке. Затем ОПР в момент t3 снова ступенчато увеличивают до 724, осуществляя регулирование без обратной связи; и проходит аналогичное время (от t3 до t4), прежде чем в момент t4 снова производят переключение на регулирование с обратной связью. Как видно из фиг. 7, процесс идентичный процедуре 600 повторяют в моменты t5 и t7. Следует отметить, что процедуру 600 по фиг. 6, в частности суммарный интервал (сумму интервалов 612 и 613) повторяют на фиг. 7 на промежутках t1-t3, t3-t5, t5-t7 и t7-t9. В данном примере способа регистрируют пять экспериментальных точек, при этом, как упоминалось ранее, каждая экспериментальная точка содержит значение ОПР и значение давления в топливной рейке. Совокупность собранных экспериментальных точек можно называть набором данных, который можно представить в виде графика, что будет рассмотрено ниже.
Поскольку каждая из экспериментальных точек соответствует двум величинам (ОПР и давлению в топливной рейке), указанные пять экспериментальных точек могут быть выстроены в виде отдельного графика 703, при этом горизонтальная ось представляет ОПР насоса ВД, а вертикальная ось - давление в топливной рейке. Каждой экспериментальной точке отвечает ее точка на графике 703. Например, экспериментальной точке, содержащей ОПР 723 и давление 732 в топливной рейке, соответствует точка 742 на графике 703, на которую указывает стрелка 740. Точки 741, 742, 743, 744 и 745 могут лежать на прямой линии, при этом данная прямая линия может быть продлена в соответствии с наклоном линии. Функцией 703 нулевого расхода можно пользоваться для получения данных, которые могут улучшить характеристики насоса, например, скорректировать фазовые ошибки в электромагнитном входном обратном клапане и определить различные характеристики системы, такие как модуль объемного сжатия топлива, нагнетаемого насосом ВД, аналогично функции 503 нулевого расхода по фиг. 5.
Можно видеть, что графики, изображенные на фиг. 5 и 7 подобны друг другу в том отношении, что оба формируют данные нулевого расхода (посредством пяти точек) и соответственно функции 503 и 703 нулевого расхода. Основное различие между двумя способами заключается в том, что быстрый СБПТ-тест 700 может формировать данные нулевого расхода быстрее, чем медленный СБПТ-тест 500. Например, как упоминалось ранее, для сбора десяти экспериментальных точек с использованием медленного СБПТ-теста 500 могло бы потребоваться по меньшей мере 90 с. Если выполнять быстрый СБПТ-тест с аналогичными приращениями ОПР, в котором каждая индивидуальная процедура может занимать около 3 с, то может потребоваться около 27 с. В сущности, для быстрого СБПТ-теста может потребоваться приблизительно треть времени, необходимого для медленного СБПТ-теста. Благодаря тому, что быстрый СБПТ-тест требует меньшего времени, его можно выполнять более часто, когда двигатель работает на холостых оборотах, т.е. когда не требуется непосредственный впрыск топлива. Благодаря переключению между регулированием без обратной связи и регулированием с обратной связью, как это выполняют в быстром СБПТ-тесте, сбор данных нулевого расхода можно производить быстрее, чем если использовать только регулирование без обратной связи, как это выполняют в медленном СБПТ-тесте. Также следует отметить, что наклон всей кривой 602 фиг. 6 или ее части может быть круче наклона кривой 402 на фиг. 4; или скорость нарастания давления в топливной рейке по фиг. 6 больше скорости нарастания давления в топливной рейке по фиг. 4. Блок-схема алгоритма, иллюстрирующая процедуру быстрого СБПТ-теста будет приведена на фиг. 8.
Фиг. 8 изображает блок-схему алгоритма 800 для быстрого СБПТ-теста. Вначале, на шаге 801 может быть определен ряд параметров работы топливной и двигательной системы. Эти параметры могут меняться в зависимости от конкретной системы, и могут включать такие величины, как текущую частоту вращения двигателя, потребность двигателя в топливе, наддув, задаваемый водителем крутящий момент, температуру двигателя, воздушный заряд, конечное условие, процент целевого давления в топливной рейке и т.п. Затем, на шаге 802 двигатель может быть приведен в состояние стабилизированного холостого хода, при котором непосредственный впрыск топлива в двигатель не требуется и не осуществляется. Это состояние может включать в себя подачу топлива в двигатель только путем впрыска во впускной канал для поддержания частоты вращения холостого хода. Более того, данное состояние стабилизированного холостого хода, соответствующее шагу 802, может присутствовать во всех последующих шагах, так что, если режим холостого хода прекращают, то и алгоритм 800 также может прекратить свою работу. На шаге 803 алгоритм производит выбор ОПР, которая будет задана позднее на одном из шагов. Данная ОПР является целевой ОПР для насоса ВД и может быть выбрана исходя из оценки параметров работы. Далее, на шаге 804, например, посредством контроллера 12 может быть произведено оценивание целевого давления в топливной рейке, при этом данное целевое давление в топливной рейке может быть названо прогнозируемым давлением в топливной рейке, о чем говорилось ранее. В основе оценки давления в топливной рейке может лежать ОПР, выбранная на шаге 803, при этом контроллер может содержать данные предыдущей работы насоса ВД и/или данные теста, которые показывают, какое давление в топливной рейке можно ожидать от определенного приращения ОПР. Данные предыдущих тестов и ожидаемые величины могут храниться в контроллере в таблице соответствия в виде функции ОПР.
На шаге 805 может быть задана ОПР большей величины, чем целевая ОПР, выбранная на шаге 803 и поддерживать ее на постоянном уровне, инициируя тем самым вышеупомянутое регулирование с обратной связью. В данное время, благодаря увеличенной ОПР, давление в топливной рейке может отреагировать и увеличиться соответственным образом. Затем, на шаге 806 производят проверку, достигло ли давление в топливной рейке определенной доли целевого давления в топливной рейке. Если НЕТ, то может быть повторен шаг 805, на котором увеличенную ОПР удерживают постоянной, и одновременно растет давление в топливной рейке. Согласно другому варианту осуществления, при повторении шага 805 может быть задана ОПР более высокая, чем предыдущая ОПР. Напротив, если на шаге 806 получен ответ ДА, тогда на шаге 807 может быть задана целевая ОПР, выбранная на шаге 803, причем данная целевая ОПР меньше упомянутой увеличенной ОПР. На шаге 807 давление в топливной рейке может продолжать возрастать, хотя и не с такой скоростью, как на шаге 805.
Затем, на шаге 808 могут производить проверку, достигло ли давление в топливной рейке результирующей величины или установившегося значения, когда давление в топливной рейке практически не изменяется. Если НЕТ, то шаг 807 может быть повторен, при этом целевую ОПР поддерживают постоянной, а давление в топливной рейке растет. Напротив, если получен ответ ДА, то на шаге 809 могут быть зарегистрированы результирующее давление в топливной рейке и целевая ОПР. Затем, на шаге 810 производят проверку, выполнены ли конечные условия для перехода к следующему шагу. Конечным условием может быть минимальное количество собранных данных, при этом каждая экспериментальная точка содержит значение ОПР и значение давления в топливной рейке. В ином варианте конечным условием может быть минимальное количество затраченного времени для сбора данных и достижения верхнего порога величины ОПР. Прежде чем указанные конечные условия будут выполнены, производят повторное выполнение нескольких шагов, как показано на фиг. 8, чтобы собрать больше данных, при этом при каждом повторе производят постоянное увеличение задаваемых целевых величин ОПР. Например, во время второго выполнения процедуры в соответствии с шагом 810 выбираемая на шаге 803 ОПР была бы больше, чем предыдущая целевая ОПР. Это можно видеть графически, например, как разницу между ОПР 725 и 727 на фиг. 7. При таком способе процесс оценивания целевой величины давления в топливной рейке, когда выполняются процедуры регулирования с обратной связью и без обратной связи на шагах 803-809, можно выполнять повторно, ступенчато увеличивая ОПР насоса ВД. Наконец, как только будут выполнены конечные условия, собранные данные на шаге 811 могут быть представлены в виде графика функции нулевого расхода, где горизонтальная ось представляет ОПР, а вертикальная ось представляет давление в топливной рейке. Следует отметить, что сбор большего числа экспериментальных точек на шагах 803-809 может увеличить точность кривой, построенной по тем экспериментальным точкам, которые используют на шаге 811.
Итак, процедура регулирования с обратной связью осуществляет ступенчатое приращение величины ОПР насоса ВД, используя обратную связь по реагирующему давлению в топливной рейке. В отличие от этого, процедура регулирования без обратной связи поддерживает фиксированную величину ОПР насоса ВД, не пользуясь сигналом обратной связи по реагирующему давлению в топливной рейке. Другими словами, процедура регулирования без обратной связи может работать независимо от сигналов обратной связи по давлению в топливной рейке, которые предусмотрены для регулирования с обратной связью. Благодаря чередованию этих двух процедур регулирования, можно получить более быстрый отклик давления в топливной рейке, что может привести к ускорению тестов смазки без подачи топлива. Процедура, такая как процедура 600, может оценивать целевое давление в топливной рейке путем анализа данных ОПР и давления в топливной рейке от предыдущей работы насоса ВД. Например, данные приращения ОПР и ответного увеличения давления в топливной рейке могут быть сохранены в контроллере 12, где может быть проведено сравнение этих данных с текущим тестом, чтобы сделать прогноз (оценку) целевого давления в топливной рейке, которое получится после определенного увеличения ОПР. Чтобы увеличить количество данных нулевого расхода, процессы, участвующие в быстром СБПТ-тесте 700, такие как оценивание целевой величины давления в топливной рейке, и выполнение процедур регулирования с обратной связью и без обратной связи, могут быть повторены при одновременном ступенчатом увеличении ОПР насоса ВД, чтобы получить постоянно растущие кривые 701 и 702 согласно фиг. 7. Следует отметить, что как процедура регулирования без обратной связи, так и процедура регулирования с обратной связью могут быть выполнены посредством вычислительного устройства, такого как контроллер 12, содержащего считываемые компьютером инструкции, хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве.
Таким образом, за счет встраивания быстрого СБПТ-теста в том виде, как он был раннее рассмотрен, можно получать данные нулевого расхода быстрее, чем при других тестах, таких как медленный СБПТ-тест. В сущности, быстрый СБПТ-тест можно выполнять чаще, чем медленный СБПТ-тест, поскольку быстрый СБПТ-тест можно выполнять при кратковременных ситуациях, когда двигатель работает на холостом ходу, и когда не требуется непосредственный впрыск топлива. Кроме того, поскольку больший объем данных нулевого расхода может быть получен за более короткое время, чем при других способах, быстрый СБПТ-тест может дать возможность более точно контролировать процесс смазки насоса ВД без подачи топлива в двигатель.
Следует отметить, что включенные в описание алгоритмы управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Рассмотренные выше конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные действия, операции или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, записываемый в постоянное запоминающее устройство считываемой среды хранения данных компьютера в системе управления двигателем.
Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и/или алгоритмы по сути являются примерами, и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к «одному» элементу или «первому» элементу, или эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.