СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА
METHOD AND SYSTEM FOR CENTRICAL FUEL INJECTION

Область техники, к которой относится изобретение:
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для регулировки подачи топлива во впускной коллектор двигателя.
Уровень техники / Раскрытие изобретения:
Двигатели внутреннего сгорания могут включать в себя системы центрального впрыска топлива (ЦВТ), которые подают топливо во впускной коллектор двигателя. Когда топливо подают в воздухозаборник двигателя, тепло передается от впускного воздуха и/или компонентов двигателя к топливу, и эта теплопередача приводит к распылению доли топлива, что приводит к охлаждению компонентов двигателя. При впрыске топлива во впускной воздух (например, во впускном коллекторе, портах и т.д.) снижается как температура впускного воздуха, так и температура сгорания в цилиндрах двигателя. Благодаря охлаждению заряда впускного воздуха можно уменьшить склонность к детонации. Это также может привести к увеличению коэффициента сжатия, смещению в сторону опережения момента зажигания и снижению температуры отработавших газов. Кроме того, снижение температуры горения при впрыске топлива может привести к снижению выбросов оксидов азота, а более эффективная топливная смесь может привести к снижению выбросов моноксида углерода и углеводородов. В дополнение к ЦВТ, топливо могут подавать во впускные тракты посредством инжекторов распределенного впрыска и/или непосредственно в цилиндры посредством инжекторов непосредственного впрыска.
Пример системы двигателя с множеством топливных инжекторов показан Brehob и др. в US 7,426,918. В различных местоположениях инжекторов могут проявляться различные эффекты испарения топлива, а также эффекты скопления топлива. Соответственно, были разработаны различные подходы для регулировки графика подачи топлива в системах двигателя, имеющих топливные инжекторы в различных местоположениях. В одном примере подхода, показанном Kirwan и др. в US 6,176,222, график подачи топлива каждого топливного инжектора упреждающе регулируют на основе прогнозируемой летучести топлива, эффектов испарения топлива и ожидаемой динамики скопления топлива. Прогнозирование подачи топлива в коллектор основано на условиях коллектора, таких, как температура заряда в коллекторе, давление воздуха в коллекторе и частота вращения двигателя.
Однако, авторы настоящего изобретения распознали потенциальные проблемы, связанные с подобными системами. В одном примере может возникать разность между прогнозируемой величиной распыления топлива и динамикой скопления, и фактической величиной распыления топлива и соответствующей динамикой скопления после подачи топлива, в связи с переменчивыми условиями двигателя. В дополнение, скопления топлива во впускном коллекторе после подачи топлива в коллектор могут влиять на скопления топлива в портах, образующиеся во впускном порту. Кроме того, существующее скопление топлива в коллекторе может изменить прогнозируемое количество испарившегося топлива. В результате этого количество подаваемого топлива на основе прогнозирования может быть недостаточным для обеспечения требуемого уровня охлаждения и для эффективного сгорания. Неточная подача топлива может привести к увеличенной склонности к детонации и необходимости в большем, чем предполагалось, использовании задержки зажигания, что, в свою очередь, может вызвать увеличение потребления топлива. Кроме того, на основе условий коллектора, таких, как на основе того, как много топлива из существующего скопления топлива в коллекторе испарилось в коллекторе, может изменяться эффект охлаждения заряда от впрыска топлива в коллектор. Если ожидаемое охлаждение заряда не обеспечивается, впрыск топлива в коллектор может оказаться бесполезным.
Авторы настоящего изобретения определили подход, благодаря которому вышеописанные проблемы могут быть по меньшей мере частично разрешены. Один пример способа содержит шаги, на которых: регулируют отношение топлива, подаваемого в двигатель посредством впрыска в коллектор, к топливу, подаваемому посредством распределенного впрыска и/или непосредственного впрыска, на основе прогнозируемого эффекта охлаждения заряда от впрыска в коллектор, причем эффект охлаждения заряда прогнозируют на основе каждого из следующего: концентрация топливного пара во впускном коллекторе, температура поверхности коллектора, на которую впрыскивают топливо в коллектор, и температура заряда воздуха. Таким образом, график подачи топлива могут регулировать на основе прогнозируемого охлаждения заряда, включая обратную связь от датчика температуры воздуха в коллекторе (ТВК), что позволяет более достоверно учитывать динамику скопления топлива.
В качестве примера, на основе условий работы двигателя, контроллер двигателя может определять начальный профиль впрыска топлива, включая количество топлива для подачи посредством впрыска топлива в коллектор (например, посредством центрального топливного инжектора впрыска в коллектор или ЦВТ), и оставшееся количество топлива для подачи посредством одного или более из распределенного впрыска топлива и непосредственного впрыска топлива. Поскольку топливо, впрыскиваемое посредством ЦВТ, распыляется во впускном коллекторе, впускной коллектор может охлаждаться, что создает эффект охлаждения заряда. Контроллер может прогнозировать эффект охлаждения заряда от предстоящего события впрыска топлива на основе температуры поверхности коллектора, на которую топливо впрыскивают посредством ЦВТ, и, кроме того, на основе концентрации топливного пара во впускном коллекторе (включая топливо, испарившееся из скопления топлива в коллекторе). В одном примере, эффект охлаждения заряда могут прогнозировать на основе измеренного эффекта охлаждения заряда от непосредственно предыдущего впрыска топлива в коллектор. Например, на основе изменения температуры коллектора до и после непосредственно предыдущего впрыска топлива в коллектор, в соответствии с измерением от датчика температуры заряда в коллекторе, контроллер может оценивать отношение количества испарившегося топлива к отношению количества конденсированного в коллекторе топлива, и, кроме того, оценивать изменение температуры поверхности коллектора. Контроллер также может соответственно обновлять динамику скопления топлива для скопления топлива в коллекторе. Если прогнозируемый эффект охлаждения заряда больше, чем пороговая величина, то контроллер может подавать топливо в двигатель в соответствии с определенным профилем впрыска топлива. Опционально, количество подаваемого топлива в коллектор могут обновлять с использованием поправочного коэффициента на основе охлаждения заряда, выясненного во время предыдущего впрыска в коллектор, и с поправочным коэффициентом на скопление на основе изменения в размере скопления, выясненного во время предыдущего впрыска в коллектор. Однако, если прогнозируемый эффект охлаждения заряда меньше, чем пороговая величина, то в ожидании недостаточного охлаждения заряда в коллекторе профиль впрыска топлива могут обновлять для уменьшения количества подаваемого в коллектор топлива. В одном примере, величину непосредственного впрыска топлива могут соответственно увеличивать для того, чтобы обеспечивать эффект охлаждения заряда в цилиндре.
Таким образом, посредством регулировки впрыска топлива в коллектор на основе прогнозируемого эффекта охлаждения заряда от впрыска могут лучше использоваться преимущества впрыска топлива в коллектор. Посредством измерения изменения температуры коллектора после впрыска топлива в коллектор, могут точно оценивать отношение количества распыленного топлива к количеству оставшегося в жидком состоянии топлива после впрыска в коллектор. Это позволяет точно определить размер и динамику скопления топлива в коллекторе, образующегося после каждого впрыска. Технический эффект точного оценивания количества распыленного топлива, количества конденсированного топлива и соответствующей динамики скопления заключен в том, что последующий график подачи топлива могут эффективно регулировать для обеспечения требуемого уровня охлаждения коллектора. Посредством обеспечения охлаждения коллектора могут улучшаться производительность двигателя и топливная экономичность.
Следует понимать, что приведенное выше раскрытие изобретения приводится в упрощенном виде в виде набора концепций, которые подробно раскрыты в осуществлении изобретения. Оно не предназначено для обозначения ключевых или основных существенных особенностей заявленного объекта изобретения, объем и содержание которого однозначно определяется формулой изобретения, которая следует после осуществления изобретения. Кроме того, заявленный объект не ограничивается осуществлениями, которые устраняют любые недостатки, указанные выше или в какой-либо части настоящего раскрытия.
Краткое описание графических материалов:
На ФИГ. 1 показан пример варианта осуществления системы двигателя, выполненной с возможностями впрыска в коллектор, непосредственного впрыска топлива и распределенного впрыска топлива.
На ФИГ. 2 показан пример схемы зависимости преимуществ впрыска топлива в коллектор от участков диапазона частоты вращения-нагрузки двигателя.
На ФИГ. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая пример способа для регулировки графика впрыска топлива на основе прогнозируемого эффекта охлаждения заряда от впрыска топлива в коллектор.
На ФИГ. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая пример способа для регулировки графика впрыска топлива на основе обратных данных от датчика температуры заряда в коллекторе.
На ФИГ. 5 показан пример графика, иллюстрирующего охлаждение заряда воздуха после впрыска топлива в коллектор.
На ФИГ. 6 показан пример графика, иллюстрирующего изменение давления насыщения пара при впрыске топлива в коллектор.
На ФИГ. 7 показан пример графика, иллюстрирующего изменение процента насыщения топлива при впрыске топлива в коллектор.
На ФИГ. 8 показан пример регулировок графика впрыска топлива, включая количество впрыскиваемого топлива в коллектор на основе эффекта охлаждения заряда.
Осуществление изобретения:
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для прогнозирования эффекта охлаждения заряда от запланированного впрыска топлива в коллектор, оценивания обновлений динамики скопления топлива в коллекторе и регулировки графика подачи топлива на основе обратной связи от датчика температуры заряда в коллекторе. Системы и способы применимы к системе двигателя, имеющей возможности впрыска в коллектор, непосредственного впрыска топлива и распределенного впрыска топлива, такой, как система по ФИГ. 1. Контроллер двигателя может ссылаться на схему, такую, как пример схемы по ФИГ. 2, для определения участков работы двигателя, где впрыск топлива в коллектор может быть использован для улучшения эффективности двигателя. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью исполнения алгоритма управления, такого, как пример алгоритма по ФИГ. 3, для прогнозирования эффекта охлаждения заряда от профиля впрыска топлива, включая количество топлива для впрыска в коллектор, и регулировки профиля впрыска топлива, если прогнозированный эффект охлаждения заряда недостаточен. Контроллер двигателя также может быть выполнен с возможностью регулировки графика подачи топлива на основе динамики скопления топлива в коллекторе и температуры заряда в коллекторе, как показано на примере алгоритма по ФИГ. 4. На ФИГ. 5-7 показано, как впрыск топлива в коллектор могут использовать для эффективного использования изменений в температуре заряда, давлении насыщения пара и проценте насыщения топлива. На ФИГ. 8 показан пример регулировки графика подачи топлива. Таким образом, преимущества впрыска топлива в коллектор могут быть расширены.
На ФИГ. 1 показан вариант осуществления системы двигателя 100 в автомобильном транспортном средстве 102, проиллюстрированный схематично. В изображенном варианте осуществления, двигатель 10 является двигателем с наддувом, соединенным с турбонагнетателем 13, включающим в себя компрессор 14, приводимый в действие турбиной 16. В частности, свежий воздух поступает по впускному каналу 142 в двигатель 10 через воздухоочиститель 11 и протекает к компрессору 14. Компрессор может быть подходящим компрессором всасываемого воздуха, таким, как компрессор с приводом от мотора или компрессор нагнетателя с приводом от ведущего вала. В системе 100 двигателя компрессор показан в качестве компрессора турбонагнетателя, механически соединенного с турбиной 16 посредством вала 19, причем турбина 16 приводится в действие расширением отработавших газов двигателя. В одном варианте осуществления, компрессор и турбина могут быть соединены в рамках турбонагнетателя с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может являться турбонагнетателем с изменяемой геометрией (ТИГ), в котором геометрия турбины активно изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя и других условий работы.
Как показано на ФИГ. 1, компрессор 14 соединен через охладитель 18 заряда воздуха (ОЗВ) к дроссельному клапану 20 (например, впускному дросселю). Например, ОЗВ может являться теплообменником типа воздух-воздух или воздух-хладагент. Дроссельный клапан 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. Из компрессора 14 горячий сжатый заряд воздуха попадает на вход в ОЗВ 18, охлаждается по мере прохождения через ОЗВ и затем выходит через дроссельный клапан 20 к впускному коллектору 22. В варианте осуществления, изображенном на ФИГ. 1, давление заряда воздуха в пределах впускного коллектора измеряется датчиком 24 давления воздуха в коллекторе (ДВК), а давление наддува измеряется датчиком 124 давления наддува. Перепускной клапан компрессора (не показан) может быть последовательно соединен между входом и выходом компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может быть нормально закрытым клапаном, выполненным с возможностью открытия при выбранных условиях работы для уменьшения избыточного давления наддува. Например, перепускной клапан компрессора могут открывать во время условий уменьшения частоты вращения двигателя для предотвращения помпажа компрессора.
Впускной коллектор 22 соединен последовательно с камерами сгорания или цилиндрами 180 через последовательные впускные клапаны (не показаны) и впускные тракты 185 (например, впускные порты). Как показано на ФИГ. 1, впускной коллектор 22 расположен выше по потоку от всех камер сгорания 180 двигателя 10. Датчики, такие, как датчик 23 температуры воздуха в коллекторе (ТВК) и датчик 125 температуры заряда воздуха (ТЗВ) могут присутствовать для определения температуры впускного воздуха в соответствующих местах во впускном канале. В некоторых примерах, датчики ТВК и ТЗВ могут быть термистрами, и выходные данные термистров могут использовать для определение температуры всасываемого воздуха в канале 142. Датчик 23 ТВК может быть расположен между дросселем 20 и впускными клапанами камер 180 сгорания. Датчик 125 ТЗВ может быть расположен выше по потоку от ОЗВ 18, как показано в альтернативных вариантах осуществления, однако, датчик 125 ТЗВ может быть расположен выше по потоку от компрессора 14. Температура воздуха может быть дополнительно использована в сочетании с температурой хладагента двигателя для расчета, например, количества топлива, подаваемого в двигатель. Каждая камера сгорания может дополнительно включать в себя датчик 183 детонации. Камеры сгорания дополнительно соединены с выпускным коллектором 136 посредством последовательных выхлопных клапанов (не показаны).
Система 100 двигателя соединена с системой 60 топлива. Система 60 топлива включает в себя топливный бак 63, соединенный с топливным насосом 62, причем топливный бак подает топливо к двигателю 10, который приводит в движение транспортное средство. Во время события заправки топливного бака топливо могут перекачивать в транспортное средство из внешнего источника через заправочный порт 65. Топливный бак 63 может содержать множество смесей топлива, включая топливо в некотором диапазоне концентраций спирта, такие, как различные смеси бензина и этанола, включая Е10, Е85, бензин и т.д., а также комбинации перечисленного. Датчик 67 уровня топлива, расположенный в топливном баке 63, может обеспечивать индикацию уровня топлива ("Уровень топлива на входе") к контроллеру 12. Как изображено, датчик 67 уровня топлива может содержать поплавок, подключенный к переменному резистору. Альтернативно, могут использоваться другие типы датчиков уровня топлива. Топливный насос 221 выполнен с возможностью увеличения давления топлива, подаваемого ко множествам инжекторов двигателя 10, таких, как примеры инжекторов 46-48.
Камеры 180 сгорания ограничены головкой 182 цилиндра и соединены с первым топливным инжектором 47 непосредственного впрыска (НВ), который впрыскивает топливо непосредственно в одну или более камеру 180 сгорания. Второй топливный инжектор 48 распределенного впрыска топлива (РВТ) расположен во впускных трактах для впрыска топлива непосредственно на впускной клапан. В одном примере, инжектор 48 может быть направлен к впускному клапану цилиндра, к которому прикреплен впускной тракт, что приводит к впрыску топлива в том же направлении, что и направление воздушного потока в цилиндр. В другом варианте осуществления, инжектор 48 могут направлять обратно от впускного клапана и могут располагать для впрыска топлива в сторону, противоположную направлению потока впускного воздуха через впускной тракт. Хотя на ФИГ. 1 показан исключительно один инжектор 47 и 48, каждая камера 180 сгорания и впускной тракт 185 могут включать в себя свой собственный инжектор. Третий топливный инжектор 46 центрального впрыска топлива (ЦВТ), в настоящем документе также упоминающийся, как топливный инжектор впрыска в коллектор, может быть соединен с впускным коллектором 22 двигателя ниже по потоку от дросселя 20 для впрыска топлива непосредственно во впускной коллектор. Например, топливный инжектор 46 впрыска топлива в коллектор может впрыскивать топливо на поверхность впускного коллектора.
В вариантах осуществления, которые включают в себя несколько топливных инжекторов, канал 61 подачи топлива может содержать один или более клапанов для выбора между разными топливными инжекторами. Например, как показано на ФИГ. 1, топливо, хранящееся в топливном баке 63, подают к топливным инжекторам 46-48 посредством общего канала 61 подачи топлива, который проходит к топливным каналам 92, 94 и 96. В изображенном варианте осуществление топливо из топливного канала 61 могут подавать через один или более клапан 93 и канал 92 для подачи топлива к инжектору 46 ЦВТ, через клапан 95 и клапан 94 для подачи топлива к инжектору 48 РВТ и/или через клапан 97 и канал 96 для подачи топлива к инжектору 47 НВ.
Когда топливо впрыскивают в воздухозаборник двигателя, тепло передается от впускного воздуха и/или компонентов двигателя к топливу, и эта теплопередача приводит к распылению доли топлива, что приводит к охлаждению компонентов двигателя. Такой же эффект возникает, когда топливо непосредственно впрыскивают в цилиндр, причем тепло вытягивается от заряда цилиндра, стенок цилиндра и поверхности цилиндра. На основе условий работы двигателя, требований в разбавлении в двигателе и требований охлаждения двигателя топливо могут впрыскивать через одно или более из НВ, РВТ и ЦВТ. На основе разделения топлива между инжекторами (количества топлива, подаваемого посредством каждого инжектора), клапаны 93, 95 и 97 могут регулироваться для направления топлива через одну или более из топливных линий 92, 94 и 96. В одном примере, в ответ на более высокие требования к охлаждению впускного коллектора, большую долю общего впрыска топлива могут подавать посредством инжектора 46 ЦВТ и оставшуюся долю общего топлива могут подавать посредством одного или более из инжекторов 48 РВТ и 47 НВ. Более высокий объем топлива могут подавать посредством инжектора 46 ЦВТ за счет увеличения открытия клапана 93, в то же время соответствующе уменьшая открытие клапанов 95 (для обеспечения меньшего объема подаваемого РВТ топлива) и/или клапана 97 (для обеспечения меньшего объема подаваемого НВ топлива).
На основе условий коллектора в момент впрыска в коллектор, доля впрыснутого в коллектор топлива может испаряться, в то время как оставшийся объем впрыснутого в коллектор топлива может конденсироваться в коллекторе, образуя скопление топлива во впускном коллекторе. Размер скопления топлива может динамично изменяться, когда изменяются условия работы двигателя и условия впрыска в коллектор от события впрыска к событию впрыска. Например, во время условий более высокой нагрузки двигателя, где через коллектор протекает больший поток воздуха, а также в условиях, когда температура поверхности коллектора и/или окружающая температура больше, может происходить уменьшение в размере скопления в связи с большим испарением топлива из скопления топлива. В качестве другого примера, во время условий более низкой нагрузки двигателя, где через коллектор протекает меньший поток воздуха, а также в условиях, когда температура поверхности коллектора и/или окружающая температура ниже, может происходить увеличение в размере скопления в связи с меньшим испарением топлива из скопления топлива. Кроме того, размер скопления топлива может изменяться в связи с утечкой топлива из инжектора впрыска в коллектор, а также неправильному выпуску топлива из инжектора впрыска в коллектор и т.д. Поскольку эффект охлаждения заряда от впрыска в коллектор реализуется в силу быстрого распыления впрыскиваемого топлива, контроллер двигателя может узнать эффект охлаждения, производимый при данном событии впрыска в коллектор на основе изменения температуры заряда в коллекторе после впрыска в коллектор. В одном примере, температуру заряда в коллекторе, определяемую посредством датчика 23 ТВК до впрыска топлива посредством ЦВТ 46, могут сравнивать с температурой заряда в коллекторе, определяемой посредством датчика 23 ТВК после впрыска топлива посредством ЦВТ 46. Фактически реализуемый эффект охлаждения заряда могут затем определить в качестве функции разности между измеренными температурами заряда в коллекторе. Это может соответствовать доли впрыснутого в коллектор топлива, которое испарилось. Посредством сравнения испарившейся доли общего количества подаваемого в коллектор топлива можно вычислить количество впрыснутого в коллектор топлива, которое конденсировалось в коллекторе. Динамика и оценки скопления топлива в коллекторе затем могут быть обновлены на основе полученной доли конденсированного топлива. Например, поправочный коэффициент на скопление топлива могут обновлять на основе количества топлива, впрыснутого в коллектор, которое не испарилось (и поэтому вносит вклад в скопление топлива). В дополнение, поскольку количество топлива, которое испарилось из скопления топлива, изменяется в качестве функции концентрации топливного пара в коллекторе, поправочный коэффициент на скопление топлива также могут обновить на основе количества впрыснутого в коллектор топлива, которое испарилось. Эффект охлаждения заряда также могут использовать для обновления поправочного коэффициента на охлаждение заряда.
Последующие впрыски топлива в коллектор затем могут обновлять, используя как поправочный коэффициент на скопление топлива, так и поправочный коэффициент на охлаждение заряда. Кроме того, эффект охлаждения заряда и динамика скопления текущего впрыска топлива в коллектор могут использоваться для прогнозирования эффекта охлаждения заряда от последующего впрыска топлива в коллектор. Как рассматривается на ФИГ. 3, контроллер может определять начальный профиль впрыска топлива, включающий в себя количество впрыскиваемого в коллектор топлива, а затем прогнозировать эффект охлаждения заряда для впрыска. Если прогнозируется недостаточное охлаждение заряда, то начальный профиль впрыска топлива могут регулировать для уменьшения количества подаваемого в коллектор топлива.
Камера 180 сгорания также может всасывать в себя воду и/или водяной пар, который могут впрыскивать в воздухозаборник двигателя или камеры 180 сгорания самостоятельно или посредством одного или более инжекторов впрыска воды. В изображенном варианте осуществления, система впрыска воды выполнена с возможностью впрыска воды выше по потоку от дросселя 20 посредством инжектора 45 впрыска воды. В альтернативном варианте осуществления, инжекторы впрыска воды могут быть установлены ниже по потоку от дросселя, во впускных трактах (например, портах) и непосредственном в одной или более камерах сгорания. В качестве примера, каждая камера 180 сгорания и каждый впускной тракт 185 может включать в себя свой собственный инжектор. Воду могут подавать к каждому инжектору из водяного бака 82 посредством водяной линии 90.
В изображенном варианте осуществления показан один выпускной коллектор 136. Однако, в других вариантах осуществления выпускной коллектор может включать в себя множество секций выпускного коллектора. Конфигурации, имеющие множество секций выпускного коллектора, могут позволить направлять стоки от различных камер сгорания к различным местам в системе двигателя. Универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ) показан соединенным с выпускным коллектором 136 выше по потоку от турбины 16. Альтернативно, датчик 126 содержания кислорода в отработавших газов УДКОГ может быть заменен датчиком содержания кислорода с двумя состояниями.
Как показано на ФИГ. 1, отработавшие газы от одной или нескольких секций выпускного коллектора направляются к турбине 16 для работы турбины. Когда требуется уменьшенный крутящий момент турбины, то некоторые отработавшие газы могут быть направлены вместо этого через перепускную заслонку (не показана), пропуская турбину. Комбинированный поток от турбины и перепускной заслонки затем протекает через одно или более устройств 70 снижения токсичности отработавших газов. Одно или более устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может включать в себя один или более каталитический нейтрализатор последующей обработки отработавших газов, выполненный с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и уменьшения количества одного или более веществ в потоке отработавших газов, таких, как ловушка оксидов азота, окислительные каталитические нейтрализаторы, восстановительные каталитические нейтрализаторы и т.д.
Все или часть обработанных отработавших газов из устройства 70 снижения токсичности отработавших газов могут выпускаться в атмосферу через выпускной трубопровод 35. Однако, в зависимости от условий работы, вместо этого некоторые отработавшие газы могут отводить к каналу 151 рециркуляции отработавших газов (РОГ) через охладитель 50 РОГ и клапан 152 РОГ ко входу в компрессор 14. Таким образом, компрессор выполнен так, чтобы допускать отвод отработавших газов из места ниже по потоку от турбины 16. Клапан 152 РОГ могут открывать, чтобы допускать протекание контролируемого количества охлажденных отработавших газов ко входу компрессора для требуемого сгорания и контроля за снижением выбросов. Таким образом, система 100 двигателя выполнена с возможностью обеспечения внешней РОГ низкого давления (НД). Вращение компрессора в дополнение к относительно длинному каналу протока РОГ НД в системе 100 двигателя обеспечивает отличную гомогенизацию отработавших газов в заряде впускного воздуха. Кроме того, расположение отбора РОГ и точек смешивания обеспечивает эффективное охлаждение отработавших газов для увеличенной доступности массы РОГ и увеличенной эффективности. В других вариантах осуществления, система РОГ может являться системой РОГ высокого давления с каналом 151 РОГ, соединяющимся из места ниже по потоку от турбины 16 к месту выше по потоку от компрессора 14. В некоторых вариантах осуществления, датчик 23 ТВК может быть расположен для определения температуры заряда в коллекторе, и воздух и отработавшие газы могут рециркулировать через канал 151 РОГ.
На ФИГ. 1 дополнительно показана система 28 управления. Система 28 управления может быть взаимосвязана с различными компонентами системы 100 двигателя для исполнения алгоритмов управления и действий, раскрытых в настоящем документе. Например, как показано на ФИГ. 1, система 28 управления может включать в себя электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может быть микрокомпьютером, включающим в себя микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и значений калибровки, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память и шину данных. Как изображено, контроллер 12 может получать входные данные от множества датчиков 30, которые могут включать в себя входные данные пользователя и/или датчиков (таких, как положение передачи трансмиссии, входные данные педали газа (например, положение педали), входные данные тормоза, выбор положения трансмиссии, скорость транспортного средства, частота вращения двигателя, массовый расход воздуха через двигатель, давление наддува, окружающая температура, окружающая влажность, температура всасываемого воздуха, частота вращения вентилятора и т.д), датчики системы охлаждения (такие, как датчик ТХД, частоты вращения вентилятора, температуры пассажирского салона, окружающей влажности, и т.д), датчики впускного коллектора, такие, как датчик 23 ТВК, датчик 24 ДВК, датчики 18 ОЗВ, такие, как температуры воздуха на входе ОЗВ, датчик ТЗВ 125 и давления, температуры воздуха на выходе ОЗВ и давления, и т.д, датчики 183 детонации для определения воспламенения конечных газов и/или распределения воды между цилиндрами, и др. Кроме того, контроллер 12 может сообщаться с различными исполнительными механизмами 32, которые могут включать в себя исполнительные механизмы двигателя, такие, как топливные инжекторы 46-48, электронно-управляемый дроссель 20 всасываемого воздуха, свечи 184 зажигания, инжектор 45 впрыска воды и т.д. В некоторых примерах, носитель информации может быть запрограммирован машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, выполняемые процессором для исполнения способов, раскрытых ниже, точно так же, как и других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечислены.
Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков по ФИГ. 1 и приводит в действие различные приводы по ФИГ. 1 для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера. В одном примере, на основе нагрузки двигателя, контроллер может отправлять сигнал длительности импульса к топливному инжектору 46 впрыска в коллектор на впрыск некоторого количества топлива во впускной коллектор. В качестве примера, на основе входных данных от датчика 23 ТВК, получаемых непосредственно до или после впрыска топлива посредством инжектора 46 коллектора, контроллер может оценивать долю подаваемого топлива, которое было распылено, относительно доли топлива, которое конденсировалось с образованием скопления топлива во впускном коллекторе. В другом примере, контроллер может оценивать температуру впускного коллектора на основе входных данных от датчика 23 ТВК, и в ответ на большие, чем пороговые, требования к охлаждению коллектора может посылать сигнал к исполнительным механизмам инжектора 45 для впрыска воды во впускной коллектор для обеспечения эффекта охлаждения заряда.
В некоторых примерах, транспортное средство 102 может быть гибридным транспортным средством с множеством источников крутящего момента, доступного для одного или более колес 55 транспортного средства. В других примерах, транспортное средство 102 является обычным транспортным средством только с двигателем, или электрическим транспортным средством только с электромашиной (электромашинами). В приведенном примере транспортное средство 102 включает в себя двигатель 10 и электромашину 52. Электромашина 52 может быть мотором или мотором/генератором. Двигатель 10 и электромашина 52 соединены посредством трансмиссии 54 с колесами 55 транспортного средства, когда запущена одна или более муфт 53. В изображенном примере, первая муфта 53 установлена между двигателем 10 и электромашиной 52, а вторая муфта 53 установлена между электромашиной 52 и трансмиссией 54. Контроллер 12 может посылать сигнал к исполнительному механизму каждой муфты 53 для запуска или отключения муфты, для того, чтобы соединять или отсоединять двигатель 10 от электромашины 52 и компонентов, соединенных с ним, и/или соединять или отсоединять электромашину 52 от трансмиссии 54 и компонентов, соединенных с ней. Трансмиссия 54 может быть коробкой передач, системой планетарной передачи или другим типом трансмиссии. Силовой агрегат может быть выполнен в различных вариантах, включая параллельное, последовательное или последовательно-параллельное гибридное транспортное средство. Электромашина 52 получает электроэнергию от тягового аккумулятора 58 для обеспечения крутящего момента к колесам 55 транспортного средства. Электромашина 52 также может работать в качестве генератора для обеспечения электроэнергии для заряда аккумулятора 58, например, во время процедуры торможения.
Таким образом, компоненты по ФИГ. 1 предусматривают систему двигателя, содержащую инжектор впрыска в коллектор для впрыска топлива во впускной коллектор; инжектор распределенного впрыска для впрыска топлива во впускной порт; инжектор непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в цилиндр двигателя; датчик температуры, соединенный с впускным коллектором, и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями для: после первого события впрыска топлива, включающего впрыск топлива в коллектор, обновления каждого из поправочного коэффициента на скопление топлива и поправочного коэффициента на охлаждение заряда на основе количества испарившегося топлива, причем количество испарившегося топлива основано на изменении температуры в коллекторе после впрыска топлива в коллектор; и во время второго события впрыска топлива, непосредственно после первого события впрыска топлива, оценки начального отношения впрыска топлива, включая впрыск топлива в коллектор и одно или более из распределенного впрыска и непосредственного впрыска топлива; прогнозирования эффекта охлаждения заряда от впрыска топлива в коллектор на основе каждого из следующего: концентрация топливного пара во впускном коллекторе и температура поверхности коллектора; и, если прогнозируемый эффект охлаждения заряда выше порога, обновления начального отношения впрыска топлива для увеличения впрыска топлива в коллектор в качестве функции каждого из поправочного коэффициента на скопление топлива и поправочного коэффициента на охлаждение заряда, и впрыска топлива согласно обновленному отношению впрыска топлива. Дополнительно или опционально, обновление может дополнительно включать в себя уменьшение одного или более из распределенного впрыска и непосредственного впрыска топлива на основе увеличения впрыска топлива в коллектор для поддержания воздушно-топливного отношения отработавших газов на уровне целевого отношения. Дополнительно или опционально, контроллер может включать в себя дополнительные инструкции для обновления начального отношения впрыска топлива для уменьшения впрыска топлива в коллектор, если прогнозируемый эффект охлаждения заряда ниже порога. Дополнительно или опционально, концентрацию топливного пара во впускном коллекторе могут оценивать на основе поправочного коэффициента на скопление топлива, причем температуру поверхности коллектора оценивают на основе поправочного коэффициента на охлаждение заряда, и причем прогнозируемый эффект охлаждения заряда увеличивают по мере уменьшения концентрации топливного пара во впускном коллекторе и увеличения температуры поверхности коллектора.
На ФИГ. 2 показан пример схемы 200 различных преимуществ впрыска топлива в коллектор посредством центрального впрыска топлива (ЦВТ) в различных участках диапазона работы двигателя. Ось X обозначает частоту вращения двигателя (Ne), а ось Y обозначает среднее эффективное тормозное давление (СЭТД), которое соответствует нагрузке двигателя.
На участках высокой нагрузки и низкой частоты вращения двигателя, обозначенными участком 202, впрыск топлива посредством ЦВТ обеспечивает преимущество выходного крутящего момента посредством увеличения объемной эффективности. В дополнение, сопротивление детонации увеличивается в связи с улучшением фазы сгорании (опережение на СА50). На участках высокой нагрузки и высокой частоты вращения двигателя, обозначенных участком 204, впрыск топлива посредством ЦВТ обеспечивает преимущество выходного крутящего момента в связи с увеличением опережения граничного момента зажигания (ГМЗ), а также увеличением опережения фазы сгорании (то есть, опережение на СА50). Это приводит к увеличению коэффициента крутящего момента. В дополнение, впрыск топлива уменьшает температуру на входе турбины, таким образом уменьшая потребность в обогащении топлива (для контроля детонации). На участках низкой нагрузки двигателя, обозначенных участком 206, впрыск топлива посредством ЦВТ улучшает тепловую эффективность посредством того, что конструкция двигателя может допускать более высокий объем сжатия.
В дополнение к упомянутым выше преимуществам определенных участков, при любом заданном выходном крутящем моменте, впрыск топлива во впускной коллектор посредством ЦВТ может снизить температуру впускного заряда, приводя к меньшему ДВК и улучшенной тепловой эффективности за счет лучшей фазы сгорания (большее опережение граничного зажигания). Улучшение в тепловой эффективности уменьшает требуемый поток воздуха. Поскольку частота вращения турбонагнетателя является функцией коэффициента передачи давления и расхода воздуха, уменьшение ДВК приводит к уменьшению массового расхода и, таким образом, частоты вращения турбонагнетателя, понижая коэффициент передачи давления на компрессоре. Низкий коэффициент передачи давления уменьшает температуру на выходе компрессора, увеличивая срок службы компрессора. Кроме того, более низкая температура на выходе компрессора уменьшает насосную работу двигателя (в связи с тем, что двигатель работает с более открытой перепускной заслонкой и требует меньше мощности турбины). В дополнение к детонации, каждое из частоты вращения турбонагнетателя, температуры на выходе компрессора, пикового давления в цилиндре и температуры на входе турбины могут ограничивать пиковую мощность двигателя с турбонаддувом. Следовательно, для заданного коэффициента передачи давления, посредством эффективного использования впрыска топлива, выходной крутящий момент становится выше.
Поэтому, схема по ФИГ. 2 раскрывает общие преимущества впрыска топлива посредством ЦВТ. Следует понимать, что различные преимущества впрыска топлива могут аналогично эффективно использоваться посредством регулировки места впрыска топлива. Например, впрыск топлива в коллектор может обеспечить преимущества разбавления при низкой нагрузке и преимущества охлаждения заряда при высокой нагрузке. В качестве другого примера, непосредственный впрыск топлива может обеспечивать преимущества охлаждения заряда при всех нагрузках. В качестве еще одного примера, распределенный впрыск топлива может обеспечивать преимущества охлаждения заряда в зависимости от направления впрыска топлива (например, к или от впускного клапана), а также момента впрыска по отношению к установке фаз впускного клапанного распределения (например, когда впускной клапан открыт или закрыт). Поэтому, аналогичные преимущества (как раскрыто в настоящем документе) могут быть достигнуты посредством своевременного впрыска воды в одно или более мест в двигателе, например впрыск воды в коллектор, непосредственный впрыск воды и распределенный впрыск воды. Однако, по сравнению с доступностью топлива (топливо всегда доступно для работы двигателя), вода не всегда доступна в системе двигателя. Таким образом, вышеупомянутые преимущества могут быть достигнуты посредством впрыска топлива посредством одного или более из ЦВТ, НВ и РВ.
На ФИГ. 3 показан пример способа 300, который могут применять для регулировки отношения количества топлива, подаваемого в двигатель посредством впрыска в коллектор, и количества топлива, подаваемого посредством распределенного и/или непосредственного впрыска на основе прогнозируемого эффекта охлаждения заряда от впрыска в коллектор. Инструкции для исполнения способа 300 и остальных способов, включенных в настоящий документ, могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, таких, как датчики, раскрытые выше со ссылкой на ФИГ. 1. Контроллер может приводить в действие исполнительные механизмы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя, согласно способам, раскрытым ниже.
На шаге 302 алгоритм включает в себя оценивание и/или измерение условий работы двигателя. Оцениваемые условия могут включать в себя, например, требование водителя, температуру двигателя, нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, температуру заряда в коллекторе, температуру отработавших газов, а также окружающие условия, включающие в себя температуру окружающей среды, давление, влажность, давление и потока воздуха в коллекторе, давление наддува, воздушно-топливное отношение отработавших газов, поток РОГ и т.д.
На шаге 304 может быть определен начальный график подачи топлива на основе условий работы двигателя. Например, на основе требуемого крутящего момента, требуемого разбавления в двигателе и требуемого охлаждения двигателя, а также график подачи топлива может быть определен тем, что соответствует требуемому крутящему моменту, в то же время соответствуя требуемому разбавлению в двигателе и требуемому охлаждению. График подачи топлива может быть дополнительно основан на временной истории компенсации топлива для цилиндров. На шаге 305, определение начальной подачи топлива включает в себя определение общего количества топлива для впрыска в двигатель для достижения требуемого крутящего момента. При увеличении требуемого крутящего момента, может увеличиваться общее количество топлива для впрыска. В одном примере, контроллер может использовать справочную таблицу для определения количества топлива для впрыска. В качестве данных ввода может использоваться множество условий работы двигателя, таких, как частота вращения двигателя, нагрузка двигателя и требуемый крутящий момент, а общее количество топлива для впрыска может быть выходными данными. В качестве другого примера, контроллер может сделать логическое определение касательно общего количества топлива для впрыска на основе логических правил, которые являются функцией частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя и требуемого крутящего момента. Общее количество топлива для впрыска может включать в себя топливо для впрыска посредством одного или более из инжектора непосредственного впрыска (такого, как инжектор 47 НВ по ФИГ. 1), инжектора распределенного впрыска (такого, как инжектор 48 РВТ по ФИГ. 1), и топливного инжектора центрального впрыска (такого, как инжектор 46 ЦВТ по ФИГ. 1). Контроллер может генерировать сигналы длительности импульса, которые могут отправлять к одному или более топливным инжекторам.
Определение начальной подачи топлива дополнительно включает в себя, на шаге 306, выбор одного или более мест впрыска топлива и соответствующих топливных инжекторов для впрыска по меньшей мере части общего топлива. Впрыск топлива в различные места обеспечивает определенные преимущества. Например, впрыск топлива в коллектор может обеспечивать охлаждение заряда во впускном коллекторе, когда топливо испаряется посредством поглощения тепла из впускного коллектора. В дополнение, впрыск топлива в коллектор может эффективно уменьшить насосные потери. В качестве другого примера, распределенный впрыск топлива может обеспечивать разбавление в двигателе, когда топливо подают на (и к) горячую поверхность закрытого впускного клапана. В этом примере быстрое испарение топлива может преимущественно использоваться для максимального эффекта разбавления заряда от впрыска топлива, в то же время минимизируя эффекты охлаждения заряда. В качестве другого примера, распределенный впрыск топлива может обеспечивать охлаждение заряда, когда топливо впрыскивают в сторону от открытого впускного клапана. В этом примере улучшенное смешивание впрыснутой воды с входящим потоком воздуха может преимущественно использоваться для максимизации эффекта охлаждения заряда от впрыска воды, в то же время минимизируя эффекты разбавления заряда. В качестве другого примера, непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя может обеспечивать дополнительное охлаждение заряда в цилиндре. Применяемые топливные инжекторы могут выбирать на основе требуемого охлаждения впускного коллектора, требуемого разбавления и требуемых охлаждения заряда по отношению друг к другу. В качестве примера, когда существует более высокое требования для охлаждения коллектора, большую часть общего количества топлива могут подавать в качестве впрыска в коллектор посредством ЦВТ. В другом примере, когда существует более высокое требование для охлаждения заряда, большую часть общего количества топлива могут подавать в качестве непосредственного впрыска посредством НВ. В другом примере, когда существует более высокое требование для разбавления заряда, большую часть общего количества топлива могут подавать в качестве распределенного впрыска посредством инжектора РВ. Два или более топливных инжектора (например, все топливные инжекторы) могут выбирать для одновременного впрыска части общего топлива в различные места в двигателе.
На шаге 307 определение начальной подачи топлива дополнительно включает в себя определение отношения разделения топлива, включающее в себя долю общего топлива, подаваемого посредством каждого из выбранных инжекторов. Отношение разделения может быть определено на основе условий работы двигателя, включающих в себя требование охлаждения заряда по отношению к требованию разбавления, как раскрыто выше. В дополнение, отношение разделения может быть основано на условиях температуры. Например, если температура впускного коллектора, оцениваемая посредством датчика температуры заряда в коллекторе, выше верхней пороговой температуры, может требоваться охлаждение коллектора и более высокую долю общего топлива могут впрыскивать в коллектор, в то время как оставшуюся долю топлива подают посредством распределенного и/или непосредственного впрыска. По сравнению с тем, когда температура коллектора ниже нижнего порога, охлаждение коллектора может больше не требоваться и впрыск топлива в коллектор могут прекращать. В другом примере, когда разбавление в двигателе выше, чем порог, более высокую долю топлива могут подавать посредством распределенного впрыска, в то время как оставшуюся долю топлива подают посредством впрыска топлива в коллектор и/или непосредственного впрыска.
Определение отношения разделения может также включать в себя определение числа впрысков топлива для подачи топлива. Например, каждое количество топлива из непосредственно впрыснутого, впрыснутого распределенным впрыском и впрыснутого в коллектор могут подавать в качестве одного впрыска (определенного количества) или множества впрысков (общее определенное количество). В качестве примера, непосредственно впрыснутое топливо может быть подано в виде одного впрыска впускного такта, одного впрыска такта сжатия, множества впрысков впускного такта, множества впрысков такта сжатия или комбинации впрысков впускного такта и такта сжатия. В одном примере, когда количество топлива для подачи посредством любого данного топливного инжектора превышает пороговое количество (такое, как порог на основе лимита длительности импульса инжектора), количество впрысков посредством данного инжектора могут увеличивать.
На основе отношения разделения, контроллер может определять сигнал управления, такой, как сигнал длительности импульса, для отправления каждому исполнительному механизму топливного инжектора, на основе условий работы двигателя. Контроллер может сделать логическое определение (например, касательно сигнала длительности импульса для отправления каждому топливному инжектору) на основе логических правил, которые являются функцией требуемого крутящего момента, требуемого разбавления в двигателе и требуемого охлаждения двигателя. Контроллер затем может посылать сигналы управления к исполнительным механизмам соответствующих топливных инжекторов. Контроллер также может определять момент впрыска топлива из каждого инжектора на основе указанных условий. В качестве примера, на основе того, используется ли распределенный впрыск для достижения требуемого разбавления в двигателе или требуемого охлаждения заряда, могут изменяться момент и направление впрыска топлива. Когда распределенный впрыск используется для эффективного использования преимуществ разбавления, топливо могут впрыскивать к закрытому впускному клапану (такому, как ВМТ такта отработавших газов) для того, чтобы незамедлительно испарять любое подаваемое топливо. По сравнению с тем, когда распределенный впрыск используется для эффективного использования преимуществ охлаждения, топливо могут подавать в сторону от открытого впускного клапана (например, около НМТ впускного такта), для того, чтобы увеличить смешивание впрыснутого топлива с входящим потоком воздуха. В качестве другого примера, сигнал управления, отправленный к исполнительному механизму инжектора непосредственного впрыска, могут регулировать на основе того, обеспечивается ли непосредственный впрыск в виде впрыска (впрысков) впускного такта, впрыска (впрысков) такта сжатия или комбинации перечисленного. Поэтому, топливо могут одновременно впрыскивать посредством двух или более инжекторов, или всех инжекторов. Следовательно, посредством множества инжекторов между впрысками топлива может быть промежуток времени.
На шаге 308 способ включает в себя получение измеренных/полученных данных температуры заряда в коллекторе (ТЗК) от предыдущего события подачи топлива в коллектор. В частности, может быть получено измеренное изменение температуры заряда в коллекторе, следующее непосредственно после предыдущего события впрыска топлива в коллектор. Измеренное изменение температуры заряда в коллекторе может включать в себя разность между выходными данными от датчика ТВК, полученными до непосредственно предыдущего впрыска топлива в коллектор и выходных данных от датчика ТВК, полученным после непосредственно предыдущего впрыска в коллектор. Датчик температуры заряда в коллекторе может быть расположен во впускном коллекторе ниже по потоку от топливного инжектора впрыска в коллектор.
На шаге 310 способ включает в себя оценку концентрации топливного пара во впускном коллекторе. Например, контроллер может оценивать долю впрыснутого в коллектор топлива, которое испарилось непосредственно после предыдущего впрыска топлива в коллектор, на основе измеренного изменения температуры коллектора. Контроллер может дополнительно оценивать долю впрыснутого в коллектор топлива, которое конденсировалось на поверхности коллектора на основе доли топлива, которое испарилось, по отношению к количеству топлива, подаваемого посредством впрыска топлива в коллектор. На основе количества испарившегося топлива и дополнительно на основе динамики скопления топлива в коллекторе, контроллер может оценивать количество топливного пара, присутствующего в коллекторе. Кроме того, концентрацию топливного пара во впускном коллекторе могут оценивать в качестве функции каждого из следующего: размер текущего скопления топлива во впускном коллекторе, увеличение скопления топлива во впускном коллекторе в связи с впрыском в коллектор, и уменьшение скопления топлива во впускном коллекторе в связи с испарением топлива.
На шаге 312 способ включает в себя оценивание температуры поверхности коллектора, на которую впрыскивают топливо в коллектор. Температура может оцениваться в качестве функции измеренной температуры заряда в коллекторе и дополнительно в качестве функции эффекта охлаждения заряда, обеспечиваемого предыдущим впрыском топлива в коллектор. Например, при уменьшении измеренной температуры заряда в коллекторе и/или при увеличении обеспечиваемого предыдущим впрыском топлива в коллектор эффекта охлаждения заряда (выводимого из количества испарившегося топлива), выводимая температура поверхности коллектора может уменьшаться.
Когда топливо подают во впускной коллектор посредством ЦВТ, часть топлива может не испаряться и, вместо этого, может конденсироваться на стенках впускного коллектора, способствуя образованию скопления топлива в коллекторе. Таким образом, общее количество впрыснутого в коллектор топлива может быть недоступно для сгорания в цилиндре. Кроме того, на основе факторов, таких, как состав топлива и условия работы двигателя, такие, как температура впускного коллектора, температура поверхности коллектора, окружающая влажность, доля топлива из скопления топлива могут испаряться, увеличивая топливный пар, доступный для сгорания. Кроме того, часть испарившегося топлива может конденсироваться, увеличивая объем скопления топлива. Таким образом, размер и характеристики скопления топлива могут динамически изменяться. Эти факторы могут повлиять на возможность следующего впрыска топлива в коллектор для обеспечения требуемого охлаждения заряда. Для компенсации этого эффекта могут определять один или более поправочных коэффициентов и применять их во время определения графиков последующих впрысков топлива. Например, поправочный коэффициент на охлаждение заряда могут получать для компенсации охлаждения заряда, в то время как поправочный коэффициент на скопление топлива могут получить для компенсации динамики скопления топлива. В некоторых примерах, контроллер может обновлять поправочный коэффициент на охлаждение заряда на основе оцененной доли испарившегося топлива, впрыснутого в коллектор, и обновлять поправочный коэффициент на скопление топлива на основе доли топлива, впрыснутого в коллектор, конденсированного на поверхности коллектора.
На шаге 314 способ включает в себя прогнозирование эффекта охлаждения заряда от запланированного впрыска топлива в коллектор (запланированного на шаге 304). Эффект охлаждения заряда могут прогнозировать на основе каждого из концентрации топливного пара во впускном коллекторе (по оценкам на шаге 310) и температуры поверхности коллектора, на которую впрыскивают топливо в коллектор (по оценкам на шаге 312). Прогнозируемый эффект охлаждения заряда может понижаться при увеличении концентрации топливного пара во впускном коллекторе и при уменьшении температуры поверхности коллектора (оба эти фактора снижают вероятность дальнейшего испарения топлива). Эффект охлаждения заряда могут дополнительно прогнозировать на основе измеренного изменения температуры заряда в коллекторе после непосредственно предыдущего впрыска топлива в коллектор.
Контроллер может вычислять показатель, обозначающий прогнозируемый эффект охлаждения заряда. В одном примере, показатель может включать в себя число градусов (по Цельсию), по котором прогнозируется падение температуры коллектора. В другом примере, показатель может включать в себя число градусов задержки искры, которое применят, если охлаждение заряда не будет обеспечено. В другом примере, показатель может включать в себя улучшение топливной экономичности, прогнозируемой для обеспечения при охлаждении заряда (например, при удельном расходе топлива на тормозном стенде (УРТТС)).
На шаге 316 может быть определено, выше ли прогнозируемый эффект охлаждения заряда, чем порог. Например, может быть определено, выше ли прогнозируемый эффект охлаждения заряда, чем требуемое охлаждение заряда. Иными словами, может быть определено, позволят ли условия коллектора впрыску топлива в коллектор фактически обеспечить требуемое охлаждение заряда (или любое количество охлаждения заряда). Контроллер затем может регулировать запланированное отношение топлива для подачи в двигатель посредством впрыска в коллектор и топлива, подаваемого посредством одного или более из распределенного и непосредственного впрыска, на основе прогнозируемого эффекта охлаждения заряда от впрыска в коллектор.
На шаге 318 регулировка включает в себя, в ответ на то, что прогнозируемый эффект охлаждения заряда ниже, чем порог, уменьшение отношения топлива, подаваемого в двигатель посредством впрыска в коллектор. В одном примере, уменьшение включает в себя отключение впрыска топлива в коллектор и обеспечение всего количества подаваемого топлива посредством одного или более из распределенного и непосредственного впрыска, в то же время не обеспечивая подачу запланированного количества топлива посредством впрыска в коллектор. Контроллер может уменьшать долю топлива, подаваемого в двигатель посредством впрыска в коллектор, в то же время соответственно увеличивая долю топлива, подаваемого посредством одного или более из распределенного и непосредственного в впрыска, при уменьшении прогнозируемого эффекта охлаждения заряда (например, при падении прогнозируемого эффекта охлаждения заряда ниже порога). В одном примере, контроллер может использовать справочную таблицу для определения количества или множителя впрыскиваемого в коллектор топлива, при этом впрыск топлива в коллектор должен будет уменьшен (и распределенный и/или непосредственный впрыск топлива должен будет увеличен для того, чтобы поддерживать воздушно-топливное отношение отработавших газов на уровне целевого отношения или вблизи целевого отношения, например, на уровне стехиометрии или вблизи стехиометрии). Показатель, обозначающий прогнозируемый эффект охлаждения заряда или разность между прогнозируемым эффектом охлаждения заряда и порогом, могут использовать в качестве входных данных, а количество топлива для впрыска в коллектор может быть выходными данными. В другом примере, контроллер может сделать логическое определение касательно уменьшенного количества топлива для впрыска в коллектор на основе логических правил, которые являются функцией прогнозируемого охлаждения заряда (по отношению к порогу). На основе уменьшенного количества выпрыскиваемого топлива в коллектор и увеличенных количеств распределенного и/или непосредственного впрысков топлива, контроллер может обновлять сигнал управления, соответствующий сигналам длительности импульса для подачи к выбранным топливным инжекторам. Например, длительность импульса, подаваемую к исполнительному механизму инжектора впрыска в коллектор, могут уменьшать, при этом длительность импульса, подаваемую к исполнительному механизму инжектора непосредственного впрыска, могут увеличивать. Способ затем переходит к шагу 322 для подачи топлива согласно обновленному топливному графику подачи топлива. Например, контроллер может отправлять обновленные сигналы длительности импульса соответствующим исполнительным механизмам топливного инжектора.
По сравнению с тем, что, в ответ на то что прогнозируемый эффект охлаждения заряда равен порогу или превышает порог, на шаге 320 способ включает в себя обновление количества топлива для подачи посредством впрыска в коллектор в качестве функции каждого из (обновленного) поправочного коэффициента на охлаждение заряда и (обновленного) поправочного коэффициента на скопление топлива. В дополнение, количество топлива для подачи посредством одного или более из распределенного и непосредственного впрыска могут регулировать на основе обновленного количества впрыскиваемого в коллектор топлива так, чтобы поддерживать воздушно-топливное отношение отработавших газов на уровне целевого отношения или вблизи целевого отношения (например, на уровне стехиометрии или вблизи стехиометрии). На основе обновленного количества впрыскиваемого топлива в коллектор и обновленных количеств топлива распределенного и/или непосредственного впрысков, контроллер может обновлять сигнал управления, соответствующий сигналам длительности импульса, подаваемым к выбранным топливным инжекторам. Например, длительность импульса, подаваемую к исполнительному механизму инжектора впрыска в коллектор, могут увеличивать для учета не испарившегося впрыснутого в коллектор топлива, в то время как длительность импульса, подаваемую к исполнительному механизму инжектора непосредственного впрыска и/или инжекторам распределенного впрыска, могут уменьшать. В альтернативных примерах могут поддерживать начальный график впрыска топлива. Способ затем переходит к шагу 322 для подачи топлива согласно обновленному топливному графику. Например, контроллер может отправлять обновленные сигналы длительности импульса соответствующим исполнительным механизмам топливного инжектора.
С шага 322 способ переходит к шагу 324 для захвата данных ТЗК для текущего/запланированного события впрыска топлива. Например, контроллер может измерять ТЗК (посредством датчика ТВК) до впрыска в коллектор, а затем измерять ТЗК после впрыска в коллектор. Разность между измерениями ТЗК могут использовать для определения охлаждения заряда, обеспечиваемого при текущем впрыске топлива в коллектор. Контроллер может затем обновлять охлаждение заряда и поправочный коэффициент на скопление топлива, хранящийся в памяти контроллера в качестве функции определенного охлаждения заряда.
Таким образом, впрыск топлива в коллектор могут эффективно использовать для обеспечения преимуществ охлаждения заряда исключительно во время условий, когда прогнозируемый эффект охлаждения заряда, основанный на температуре коллектора и условиях скопления топлива, значителен. Это позволяет использовать впрыск топлива в коллектор более рационально.
Перейдем к ФИГ. 4, где показан другой пример способа 400 для регулировки подачи топлива в коллектор на основе обратной связи от датчика температуры впускного коллектора. Способ позволяет лучше использовать эффекты от впрыска топлива в коллектор.
На шаге 402 условия работы двигателя могут оценивать и/или измерять. Оцениваемые условия могут включать в себя, например, требование водителя, температуру двигателя, нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, температуру заряда в коллекторе, температуру отработавших газов, а также окружающие условия, включающие в себя температуру, давление и влажность окружающей среды, давление и поток в коллекторе, давление наддува, воздушно-топливное отношение отработавших газов и т.д.
На шаге 404 может быть определен начальный график подачи топлива на основе условий работы двигателя, требуемого крутящего момента, требуемого разбавления в двигателе и требуемого охлаждения двигателя. График подачи топлива может быть дополнительно основан на временной истории компенсации топлива для цилиндров. Как показано на ФИГ. 3, контроллер может определять общее количество топлива для впрыска с целью достижения требуемого крутящего момента двигателя, например, справочная таблица, которая использует требуемый крутящий момент в качестве входных данных и обеспечивает общее количество топлива для впрыска в качестве выходных данных. Общее количество топлива для впрыска может быть впрыснуто посредством одного или более из инжектора непосредственного впрыска (такого, как инжектор 47 НВ по ФИГ. 1), инжектора распределенного впрыска (такого, как инжектор 48 РВТ по ФИГ. 1), и топливного инжектора центрального впрыска (такого, как инжектор 46 ЦВТ по ФИГ. 1). Контроллер также может выбирать места впрыска топлива и один или более топливных инжекторов для впрыска топлива в выбранные места. Например, во время более высокого требования охлаждения коллектора могут выбирать подачу топлива посредством ЦВТ. В другом примере, во время более высокого требования охлаждения заряда могут выбирать подачу топлива посредством НВ, в то время как во время более высокого требования разбавления могут выбирать подачу топлива посредством РВ.
Контроллер также может определять отношение разделения, включающее в себя количество топлива для подачи посредством каждого инжектора на основе условий работы двигателя. В одном примере, если температура впускного коллектора выше верхней пороговой температуры, могут требоваться охлаждение коллектора и/или охлаждение заряда, и более высокий процент топлива могут впрыскивать посредством ЦВТ по сравнению с процентом топлива, впрыскиваемого посредством РВТ и НВ вместе взятых. В другом примере, если требование разбавления в двигателе выше, чем порог, более высокий процент топлива могут подавать посредством РВТ по сравнению с процентом топлива, подаваемого посредством ЦВТ и НВ вместе взятых. В другом примере, когда температура впускного коллектора двигателя ниже нижней пороговой температуры, охлаждение заряда может больше не требоваться и впрыск топлива посредством ЦВТ могут прекращать. Контроллер может определять сигнал управления, такой, как сигнал длительности импульса, для отправки каждому из исполнительных механизмов топливного инжектора, на основе условий работы двигателя.
При впрыске топлива во впускной коллектор посредством ЦВТ, часть топлива может не испаряться и может конденсироваться на стенках впускного коллектора, образуя скопление топлива. Таким образом, все количество впрыскиваемого топлива может быть недоступно для сгорания, что может отрицательно сказаться на производительности двигателя и качестве выбросов. Также, на основе факторов, таких, как состав топлива и условия работы двигателя, таких, как температура впускного коллектора, окружающая влажность, доля топлива из скопления топлива может испаряться, увеличивая топливный пар, доступный для сгорания. Кроме того, часть испарившегося топлива может конденсироваться, увеличивая объем скопления топлива. Таким образом, размер скопления топлива может динамически изменяться. На шаге 408 могут применять первую поправку (например, посредством первого поправочного коэффициента на скопление топлива) к определенному начальному графику подачи топлива для учета динамики скопления топлива в коллекторе. График подачи топлива могут регулировать для изменения общего количества подаваемого топлива, а также разделения топлива между инжекторами.
Скопление топлива может содержать один или более компонентов, таких, как этанол, изопропан, n-декан и т.д., в зависимости от состава впрыснутого топлива. Для того, чтобы определить количество испарившегося топлива из скопления топлива, контроллер может идентифицировать компоненты топлива и определять массовые доли каждого из компонентов. После определения массовых долей компонентов скопления топлива может быть оценено давление пара каждого компонента. В одном примере, контроллер может использовать справочную таблицу для определения давления пара, соответствующего массовой доле каждого компонента. На основе массовой доли и давления пара каждого компонента контроллер может определять динамику скопления топлива в коллекторе, например, количество испарившегося в коллекторе топлива из скопления топлива и количество конденсировавшегося в коллекторе топлива в скопление топлива, таким образом, увеличивая массу скопления. При первой поправке, график подачи топлива могут обновлять на основе изменений размера скопления и состава во время подачи топлива. В одном примере, при уменьшении размера скопления топлива, количество подаваемого в коллектор топлива могут увеличивать (в то время как количества подаваемого посредством распределенного и непосредственного впрысков топлива уменьшают) для учета того, что топливо может быть утеряно при впрыске в коллектор для восполнения скопления топлива. В другом примере, при увеличении размера скопления топлива, количество впрыскиваемого в коллектор топлива может уменьшаться (в то время как количества впрыскиваемого посредством распределенного и непосредственного впрысков топлива увеличивают) для учета того, что ожидается появление дополнительных паров топлива в коллекторе из существующего скопления топлива.
На шаге 410 контроллер может извлекать данные температуры заряда в коллекторе, оцениваемые посредством датчика температуры заряда в коллекторе, до и после (непосредственно) предыдущего события подачи топлива, когда по меньшей мере часть топлива была доставлена посредством впрыска в коллектор. При испарении топлива, тепло поглощается от стенок впускного коллектора, что охлаждает впускной коллектор. На основе изменения температуры впускного коллектора до и после подачи топлива, контроллер может оценивать эффект охлаждения, достигнутый после впрыска топлива в коллектор. Долю испарившегося топлива и долю конденсировавшегося топлива после предыдущего события подачи топлива могут оценивать на основе эффекта охлаждения. На шагах 414-422 рассматриваются детали оценки доли испарившегося топлива и доли конденсировавшегося топлива после события подачи топлива.
На шаге 412 могут применять вторую поправку к графику подачи топлива на основе контура обратной связи с учетом эффекта охлаждения заряда от впрыснутого в коллектор топлива, согласно оценкам по полученным данным ТЗК. При второй поправке, количество впрыскиваемого в коллектор топлива могут регулировать для компенсации доли конденсировавшегося топлива (и, следовательно, недоступного для сгорания). График подачи топлива для долей РВТ и НВ могут соответственно регулировать для поддержания целевого воздушно-топливного отношения. Таким образом, для расчета обновленного графика подачи топлива, при первой правке учитывается динамика скопления топлива, а при второй правке учитываются летучесть топлива и эффекты охлаждения заряда. Посредством впрыска обновленного количества топлива для обеспечения требуемой степени охлаждения заряда можно уменьшить частоту детонации, а также зависимость от задержки момента зажигания для контроля детонации. Следовательно, улучшается топливная экономичность.
На шаге 414 до инициирования текущего впрыска топлива первая температура заряда в коллекторе (ТЗК1) может быть определена посредством датчика температуры заряда в коллекторе. На шаге 416 контроллер может посылать сигнал длительности импульса выбранным топливным инжектором для подачи топлива в соответствии с обновленным графиком подачи топлива. Одно или более из ЦВТ, НВ или РВТ могут приводить в действие для впрыска определенных долей общего количества топлива. На шаге 418, после того, как событие подачи топлива завершено, температуру заряда в коллекторе (ТЗК2) могут определять снова посредством датчика температуры воздуха в коллекторе. После впрыска топлива во впускной коллектор посредством ЦВТ, первая доля впрыснутого топлива может поглощать тепло от стенок коллектора по мере своего испарения. Вторая (оставшаяся) доля топлива может не испаряться и может увеличивать существующее скопление топлива во впускном коллекторе. Поглощение тепловой энергии из впускного коллектора (посредством топлива) вызывает эффект охлаждения в коллекторе и приводит к соответствующему падению температуры коллектора.
На шаге 420, разность (ΔТЗК) между ТЗК, измеренным до и после события подачи топлива, могут определять в соответствии с уравнением 1, как:
в котором ДТЗК обозначает падение температуры в коллекторе в связи с поглощением тепла для испарения топлива. Контроллер затем может оценивать эффект охлаждения, достигаемый после впрыска топлива, на основе разности.
На шаге 422, первую долю (Д1) впрыснутого в коллектор топлива, которое испарилось (вызывая эффект охлаждения заряда), могут оценивать, как функцию ΔТЗК, согласно уравнению 2:
Первая доля Д1 увеличивается при увеличении значения ΔТЗК, например, когда более высокое падение температуры в коллекторе достигается после впрыска топлива в коллектор. Вторую (оставшуюся) долю топлива (Д2), которое конденсировалось на впускном коллекторе (например, на стенках коллектора), могут оценивать на основе общего объема впрыснутого топлива (Т1) посредством ЦВТ и первой доли топлива Д1 (испарившегося), согласно уравнению 3:
В дополнение, размер скопления топлива в коллекторе могут обновлять (например, увеличивать) на основе второй доли топлива, Д2.
На шаге 424 алгоритм включает в себя определение, выше ли эффект охлаждения заряда выше, чем порог. Порог может быть функцией второй доли топлива (Д2), которое конденсировалось на стенках коллектора, температуры коллектора и температуры заряда воздуха. Поэтому, если более высокая доля впрыскиваемого посредством ЦВТ топлива конденсировалась, дополнительный впрыск топлива посредством ЦВТ может быть нежелательным. На шаге 426, если определено, что эффект охлаждения заряда ниже порога, впрыск топлива в коллектор могут прекращать по меньшей мере непосредственно после последующего события подачи топлива. Также, если температура заряда воздуха (и/или температура коллектора) ниже пороговой температуры, дальнейшее охлаждение заряда может быть нежелательным, а подачу топлива в коллектор могут уменьшить или прекратить.
На шаге 428, если определено, что эффект охлаждения заряда выше порога, график подачи топлива непосредственно следующего события подачи топлива могут обновлять на основе первой доли топлива (Д1), которая испарилась, и второй доли топлива (Д2), которая конденсировалась. На шаге 430 начальный график подачи топлива, включая количество впрыскиваемого топлива и/или момент впрыска топлива, могут регулировать, учитывая первую и вторую доли топлива, Д1 и Д2. На шаге 432 динамику скопления топлива в коллекторе могут обновлять, учитывая, по меньшей мере, вторую долю топлива (Д2), количество испарившегося топлива из скопления топлива и количество конденсировавшегося топлива из газообразного состояния, увеличившего размер скопления топлива. Первую поправку могут применять к графику подачи топлива, а график могут регулировать на основе обновленной динамики топлива (как раскрыто на шаге 3410). Поэтому, если размер скопления топлива увеличивается выше порогового размера, дальнейший впрыск топлива посредством ЦВТ может быть приостановлен для уменьшения дальнейшего роста размера скопления топлива.
На шаге 434 эффект охлаждения заряда, достигаемый после впрыска топлива (как оценивается на шаге 420), могут обновлять, и могут применять вторую поправку (как оценивается на шаге 412) к графику подачи топлива с целью компенсации объема топлива, которое не испарилось после предыдущего впрыска топлива. Таким образом, на основе обратной связи от датчика температуры воздуха в коллекторе, график подачи топлива могут эффективно регулировать для впрыска оптимального количества топлива, необходимого для сгорания и охлаждения коллектора.
На шаге 436 способ может включать в себя регулировку одного или более из параметров работы двигателя на основе определенных испарившейся и/или конденсированных долей Д1 и Д2. В одном примере, регулировка одного или более параметра работы двигателя может включать в себя регулировку момента зажигания для компенсации конденсированной части топлива. Например, регулировка момента зажигания может включать в себя увеличение величины опережения зажигания, причем величина опережения зажигания увеличивается при уменьшении конденсированной доли (или увеличении испарившейся доли). В другом примере, положение дросселя могут регулировать на основе испарившейся доли Д1 для поддерживания требуемого воздушно-топливного отношения. Поэтому, открытие дросселя могут увеличивать, когда увеличивается Д1, а также открытие дросселя могут уменьшать, когда уменьшается Д1. В другом примере, когда уменьшается Д1 (снижение эффекта охлаждения заряда от впрыска топлива), контроллер может регулировать (например, увеличивать) количество воды, впрыснутой в коллектор посредством инжектора впрыска воды, для погашения дефицита в охлаждении заряда.
Таким образом, после впрыска топлива в коллектор, контроллер может оценивать количество испарившегося топлива по отношению к конденсированному топливу на поверхности коллектора на основе изменения температуры коллектора после впрыска топлива; обновлять каждый из поправочного коэффициента на охлаждение заряда и поправочного коэффициента на скопление топлива на основе данной оценки; и регулировать следующий впрыск топлива на основе данного обновления. Изменение температуры в коллекторе могут оценивать на основе разности между выходным сигналом датчика температуры заряда в коллекторе до впрыска в коллектор и выходным сигналом указанного датчика после впрыска в коллектор. Оценка может включать в себя оценку количества испарившегося топлива на основе изменения температуры в коллекторе и оценку количества конденсированного топлива на основе отношения количества испарившегося топлива к общему количеству топлива, подаваемого посредством впрыска топлива в коллектор. Контроллер может регулировать непосредственно следующий впрыск топлива в коллектор посредством уменьшения впрыска топлива в коллектор при уменьшении количества испарившегося топлива по отношению к количеству конденсированного топлива, в то время как одно или более из распределенного и непосредственного впрыска топлива соответственно увеличивается. Кроме того, контроллер может прогнозировать эффект охлаждения заряда от непосредственно последующего впрыска в коллектор на основе количества испарившегося топлива, и снижать количество топлива, подаваемого в последующем впрыске в коллектор по мере уменьшения прогнозируемого эффекта охлаждения заряда. В некоторых примерах, контроллер может регулировать количество впрыскиваемой в коллектор воды посредством инжектора впрыска воды в коллектор на основе указанной оценки.
На ФИГ. 5 показан пример схемы 500, иллюстрирующей преимущества охлаждения заряда от впрыска топлива в коллектор. Ось Y показывает температуру после охлаждения заряда, в то время как ось X показывает количество подаваемого в коллектор топлива посредством ЦВТ (массу топлива ЦВТ). Линия 502 показывает изменение температуры заряда воздуха при увеличении количества топлива, впрыскиваемого посредством ЦВТ, когда начальная температура коллектора в начале ЦВТ равна 40°С. Аналогично, линии 504, 506 и 508 показывают изменение температуры заряда воздуха, когда количество впрыскиваемого посредством ЦВТ топлива увеличивается, когда начальная температура в коллекторе в начале ЦВТ равна 50°С, 60°С и 70°С соответственно. Как показано линиями 502, 504, 506 и 508, при увеличении количества впрыскиваемого посредством ЦВТ топлива, имеет место уменьшение температуры заряда воздуха, а эффект более выражен, когда начальная температура в коллекторе уменьшается. ФИГ. 5 является графическим представлением падения температуры заряда после подачи топлива ЦВТ, как вычисляется согласно уравнению 5 ниже.
На ФИГ. 6 показан пример схемы 600, иллюстрирующей изменения давления насыщения пара после впрыска топлива в коллектор посредством ЦВТ. Ось Y показывает давление насыщения пара, в то время как ось X показывает количество топлива, впрыскиваемого посредством ЦВТ. Линия 602 показывает изменение в давлении насыщения пара, когда увеличивается количество топлива, впрыскиваемого посредством ЦВТ, когда начальная температура коллектора в начале ЦВТ равна 40°С. Аналогично, линии 604, 606 и 608 показывают изменение в давлении насыщения пара, когда количество впрыскиваемого посредством ЦВТ топлива увеличивается, когда начальная температура коллектора в начале ЦВТ равна 50°С, 60°С и 70°С соответственно. Давление насыщения пара (ДНП) могут вычислять, используя уравнение 4:
а
где ДНП - это давление насыщения пара, К - константа Антуана A, Kb - константа Антуана В, Кс - константа Антуана С, Ti - начальная температура в начале впрыска ЦВТ, а ΔT - дельта давления. ΔТ может быть вычислена, используя уравнение 5:
где ΔT - это падение температуры заряда после подачи топлива ЦВТ. Воздушно-топливное отношение можно вычислить, используя уравнение 6:
где В/Т - это воздушно-топливное отношение, вычисляемое на основе массы впускного воздуха и массы топлива, подаваемого посредством ЦВТ.
ФИГ. 6 является графическим представлением давления насыщения пара, вычисляемого, используя указанное выше уравнение 4.
На ФИГ. 7 показан пример схемы 700, иллюстрирующей изменение давления насыщения топлива после впрыска топлива в коллектор посредством ЦВТ. Ось Y показывает давление насыщения топлива, в то время как ось X показывает количество топлива, подаваемого посредством ЦВТ. Линия 702 показывает изменение давления насыщения топлива при увеличении количества топлива, подаваемого посредством ЦВТ, когда начальная температура коллектора в начале ЦВТ равна 40°С. Аналогично, линии 704, 706 и 708 показывают изменение давления насыщения топлива при увеличении количества подаваемого посредством ЦВТ топлива, когда начальная температура коллектора в начале ЦВТ равна 50°С, 60°С и 70°С соответственно. ФИГ. 7 является графическим представлением изменения воздушно-топливного отношения, определенного уравнением 6 выше.
Посредством использования графиков по ФИГ. 5-7, контроллер двигателя может определять максимальное количество топлива ЦВТ, которое может испаряться при любых данных температуре в коллекторе и условиях давления без учета времени. Соответственно, может быть определена массовая доля общего топлива, которое могут подавать посредством центрального/впрыска топлива в коллектор. Соответственно, могут быть вычислены оставшиеся массовые доли топлива, подаваемого посредством непосредственного и/или распределенного впрысков.
Перейдем к ФИГ. 8, где показан пример схемы 800 для регулировки отношения подаваемого в коллектор топлива к распределенному или непосредственному впрыскам топлива на основе прогнозируемого эффекта охлаждения заряда от впрыска топлива в коллектор. На схеме 800 на графике 802 изображена частота вращения двигателя, на графике 804 изображено количество подаваемого топлива посредством центрального впрыска (в коллектор) топлива, на графике 806 изображено количество подаваемого топлива посредством распределенного и/или непосредственного впрыска, на графике 808 изображена доля подаваемого центральным впрыском топлива, которое испарилось (доля испарившегося ЦВТ топлива), на графике 810 изображена оставшаяся доля подаваемого центральным впрыском топлива, которое конденсировалось в коллекторе (доля конденсировавшегося ЦВТ топлива), на графике 812 изображено положение скопления топлива в коллекторе (например, размер или объем, а на графике 814 изображена ТЗК (как измеряется датчиком ТВК). Для каждого параметра значение увеличивается вдоль оси Y, идущей вверх. Все графики показаны по отношению ко времени вдоль оси X.
До момента времени t1, двигатель работает при низкой частоте вращения (график 802). В течение этого времени требуется исключительно разбавление заряда, а не охлаждение заряда. В дополнение, требуемый водителем крутящий момент в это время ниже. Для достижения требуемого крутящего момента и требуемого разбавления, топливо подают в двигатель посредством исключительно распределенного впрыска (график 806). В течение этого времени нет центрального впрыска топлива (график 804). В результате, в течение этого времени ТЗК остается постоянной (график 814). Также, размер скопления топлива в коллекторе (график 812) остается существенно неизменным или слегка уменьшается, когда немного топлива из скопления испаряется в связи с потоком воздуха у скопления.
В момент времени t1 имеет место увеличение требуемого водителем крутящего момента, в ответ на которое имеет место увеличение частоты вращения и нагрузки двигателя, например, на участке средне-высокой нагрузки. В связи с тем, что на этом участке двигатель ограничен возможностью детонации, требуется охлаждение заряда и впрыск в коллектор запускают для обеспечения требуемого охлаждения заряда. Отношение разделения топлива определяется на основе условий работы двигателя. Между моментами времени t1 и t2 обеспечивают большую часть подаваемого общего топлива в качестве впрыска в коллектор (график 804), в то время как оставшуюся меньшую часть подаваемого общего топлива обеспечивают в качестве одного или более из распределенного и непосредственного впрысков топлива (график 806). В результате увеличенного впрыска в коллектор, что производит эффект охлаждения заряда, ТЗК начинает падать. Большая часть впрыскиваемого в коллектор топлива испаряется (график 808), например, в связи с более высокими температурами окружающей среды (или более высокой ТЗК во время впрыска топлива в коллектор), в то время как оставшаяся, меньшая часть впрыснутого в коллектор топлива конденсируется во впускном коллекторе. Конденсированная доля увеличивает скопление топлива в коллекторе.
На основе изменения в ТЗК, обновленного размера скопления топлива и эффекта охлаждения заряда топлива, подаваемого впрыском в коллектор (между моментами времени t1 и t2), прогнозируют эффект охлаждения заряда будущего впрыска в коллектор (запланированного на момент времени t2). Например, на основе изменения в ТЗК, обновленного размера скопления топлива и эффекта охлаждения заряда топлива, подаваемого впрыском в коллектор, могут обновлять температуру в коллекторе и концентрацию топливного пара, и это могут использовать для прогнозирования эффекта охлаждения заряда количества топлива, запланированного для впрыска в коллектор в момент времени t2. В момент времени t2 можно прогнозировать, что эффект охлаждения заряда от запланированного впрыска топлива в коллектор достаточно высок. Соответственно, между моментами времени t2 и t3, топливо впрыскивают согласно определенному графику подачи топлива. Когда впрыскивают топливо, может возникнуть большой эффект охлаждения заряда с большим количеством испарившегося подаваемого топлива, а размер скопления топлива уменьшится в связи с испарением части скопления топлива.
На основе изменения ТЗК, измеренной между моментами времени t2 и t3, обновленного размера скопления топлива и эффекта охлаждения заряда топлива, подаваемого впрыском в коллектор (между моментами времени t2 и t3), прогнозируют эффект охлаждения заряда от будущего впрыска в коллектор (запланированного на момент времени t3). Например, на основе изменения ТЗК, обновленного размера скопления топлива и эффекта охлаждения заряда топлива, подаваемого впрыском в коллектор, могут обновлять температуру в коллекторе и концентрацию топливного пара, и это могут использовать для прогнозирования эффекта охлаждения заряда количества топлива, запланированного для впрыска в коллектор в момент времени t3. В момент времени t3 можно прогнозировать, что эффект охлаждения заряда от запланированного впрыска топлива в коллектор недостаточно высок. Это может быть связано с более низкими температурами заряда, препятствующими дальнейшему испарению топлива, а также более высокими концентрациями топливного пара во впускном коллекторе, снижающими распыление впрыснутого топлива. В дополнение, на основе динамики скопления топлива могут прогнозировать, что большая часть подаваемого в коллектор топлива конденсируется (например, для восполнения скопления топлива). Соответственно, после момента времени t3, топливо не впрыскивают согласно определенному графику подачи топлива (обозначенному пунктирными линями 805 и 807). Вместо этого, количество топлива, подаваемого посредством впрыска в коллектор, уменьшается (по отношению к начальному запланированному количеству 805), в то время как количество топлива, подаваемого посредством распределенного или непосредственного впрыска увеличивается (по отношению к начальному запланированному количеству 807).
Таким образом, эффект охлаждения заряда от впрыска топлива в коллектор могут использовать более эффективно. Посредством оценки количества испарившегося и способствующего эффекту охлаждения заряда топлива, подаваемого в коллектор, на основе обратной связи от датчика температуры коллектора после впрыска топлива в коллектор, могут быть определены количество топливного пара в коллекторе и условия температуры. Это, в свою очередь, могут использовать для более точного прогнозирования эффекта охлаждения от последующего впрыска в коллектор и лучшего учета динамики скопления топлива в коллекторе. Технический эффект точного оценивания количества испарившегося и способствующего эффекту охлаждения заряда топлива заключен в том, что последующий график подачи топлива могут эффективно регулировать для обеспечения требуемого уровня охлаждения коллектора. Посредством прекращения впрыска топлива в коллектор, когда достаточное охлаждение заряда не может обеспечиваться, впрыск топлива в коллектор может выполняться более рационально во время условий, когда может обеспечиваться преимущество топливной экономичности.
Один пример способа содержит шаги, на которых: регулируют долю топлива, подаваемого в двигатель посредством впрыска в коллектор, относительно топлива, подаваемого посредством распределенного впрыска и/или непосредственного впрыска, на основе прогнозируемого эффекта охлаждения заряда от впрыска в коллектор, причем эффект охлаждения заряда прогнозируют на основе каждого из следующего: концентрация топливного пара во впускном коллекторе и температура поверхности коллектора, на которую впрыскивают топливо в коллектор. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, регулировка включает в себя уменьшение доли топлива, подаваемого в двигатель посредством впрыска в коллектор при соответствующем увеличении доли топлива, подаваемого посредством распределенного впрыска и/или непосредственного впрыска, при уменьшении прогнозируемого эффекта охлаждения заряда. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, прогнозируемый эффект охлаждения заряда понижают при увеличении концентрации топливного пара во впускном коллекторе и при уменьшении температуры поверхности коллектора. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, концентрацию топливного пара во впускном коллекторе оценивают в качестве функции каждого из следующего: текущее скопление топлива во впускном коллекторе, увеличение скопления топлива во впускном коллекторе в связи с впрыском в коллектор, и уменьшение скопления топлива во впускном коллекторе в связи с испарением топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулировка включает в себя, когда прогнозируемый эффект охлаждения заряда больше порога, обновление количества топлива, подаваемого посредством впрыска в коллектор, в качестве функции каждого из поправочного коэффициента на охлаждение заряда и поправочного коэффициента на скопление топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, эффект охлаждения заряда дополнительно прогнозируют на основе измеренного изменения температуры заряда в коллекторе после непосредственно предыдущего впрыска топлива в коллектор. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, измеренное изменение температуры заряда в коллекторе включает в себя разность между выходным сигналом датчика температуры заряда в коллекторе перед непосредственно предыдущим впрыском в коллектор и выходным сигналом указанного датчика после непосредственно предыдущего впрыска в коллектор, причем датчик температуры заряда в коллекторе расположен во впускном коллекторе ниже по потоку от топливного инжектора впрыска в коллектор. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаги, на которых, после непосредственно предыдущего впрыска топлива в коллектор, оценивают испарившуюся долю топлива, впрыснутого в коллектор, на основе измеренного изменения температуры в коллекторе, и оценивают конденсированную на поверхности коллектора долю топлива, впрыснутого в коллектор, на основе отношения испарившейся доли топлива к количеству топлива, подаваемого посредством впрыска топлива в коллектор. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаги, на которых обновляют поправочный коэффициент на охлаждение заряда на основе оцененной испарившейся доли топлива, впрыснутого в коллектор, и обновляют поправочный коэффициент на скопление топлива на основе конденсированной на поверхности коллектора доли топлива, впрыснутого в коллектор. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулировка дополнительно включает в себя обновление количества топлива, подаваемого посредством распределенного впрыска и/или непосредственного впрыска, для поддержания воздушно-топливного отношения отработавших газов на уровне целевого отношения или вблизи целевого отношения.
Другой пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: после впрыска топлива в коллектор, оценивают количество испарившегося топлива относительно количества конденсированного на поверхности коллектора топлива на основе изменения температуры в коллекторе после указанного впрыска; обновляют каждое из поправочного коэффициента на охлаждение заряда и поправочного коэффициента на скопление топлива на основе указанной оценки; и регулируют следующий впрыск топлива в коллектор на основе указанного обновления. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, изменение температуры в коллекторе оценивают на основе разности между выходным сигналом датчика температуры заряда в коллекторе до впрыска в коллектор и выходным сигналом указанного датчика после впрыска в коллектор. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, оценка включает в себя оценку количества испарившегося топлива на основе изменения температуры в коллекторе и оценку количества конденсированного топлива на основе отношения количества испарившегося топлива к общему количеству топлива, подаваемого посредством впрыска топлива в коллектор. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулировка последующего впрыска топлива включает в себя регулировку непосредственно последующего впрыска топлива в коллектор, причем впрыск топлива в коллектор уменьшают при соответствующем увеличении одного или более из распределенного и непосредственного впрысков топлива, по мере уменьшения количества испарившегося топлива относительно количества конденсированного топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулировка дополнительно включает в себя прогнозирование эффекта охлаждения заряда непосредственно последующего впрыска в коллектор на основе количества испарившегося топлива, и снижение количества топлива, подаваемого в последующем впрыске в коллектор по мере уменьшения прогнозируемого эффекта охлаждения заряда. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаги, на которых регулируют количество воды, подаваемой впрыском в коллектор посредством инжектора впрыска воды в коллектор, на основе указанной оценки.
Другой пример системы двигателя содержит: инжектор впрыска в коллектор для впрыска топлива во впускной коллектор; инжектор распределенного впрыска для впрыска топлива во впускной порт; инжектор непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в цилиндр двигателя; датчик температуры, соединенный с впускным коллектором; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для: после первого события впрыска топлива, включающего впрыск топлива в коллектор, обновления каждого из поправочного коэффициента на скопление топлива и поправочного коэффициента на охлаждение заряда на основе количества испарившегося топлива, причем количество испарившегося топлива основано на изменении температуры в коллекторе после впрыска топлива в коллектор; и во время второго события впрыска топлива непосредственно после первого события впрыска топлива, оценки начального отношения впрыска топлива, включая впрыск топлива в коллектор и одно или более из распределенного впрыска и непосредственного впрыска топлива; прогнозирования эффекта охлаждения заряда от впрыска топлива в коллектор на основе каждого из следующего: концентрация топливного пара во впускном коллекторе и температура поверхности коллектора; и если прогнозируемый эффект охлаждения заряда выше порога, обновления начального отношения впрыска топлива для увеличения впрыска топлива в коллектор в качестве функции каждого из поправочного коэффициента на скопление топлива и поправочного коэффициента на охлаждение заряда, и впрыска топлива согласно обновленному отношению впрыска топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, обновление дополнительно включает в себя уменьшение одного или более из распределенного впрыска и непосредственного впрыска топлива на основе увеличения во впрыске топлива в коллектор для поддержания воздушно-топливного отношения отработавших газов на уровне целевого отношения. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, контроллер включает в себя дополнительные инструкции для, если прогнозируемый эффект охлаждения заряда ниже порога, обновления начального отношения впрыска топлива для уменьшения впрыска топлива в коллектор. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, концентрацию топливного пара во впускном коллекторе оценивают на основе поправочного коэффициента на скопление топлива, причем температуру поверхности коллектора оценивают на основе поправочного коэффициента на охлаждение заряда, и причем прогнозируемый эффект охлаждения заряда увеличивают по мере уменьшения концентрации топливного пара во впускном коллекторе и увеличения температуры поверхности коллектора.
В дополнительном варианте, способ для двигателя содержит шаги, на которых: впрыскивают некоторое количество топлива во впускной коллектор посредством топливного инжектора центрального впрыска топлива; оценивают испарение первой доли топлива на основе изменения температуры в коллекторе после впрыска; оценивают конденсацию второй, оставшейся доли топлива на основе величины впрыска и первой доли; и регулируют длительность импульса, посылаемого инжектору во время следующего впрыска топлива, на основе отношения первой доли ко второй доле. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, изменение температуры в коллекторе после впрыска является разностью температуры в коллекторе, оцениваемой посредством датчика ТВК с момента до впрыска до прохождения некоторой продолжительности после впрыска, причем продолжительность основана на оцениваемом количестве времени для испарения впрыснутого количества топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулировка графика подачи топлива включает в себя первую регулировку на основе второй доли топлива, образующей скопление топлива, и вторую регулировку на основе первой доли топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит шаги, на которых регулируют длительность импульса, посылаемого инжектору во время следующего впрыска топлива на основе отношения первой доли ко второй доле. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно содержит регулировку первого параметра двигателя в соответствии с первой долей, и регулировку второго, отличного от первого, параметра двигателя в соответствии с второй долей.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, включающей в себя контроллер в комбинации с различными датчиками, приводами и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящем документе алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. В этом случае проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь примеров вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять запрограммированный в долговременную память машиночитаемого хранилища информации в системе управления двигателем код, где раскрытые действия могут исполняться выполнением инструкций в системе, включающей в себя различные компоненты двигателя в комбинации с электронным контроллером.
Следует отметить, что конкретные конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящем документе, являются примерами и конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.