СПОСОБ ПРОГРЕВА КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR HEATING EXHAUST GAS CATALYTIC CONVERTER (EMBODIMENTS) AND ENGINE SYSTEM

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способам и системам для регулирования скорости вращения двигателя в период прогрева каталитического нейтрализатора отработавших газов в системе двигателя, выполненной с возможностью осуществления работы с пропусками зажигания.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Загрязняющие вещества, вырабатываемые двигателем при холодном запуске до активации каталитического преобразователя выпускной системы, могут вносить существенный вклад в общее количество выбросов в отработавших газах. Для ускорения достижения температуры активации каталитического нейтрализатора в системах управления двигателем могут использованы различные подходы.
Один из примеров таких подходов, раскрытый в документе US 6,978,204 под авторством Сурнилла (Surnilla) и др., основан на существенном запаздывании момента зажигания в одном из рядов цилиндров двигателя в условиях холодного запуска двигателя для выработки существенного количества теплоты и небольшого выходного крутящего момента двигателя. В то же время, для поддержания работы цилиндров с требуемой скоростью вращения, другой ряд цилиндров работает при небольшом обеднении относительно стехиометрического отношения, и небольшом запаздывании момента зажигания относительно момента, соответствующего максимальному крутящему моменту. За счет работы одного ряда цилиндров с существенным запаздыванием зажигания требуемый для поддержания крутящего момента холостого хода поток воздуха увеличивается, при более позднем сгорании. В результате этого в выпускную систему высвобождается тепло, способствующее более быстрому поднятию температуры каталитического нейтрализатора до рабочей. К другим подходам могут относиться использование для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора временного обогащения смеси, повышенной скорости вращения двигателя, или сочетания увеличенного впрыска топлива с запаздыванием момента зажигания.
Однако авторы настоящего изобретения осознают, что достижимые величины запаздывания зажигания и воздушного потока могут быть ограничены. Например, если момент зажигания слишком сильно запаздывает, сгорание в двигателе может стать нестабильным. Таким образом, это может привести к нежелательным эффектам шума/вибрации/резкости ШВР (NVH).
В последние годы для улучшения топливной экономичности двигатели выполняют с возможностью работы с изменяемым количеством активных и деактивированных цилиндров, с поддержанием, в некоторых вариантах, общего воздушно-топливного отношения смеси отработавших газов около стехиометрического. Такие двигатели известны как двигатели с отключаемыми цилиндрами ДОЦ (VDE). Часть цилиндров в таких двигателях может быть отключена в определенных условиях, заданных такими параметрами, как диапазон скорости вращения/нагрузки, а также другими условиями, в том числе скоростью транспортного средства. Система управления ДОЦ (VDE) может отключать определенную группу цилиндров, такую как ряд цилиндров, посредством управления множеством деактиваторов клапанов цилиндров, которые воздействуют на работу впускных и выпускных клапанов цилиндров, или посредством управления множеством топливных инжекторов с возможностью выборочной деактивации, которое влияет на подачу топлива в цилиндры. Дополнительное улучшение топливной экономичности может быть достигнуто в двигателях, выполненных с возможностью изменения эффективного рабочего объема двигателя посредством пропуска подачи топлива в определенные цилиндры в соответствии с порядком циклов сгорания в цилиндрах, также называемым порядком пропуска сгорания.
Авторы настоящего изобретения выявили, что ограничения, связанные с использованием запаздывания зажигания при условиях холодного запуска, могут быть преодолены за счет применения работы цилиндров двигателя с пропусками сгорания. В одном из примеров эти недостатки могут быть устранены посредством способа, содержащего: работу с несколькими выборочно деактивированными цилиндрами и определенным запаздыванием момента зажигания в остальных активных цилиндрах во время холодного запуска двигателя; и повышение скорости вращения двигателя для поддержания крутящего момента холостого хода, в зависимости от числа деактивированных цилиндров. Таким образом, в активных цилиндрах может быть допустимо более сильное запаздывание зажигания для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора, тогда как скорость вращения двигателя может быть увеличена для устранения проблем с ШВР (NVH).
В качестве примера, при холодном запуске двигатель с клапанными механизмами отдельных цилиндров может работать с порядком цилиндров, в котором некоторое количество цилиндров выборочно деактивированы. Количество и номера отдельных деактивированных клапанных механизмов цилиндров и количество остающихся активными цилиндров может быть основано на температуре двигателя при холодном запуске. Активные цилиндры могут работать при задержке зажигания относительно оптимального момента зажигания ОМЗ (МВТ). Соответственно, поскольку оставшиеся активные цилиндры работают при более высокой средней нагрузке для выработки того же полезного крутящего момента, что и при сгорании во всех цилиндрах, в активных цилиндрах до достижения пределов стабильности сгорания может быть допустима более высокая величина задержки зажигания. Таким образом, зажигание в активных цилиндрах может быть задержано более сильно, чем это было бы возможно при работе всех цилиндров. Для дополнительного решения каких-либо проблем с ШВР (NVH), вызванных сгоранием в активных цилиндрах при различных средних частотах, и с более широкими входными импульсами (крутящего момента), может быть изменена скорость вращения двигателя, применяемая для поддержания крутящего момента холостого хода двигателя. Например, при работе двигателя с определенной величиной запаздывания зажигания, скорость вращения двигателя может быть увеличена по мере уменьшения количества цилиндров, в которых осуществляется сгорание.
Таким образом, в зависимости от теплового потока, необходимого при холодном запуске двигателя, для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора без ухудшения ШВР (NVH), могут быть применены различные сочетания запаздывания зажигания, деактивации цилиндров (по количеству и порядку), и регулирования скорости вращения двигателя. Такие различные сочетания могут быть собраны в справочные таблицы и использованы в режиме без обратной связи или с обратной связью по температуре отработавших газов. Технический эффект деактивации клапанных механизмов отдельных цилиндров в соответствии с определенным порядком пропуска сгорания при холодном запуске двигателя состоит в том, что активные цилиндры двигателя могут работать при более сильном запаздывании зажигания. Кроме того, двигатель может работать с деактивированными одним или несколькими цилиндрами, что позволяет снизить теплопередачу хладагенту, поскольку уменьшается поверхность контакта цилиндров с хладагентом. Соответственно, прогрев каталитического нейтрализатора может быть ускорен. Кроме того, за счет регулирования скорости вращения двигателя в зависимости от деактивации цилиндров при холодном запуске, активация каталитического нейтрализатора может быть достигнута при улучшенных характеристиках ШВР (NVH). В целом, могут быть улучшены характеристики двигателя при холодном запуске и соответствие выбросов требованиям.
Описание выше содержит факты, отмеченные авторами настоящего изобретения, и не претендующие на общеизвестность. Поэтому должно быть ясно, что приведенное выше краткое описание предназначено для ознакомления в упрощенной форме с несколькими идеями, которые более подробно описаны в разделе «Подробное описание». Оно не определяет ключевые или основные признаки, входящие в объем настоящего изобретения, который определен исключительно последующей формулой. Более того, объем изобретения не ограничен вариантами осуществления, в которых устранены какие-либо из недостатков, описанных выше или в любой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен пример варианта осуществления конструкции системы двигателя.
На фиг. 2 представлен частичный вид двигателя.
На фиг. 3 представлен пример графика сгорания в цилиндрах двигателя, работающего без пропусков сгорания в соответствии с обычным порядком сгорания в двигателе.
На фиг. 4 представлен пример графика сгорания в цилиндрах двигателя, работающего с пропусками сгорания в соответствии с задаваемым порядком сгорания в двигателе.
На фиг. 5 представлен высокоуровневый алгоритм регулирования порядка деактивации цилиндров, момента зажигания в активных цилиндрах и скорости вращения двигателя при холодном запуске двигателя для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора.
На фиг. 6 представлен пример регулирования скорости вращения двигателя при работе двигателя в режиме пропусков сгорания для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора при холодном запуске двигателя.
Подробное описание
Работа двигателя с пропусками сгорания, при которой в каждом цикле двигателя, по меньшей мере, один цилиндр пропускается и сгорание в нем не происходит, может способствовать улучшению топливной экономичности и снижению выбросов при определенных условиях работы, таких как низкая нагрузка на двигатель. Двигатель, выполненный с возможностью работы с пропусками сгорания, проиллюстрирован на фиг. 1-2, и на фиг. 3-4 представлены графики сгорания в цилиндрах для двигателя, показанного на фиг. 1-2 в режиме без пропусков сгорания (фиг. 3) и в режиме пропусков сгорания (фиг. 4). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью реализации алгоритма управления, такого как пример алгоритма, представленный на фиг. 5, для регулирования скорости вращения двигателя при работе двигателя в режиме пропусков сгорания в процессе холодного запуска двигателя. Это позволяет увеличить тепловой поток, вырабатываемый двигателем, для ускорения активации каталитического нейтрализатора отработавших газов. Пример работы показан на фиг. 6.
На фиг. 1 представлен пример двигателя 10, содержащего первый ряд 15а и второй ряд 15b. В представленном примере двигатель 10 является V-образным восьмицилиндровым двигателем, в котором как первый, так и второй ряд содержат по четыре цилиндра. Двигатель 10 содержит впускной коллектор 16 с дросселем 20, и выпускной коллектор 18, соединенный с системой 30 снижения выбросов. Система 30 снижения выбросов содержит один или несколько каталитических нейтрализаторов и датчиков воздушно-топливного отношения, как описано со ссылкой на фиг. 2. В качестве одного из неограничивающих примеров двигатель 10 может входить в состав двигательной установки пассажирского транспортного средства.
Система 10 двигателя может содержать цилиндры 14 со впускными клапанами 50 с возможностью выборочной деактивации и выпускными клапанами 56 с возможностью выборочной деактивации. В одном из примеров впускные клапаны 50 и выпускные клапаны 56 выполнены с электрическим приводом клапанов ЭПК (EVA) посредством электрических приводных механизмов отдельных цилиндров. Однако, должно быть ясно, что в других примерах могут быть использованы различные конфигурации оборудования, обеспечивающие приведение клапанов отдельных цилиндров. Несмотря на то, что в представленном примере каждый из цилиндров показан с единственным впускным клапаном и единственным выпускным клапаном, в других примерах, как детально показано на фиг. 2, каждый из цилиндров может быть оснащен множеством впускных клапанов с возможностью выборочной деактивации и/или множеством выпускных клапанов с возможностью выборочной деактивации.
При наличии определенных условий, таких как отсутствие необходимости в максимальном крутящем моменте двигателя, один или несколько цилиндров двигателя 10 могут быть выбраны для выборочной деактивации (упоминаемой также в настоящей заявке как деактивация отдельных цилиндров). Кроме того, как более подробно описано со ссылкой на фиг. 5, один или несколько цилиндров двигателя 10 могут быть выбраны для выборочной деактивации при холодном запуске двигателя для увеличения теплового потока, передаваемого каталитическому нейтрализатору отработавших газов. Выборочная деактивация может содержать выборочную деактивацию одного или нескольких цилиндров только первого ряда 15а, одного или нескольких цилиндров только второго ряда 15b, или одного или нескольких цилиндров как первого ряда, так и второго ряда. Количество и номера деактивированных цилиндров каждого из рядов могут быть симметричны, или асимметричны. Более того, цилиндры могут быть деактивированы в предопределенном порядке, также упоминаемом в настоящей заявке как порядок пропусков сгорания.
Во время деактивации выбранные цилиндры могут быть деактивированы посредством закрытия клапанных механизмов отдельных цилиндров, таких как впускные клапанные механизмы, выпускные клапанные механизмы, или их сочетания. Клапаны цилиндров могут быть выборочно деактивированы посредством толкателей с гидравлическим приводом (таких как толкатели, соединенные со штоками толкателей клапанов), посредством механизма переключения профиля кулачков, в котором профиль кулачка без выступа используется для деактивации клапанов, или посредством клапанных механизмов цилиндров с электрическим приводом, соединенных с каждым из цилиндров. Кроме того, в деактивированных цилиндрах могут быть остановлены поток топлива и зажигание, например, посредством деактивации топливных инжекторов цилиндра.
В некоторых примерах система 10 двигателя может содержать топливные инжекторы (непосредственного впрыска) с возможностью выборочной деактивации, и выбранные цилиндры могут быть деактивированы посредством отключения соответствующих топливных инжекторов при поддержании такой работы впускных и выпускных клапанов, что может быть продолжено прокачивание воздуха через эти цилиндры.
В то время, когда выбранные цилиндры деактивированы, в оставшихся работающих или активных цилиндрах продолжает осуществляться сгорание при активных и работающих топливных инжекторах и клапанных механизмах цилиндров. Для обеспечения требуемого крутящего момента двигатель вырабатывает тот же самый крутящий момент в активных цилиндрах. Для этого требуется более высокое давление в коллекторе, в результате чего снижаются насосные потери и увеличивается эффективность двигателя. Кроме того, за счет уменьшения эффективной площади поверхности (только активных цилиндров), подвергнутой воздействию сгорания, снижаются потери тепла в двигателе, что увеличивает термическую эффективность двигателя.
Цилиндры могут быть деактивированы для обеспечения конкретного порядка сгорания (или пропусков сгорания) на основе предусмотренного алгоритма управления. Более конкретно, в выбранных «пропущенных» рабочих циклах сгорание не осуществляется, тогда как в других «активных» рабочих циклах сгорание осуществляется. В вариантах, момент зажигания, соответствующий конкретному сгоранию в выбранной рабочей камере, может также быть отрегулирован на основе порядка циклов сгорания или истории циклов сгорания в выбранной рабочей камере. Например, как более подробно раскрыто со ссылкой на фиг. 5, момент зажигания в активных цилиндрах может запаздывать при холодном запуске двигателя для увеличения теплоты отработавших газов. Контроллер 12 двигателя может содержать подходящую логику, описанную ниже, для определения порядка деактивации цилиндров (или пропусков сгорания) на основе условий работы двигателя.
Двигатель 10 может работать на множестве субстанций, подачу которых может обеспечивать топливная система 10. Управление двигателем 10 может осуществляться, по меньшей мере, частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков 16, соединенных с двигателем 10 (и описанных со ссылкой на фиг. 2), и передавать управляющие сигналы различным приводным механизмам 81, соединенным с двигателем и/или транспортным средством (как описано со ссылкой на фиг. 2). В число упомянутых различных датчиков могут входить, например, различные датчики температуры, давления и воздушно-топливного отношения. Кроме того, контроллер 12 может получать индикацию о детонации или преждевременном зажигании в цилиндре от одного или нескольких датчиков детонации, распределенных по блоку цилиндров двигателя. При их наличии, множество датчиков детонации могут быть распределены по блоку цилиндров двигателя симметрично или асимметрично. Более того, один или несколько датчиков детонации могут содержать акселерометры, датчики ионизации, или внутрицилиндровые преобразователи давления.
Контроллер двигателя может содержать генератор импульсов возбуждения и устройство задания последовательности для задания порядка работы цилиндров на основе требуемой отдачи двигателя при текущих условиях работы двигателя. Например, в генераторе импульсов возбуждения может быть использовано адаптивное управление с прогнозированием для динамического вычисления сигнала импульсов возбуждения, указывающего на то, в каких цилиндрах должно осуществляться сгорание, и при каких интервалах должна быть достигнута требуемая отдача (то есть, порядок сгорания/пропусков сгорания в цилиндрах). Порядок сгорания в цилиндрах может быть отрегулирован так, чтобы обеспечить требуемую отдачу, не вызывая при этом излишней или неприемлемой вибрации в двигателе. По существу, порядок работы цилиндров может быть выбран на основе конфигурации двигателя, например, в зависимости от того, V-образный ли это двигатель или рядный, от количества цилиндров в двигателе, и так далее. На основе выбранного порядка работы цилиндров, клапанные механизмы отдельных цилиндров, соответствующие выбранным цилиндрам, могут быть закрыты, в то время как поток топлива и зажигание в этих цилиндрах остановлены.
Поскольку наибольшая эффективность каждого из цилиндров достигается близко к полной отдаче, для снижения отдачи может быть использована пониженная частота событий сгорания. Например, при пропуске каждого второго цилиндра, в среднем, отдача составляет половину мощности. Равномерное, насколько это возможно, распределение моментов сгорания позволяет минимизировать вибрации, вызванные изменяющимся выходным крутящим моментом. Все ли цилиндры входят в порядок пропусков сгорания, может зависеть от требуемой доли отдачи, и других факторов, в том числе температуры в цилиндрах, температуры двигателя, и так далее.
Таким образом, посредством регулирования порядка работы клапанных механизмов отдельных цилиндров и топливных инжекторов отдельных цилиндров, требуемая отдача может быть обеспечена при более эффективной работе меньшего количества цилиндров, что способствует улучшению топливной экономичности.
Как раскрыто в настоящей заявке со ссылкой на фиг. 5, контроллер может осуществлять выбор порядка работы цилиндров на основе температуры двигателя во время холодного запуска двигателя. А именно, порядок работы цилиндров, в том числе количество и номера выборочно деактивированных цилиндров, могут быть основаны на тепловом потоке, требуемом при холодном запуске двигателя. Контроллер может осуществить выбор такого порядка, в котором циклы сгорания так распределены по всем цилиндрам, что ни один из них не охлаждается слишком сильно. В качестве альтернативы, может быть выбран такой порядок, при котором циклы сгорания сконцентрированы в конкретном наборе цилиндров, для поддержания их нагретыми и для ускорения прогрева отработавших газов. Кроме того, может быть отрегулирован впрыск топлива в активные цилиндры, например, может быть использован впрыск с запаздыванием для дополнительного ускорения прогрева каталитического нейтрализатора отработавших газов.
На фиг. 2 изображен пример варианта осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может получать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12, и входные данные от оператора 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В данном примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали с возможностью генерирования пропорционального сигнала положения педали ПП (pedal position, РР). Цилиндр (в настоящей заявке также упоминается, как «камера сгорания») 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным в их пределах поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен, по меньшей мере, с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства посредством системы трансмиссии. Кроме того, с коленчатым валом 140 через маховик может быть соединен двигатель стартера для обеспечения возможности запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может получать впускной воздух через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может находиться в коммуникации с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления один или несколько впускных каналов могут содержать устройство наддува, такое как турбонагнетатель или компрессор. Например, на фиг. 2 представлен двигатель 10, выполненный в конфигурации с турбонагнетателем, содержащий компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и выпускной турбиной 176, расположенной в выпускном канале 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере, частично приводиться в действие выпускной турбиной 176 через вал 180, в таком случае устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако, в других примерах, в которых двигатель 10 оснащен компрессором, выпускная турбина 176 может, в качестве альтернативы, отсутствовать, в таком случае компрессор 174 может приводиться в действие механическим приводом от электродвигателя или двигателя. Дроссель 20, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть выполнен во впускном канале двигателя для изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен после компрессора 174 по ходу потока, как показано на фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть расположен перед компрессором 174 по ходу потока.
В дополнение к цилиндру 14, отработавшие газы от других цилиндров двигателя 10 может принимать выпускной канал 148. Датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 148 перед устройством 178 снижения выбросов по ходу потока. Датчик 128 может быть выбран из различных подходящих датчиков для обеспечения индикации воздушно-топливного соотношения отработавших газов, таких как, например, линейный кислородный датчик или универсальный или широкополосный кислородный датчик отработавших газов УКДОГ (UEGO), двухпозиционный кислородный датчик или кислородный датчик отработавших газов КДОГ (EGO), HEGO (обогреваемый EGO), датчик NOx, НС или СО. Устройством 178 снижения выбросов может быть трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), ловушка NOx, различные другие устройства снижения выбросов или их сочетания.
Температура отработавших может быть определена посредством одного или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может быть установлена на основе условий работы двигателя, таких как скорость, нагрузка, воздушно-топливное отношение ВДТ (AFR), запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может быть вычислена посредством одного или нескольких датчиков 128 отработавших газов. Следует понимать, что температура отработавших газов, в качестве альтернативы, может быть оценена посредством любого сочетания перечисленных здесь способов оценки температуры.
Каждый из цилиндров двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан содержащим, по меньшей мере, один впускной тарельчатый клапан 150 и, по меньшей мере, один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый из цилиндров двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может содержать, по меньшей мере, два впускных тарельчатых клапана и, по меньшей мере, два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может осуществлять контроллер 12 посредством кулачкового привода системой 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, управление выпускным клапаном 156 может осуществлять контроллер 12 посредством системы 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачковых приводов может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из систем переключения профиля кулачков ППК (CPS), изменения положения кулачков ИПК (VCT), изменения фаз газораспределения ИФГ (VVT) и/или изменения высоты подъема клапанов ИВПК (VVL), которыми, для изменения работы клапанов, может управлять контроллер 12. Работу впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 могут определять датчики положения клапанов (не показаны) и/или датчики 155 и 157 положения распределительного вала, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления управление впускным клапаном и/или выпускным клапаном может быть реализовано посредством электрического привода клапанов. Например, в качестве альтернативы, цилиндр 14 может содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом, оснащенным системой ППК (CPS) и/или ИВК (VCT). В других вариантах осуществления, управление впускными и выпускными клапанами может осуществлять общий электрический привод клапанов или система приведения, либо привод или система приведения с изменением фаз газораспределения.
Цилиндр 14 может иметь коэффициент сжатия, который представляет собой отношение объемов при положении поршня 138 в нижней центральной точке и в верхней центральной точке. Обычно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 13:1. Тем не менее, в некоторых примерах, где используются отличные виды топлива, степень сжатия может быть увеличена. Это может произойти, например, при использовании топлива с более высоким октановым числом или топлива с более высокой удельной теплотой парообразования. Степень сжатия также может быть увеличена при использовании прямого впрыска из-за его влияния на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления каждый из цилиндров двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для обеспечения воспламенения. Система 190 зажигания в определенных режимах работы может обеспечивать искру зажигания в камере 14 сгорания посредством свечи 192 зажигания по сигналу опережения зажигания ОЗ (SA) от контроллера 12.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одним или несколькими топливными инжекторами для подачи в топлива в этот цилиндр. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан содержащим два топливных инжектора 166 и 170. Топливные инжекторы 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, получаемого из топливной системы 8 через насос высокого давления и топливную рампу В качестве альтернативы, топливо может подаваться посредством одноступенчатого топливного насоса при более низком давлении, и в этом случае выбор времени непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченным во время такта сжатия, нежели при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, топливный бак может содержать датчик давления, выдающий сигнал контроллеру 12.
Топливный инжектор 166 показан соединенным непосредственно с цилиндром 14 для непосредственного впрыска в него топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива ИВТ-1 (FPW-1), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливный инжектор 166 осуществляет так называемый непосредственный впрыск (далее в настоящей заявке упоминаемый как «НВ» (DI)) топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что на фиг. 1 инжектор 166 показан расположенным на одной из сторон цилиндра 14, в качестве альтернативы он может быть расположен над поршнем, например, вблизи расположения свечи зажигания 192. Такое расположение может обеспечить улучшение смешивание и сгорания при работе двигателя с топливом на основе спирта из-за низкой летучести некоторых спиртовых видов топлива. В качестве альтернативы, инжектор может быть расположен наверху и вблизи впускного клапана для улучшения смешивания.
Топливный инжектор 170 показан расположенным во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, в такой конфигурации, которая обеспечивает так называемый распределенный впрыск топлива (далее в настоящей заявке упоминаемый как «РВТ» (PFI)) во впускной порт перед цилиндром 14 по ходу потока. Топливный инжектор 170 может осуществлять впрыск топлива, полученного из топливной системы 8, пропорционально ширине импульсов сигнала ИВТ-2 (FPW-2), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Отметим, что для обеих систем впрыска топлива может быть использован один драйвер 168 или 171, или, как показано, могут быть использованы несколько драйверов, например, драйвер 168 для топливного инжектора 166 и драйвер 171 для топливного инжектора 170.
Топливные инжекторы 168 и 170 могут иметь различные характеристики. В том числе, могут быть различны размеры, например, отверстие форсунки у одного инжектора может быть больше, чем у другого. К другим отличиям могут относиться, в том числе, различные углы распыла, различные рабочие температуры, различное нацеливание, различное время впрыска, различные параметры распыления, различные положения и так далее. Кроме того, в зависимости от отношения, в котором распределено впрыскиваемое топливо между инжекторами 166 и 170, могут быть достигнуты различные эффекты.
В течение одного цикла цилиндра топливо может быть подано в цилиндр обоими инжекторами. Например, каждый из инжекторов может подавать часть общего впрыскиваемого топлива, сгорание которого происходит в цилиндре 14. Таким образом, даже в течение одного события сгорания, впрыскиваемое топливо может быть подано инжекторами непосредственного и распределенного впрыска в различное время. Кроме того, в течение одного события сгорания, за каждый цикл могут быть осуществлены множество впрысков подаваемого топлива. Множественные впрыскивания могут быть осуществлены в течение такта сжатия, такта впуска, или любого их сочетания.
Как описано выше, на фиг. 2 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр может также содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор (инжекторы), свечу зажигания, и так далее. Должно быть ясно, что двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров, в том числе 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, или более цилиндров. Кроме того, каждый из этих цилиндров может содержать все те различные компоненты, которые раскрыты и показаны на фиг. 2 со ссылкой на цилиндр 14, или некоторые из них.
Двигатель может дополнительно содержать один или несколько каналов рециркуляции отработавших газов для рециркуляции части отработавших газов из выпускной системы двигателя во впускную систему двигателя. По существу, посредством рециркуляции некоторой части отработавших газов, можно повлиять на обеднение смеси в двигателе, что может способствовать улучшению характеристик двигателя за счет уменьшения детонации двигателя, пиковых температур и давлений сгорания в цилиндрах, потерь на дросселирование, и выброса NOx. В показанных вариантах осуществления, отработавшие газы могут быть рециркулированы из выпускного канала 148 во впускной канал 144 через канал 141 РВГ (EGR). Регулирование количества рециркулированных отработавших газов, подаваемого во впускной канал 148, может осуществляться контроллером 12 посредством клапана 143 РВГ (EGR). Кроме того, внутри канала РВГ (EGR) может быть предусмотрен датчик 145 РВГ (EGR), обеспечивающий измерение давления и/или температуры и/или концентрации отработавших газов.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в виде микроконтроллера, содержащего микропроцессорное устройство 106, порты 108 ввода/вывода, электронное запоминающее устройство для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в данном конкретном примере, в виде постоянного запоминающего устройства 110, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в том числе, в дополнение к вышеописанным примерам, измеренный массовый расход засасываемого воздуха МРВ (MAF) от датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя ТОД (ЕСТ) от датчика 116 температуры, соединенного с рукавом 118 охлаждения; сигнал профильного определения зажигания ПОЗ (PIP) от датчика 120 Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; сигнал положения дросселя ПД (TP) отдатчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе АДК (MAP) от датчика 124. Сигнал скорости вращения двигателя (RPM) может быть выработан контроллером 12 из сигнала профиля зажигания ПЗ (PIP). Сигнал давления воздуха в коллекторе АДК (MAP) от датчика давления в коллекторе может быть использован для обеспечения индикации вакуума или давления во впускном коллекторе. К другим датчикам могут относиться, в том числе, датчики уровня топлива и датчики состава топлива, соединенные с топливным баком (баками) топливной системы.
В постоянном запоминающем устройстве 110 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой постоянные команды, исполняемые процессором 106 для реализации способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но не приведены отдельно.
При нормальном использовании двигатель 10 обычно работает со сгоранием в каждом цилиндре в каждый цикл двигателя. Таким образом, за каждые 720 градусов поворота (то есть два оборота коленчатого вала) в каждом из цилиндров осуществляется одно сгорание. Для обеспечения возможности сгорания в каждом из цилиндров каждый впускной и выпускной клапан активируют (то есть, открывают) в определенное время. Кроме того, в каждый из цилиндров впрыскивают топливо, и система искрового зажигания обеспечивает в каждом из цилиндров искру в определенное время. Соответственно, в каждом из цилиндров искра обеспечивает зажигание воздушно-топливной смеси для начала сгорания.
На фиг. 3 проиллюстрирован пример графика событий сгорания в цилиндрах на примере четырехцилиндрового двигателя (например, в двигателе 10 фиг. 1) при нормальной работе без пропусков сгорания. Положение каждого из цилиндров четырехцилиндрового двигателя в двигателе описано графиками, обозначенными Цил. 1-4. Вертикальными отметками на графиках Цил. 1-4 обозначены положения верхней мертвой точки и нижней мертвой точки поршня соответствующих цилиндров. Такты соответствующих цилиндров обозначены отметками ВПУСК, СЖАТИЕ (такт сжатия), РАСШ. (такт сжатия), и ВЫПУСК (такт выпуска).
Исходным порядком сгорания в двигателе является 1-3-4-2, то есть в каждом такте двигателя сгорание сначала осуществляется в Цил. 1, затем в Цил. 3, Цил. 4 и Цил. 2. Таким образом, сгорание в Цил. 1 происходит в ВМТ (TDC) или около нее, между тактами сжатия и расширения, и отмечено звездой 300. Для обеспечения сгорания в Цил. 1 подается топливо, впускной клапан активируется для засасывания поступающего в цилиндр воздуха (и затем закрывается для удержания горючей смеси в цилиндре), и посредством события искрового зажигания инициируется сгорание. Сгорание в Цил. 3 инициирует искра, как показано звездой 302. При нахождении Цил. 3 в такте сжатия, Цил. 1 находится в такте расширения. Сгорание в Цил. 4 инициирует искра, как показано звездой 304. При нахождении Цил. 4 в такте сжатия, Цил. 1 находится в такте выпуска, и Цил. 3 находится в такте расширения. Сгорание в Цил. 2 инициирует искра, как показано звездой 306. При нахождении Цил. 2 в такте сжатия, Цил. 1 находится в такте впуска, Цил. 3 находится в такте выпуска, и Цил. 4 находится в такте расширения. По завершению сгорания в Цил. 2 начинается новый цикл двигателя, и сгорание опять происходит в Цил. 1, как показано звездой 308. Затем, как показано, сгорание продолжается в соответствии с порядком сгорания в двигателе.
Во время некоторых рабочих условий двигатель 10 может работать в режиме пропусков сгорания, при котором в каждом из циклов двигателя сгорание осуществляется не во всех цилиндрах двигателя. Режим пропусков сгорания может быть осуществлен при условиях низкой нагрузки, или других условиях, когда количество топлива на каждый цилиндр, которое должно быть впрыснуто в каждый из цилиндров, относительно невелико (например, настолько невелико, что точная подача топлива может быть затруднена). Кроме того, режим пропусков сгорания может быть реализован при выбранных холодных запусках двигателя. При пропусках сгорания один или большее количество цилиндров двигателя пропускают (например, в них не осуществляют сгорание) в каждом из циклов двигателя. Для поддержания требуемого крутящего момента топливо перераспределяют в цилиндры, в которых осуществляется сгорание, что приводит к увеличению количества топлива на цилиндр, снижающему погрешности подачи топлива. Пропуски сгорания могут дополнительно привести к снижению насосных потерь, что повышает эффективность двигателя.
Для пропуска определенного цилиндра впускной и выпускной клапаны этого определенного цилиндра деактивируют (например, посредством управления приводными механизмами 152 и 154), например, впускной и выпускной клапаны оставляют закрытыми в течение каждого такта цикла цилиндра. Таким образом, свежая горючая смесь не попадает в цилиндр. Кроме того, впрыск топлива посредством инжектора 170 распределенного впрыска и/или инжектора непосредственного впрыска, например, приостановлен. В некоторых примерах дополнительно может быть отключена искра (например, искра свечи 192 зажигания). В других примерах в определенном цилиндре может быть обеспечена искра. Однако, без горючей смеси воздуха и топлива, даже при наличии искры, в этом определенном цилиндре сгорание не произойдет.
На фиг. 4 проиллюстрирован пример графика событий сгорания в цилиндрах на примере четырехцилиндрового двигателя (например, двигателя 10 фиг. 1) при работе с пропусками сгорания, осуществляемой во время холодного запуска двигателя. Аналогично фиг. 3, положение каждого из цилиндров четырехцилиндрового двигателя в двигателе описано графиками, обозначенными Цил. 1-4. Вертикальными отметками на графиках Цил. 1-4 обозначены положения верхней мертвой точки и нижней мертвой точки поршня соответствующих цилиндров. Такты соответствующих цилиндров обозначены отметками ВПУСК, СЖАТИЕ, РАСШ., и ВЫПУСК.
Как описано выше, исходным порядком сгорания в двигателе является 1-3-4-2. При пропусках сгорания один или большее количество цилиндров двигателя пропускают в каждом из циклов двигателя. Количество пропускаемых цилиндров может быть выбрано на основе рабочих условий, таких как нагрузка на двигатель и температура двигателя, как более подробно раскрыто ниже в отношении фиг. 5. Кроме того, в каждом из циклов двигателя могут быть пропущены разные цилиндры, таким образом, что за несколько циклов двигателя в каждом из цилиндров осуществляется, по меньшей мере, одно сгорание, и каждый из цилиндров пропущен, по меньшей мере, однажды.
Более того, в некоторых циклах двигателя за один определенный оборот коленчатого вала может не осуществляться сгорание ни в одном из цилиндров.
При пропусках сгорания порядок сгорания в двигателе может быть изменен для достижения задаваемого порядка сгорания, при котором пропускают один или несколько цилиндров. Задаваемый порядок сгорания может обеспечивать поддержание того же основного порядка сгорания двигателя, с пропуском одного или нескольких цилиндров в каждом цикле двигателя, с чередованием пропускаемых цилиндров от одного цикла двигателя к другому. Как показано на фиг. 4, в задаваемом порядке сгорания двигателя при пропусках сгорания может осуществляться сгорание в двух цилиндрах, пропуск одного цилиндра, сгорание в двух цилиндрах, пропуск одного цилиндра, и так далее, в результате чего получается порядок сгорания 1-3-Х-2-1-Х-4-2-Х-3-4-Х. Таким образом, каждый раз до повторения порядка пропусков при пропуске цилиндра осуществляется пропуск разных цилиндров.
Таким образом, как видно, сгорание в Цил. 1 происходит в ВМТ (TDC) или около нее, между тактами сжатия и расширения, что отмечено звездой 400. Сгорание в Цил. 3 инициируется искрой, как показано звездой 402. Цил. 4, сгорание в котором в исходном порядке сгорания должно происходить после Цил. 3, пропускается. Таким образом, хотя в Цил. 4 может по-прежнему образовываться искра в такте сжатия, сгорание не инициируется из-за отсутствия активации клапанов и впрыска топлива, что показано пунктирной звездой 404. Сгорание в Цил. 2 инициирует искра, как показано звездой 406.
В следующем цикле двигателя сгорание осуществляется в Цил. 1, Цил. 4, и Цил. 2 (как показано звездой 408, звездой 412 и звездой 414, соответственно). В Цил. 3 сгорание не осуществляется, как показано пунктирной звездой 410. В следующем цикле двигателя Цил. 1 и Цил. 2 пропущены, как показано пунктирными звездами 416 и 422, соответственно, тогда как в Цил. 3 и Цил. 4 осуществляется сгорание, как показано звездами 418 и 420, соответственно. Таким образом, в течение некоторых циклов двигателя осуществляется пропуск только одного цилиндра, тогда как в других циклах двигателя пропускают более чем один цилиндр. Однако показанный задаваемый порядок сгорания обеспечивает поддержание равномерного порядка сгорания (пропуск одного цилиндра на каждые два цилиндра со сгоранием), снижающего проблемы ШВР (NVH). Следует, однако, отметить, что показанные на фиг. 3 и 4 порядок и последовательность являются по своей природе только примерами, и не имеют своей целью ограничение объема настоящего изобретения. Например, в некоторых вариантах осуществления до пропуска в цилиндре может осуществляться сгорание воздушно-топливной смеси в трех цилиндрах. В других вариантах осуществления до пропуска в цилиндре может осуществляться сгорание воздушно-топливной смеси в четырех цилиндрах. В других вариантах осуществления сгорание может быть пропущено в двух цилиндрах подряд, а не в одном, как показано на фиг. 4. Более того, в других вариантах осуществления в режиме пропусков сгорания могут осуществляться пропуски выбранной группы цилиндров, при осуществлении сгорания в других цилиндрах. После этого, в последующем режиме пропусков сгорания могут осуществляться постоянные пропуски другого набора цилиндров.
Должно быть ясно, что изображенный на фиг. 4 порядок является не ограничивающим примером порядка выборочной деактивации, который выбирается и применяется во время холодного запуска двигателя. По существу, возможные варианты порядков могут также зависеть от крепления двигателя (например, продольного или поперечного крепления, жесткого или с активными опорами, и так далее). Поэтому порядки деактивации могут быть оценены с точки зрения нахождения приемлемых порядков, в которых слабо передается вибрация в пассажирский отсек/на направляющие сиденья, в зависимости от конструктивной схемы монтажа двигателя.
Обратимся теперь к фиг. 5, где представлен способ 500 работы двигателя с пропусками сгорания. Способ 500 может быть реализован контроллером, таким как контроллер 12, представленный на фиг. 1, в соответствии с записанными в нем постоянными командами для выборочной работы двигателя 10 в режиме пропусков сгорания при холодном запуске двигателя, как описано ниже.
На этапе 502 способ 500 содержит определение рабочих условий двигателя. К таким условиям могут относиться, в том числе, нагрузка двигателя, скорость вращения двигателя, требуемый оператору крутящий момент, требуемая двигателем подача топлива, температура каталитического нейтрализатора, температура хладагента двигателя, и внешние условия, такие как температура окружающего воздуха. Рабочие условия могут быть определены на основе выходных сигналов одного или нескольких датчиков двигателя, раскрытых выше в отношении фиг. 1.
На этапе 504 способа 500 определяют, выполняются ли условия холодного запуска двигателя. В одном из примеров наличие условий холодного запуска двигателя может быть подтверждено, если температура двигателя, или температура каталитического нейтрализатора, ниже порогового значения. Пороговое значение может соответствовать температуре активации, выше которой каталитический нейтрализатор активирован. Если условия холодного запуска не выполнены, например, если двигатель уже достаточно горячий, то на этапе 506 алгоритм содержит настройку порядка деактивации цилиндров и переход к работе с пропусками сгорания на основе сочетания различных параметров работы двигателя или одного из них. К таким условиям может относиться нахождение скорости вращения двигателя, требуемого количества топлива, и нагрузки двигателя ниже соответствующих установленных пороговых значений. Например, при холостой работе двигателя скорость вращения двигателя может быть низкой, такой как 500 оборотов в минуту (RPM), и нагрузка двигателя может быть низкой. Таким образом, требуемое количество топлива, которое зависит от скорости, нагрузки, и рабочих условий, таких как температура двигателя, давление в коллекторе, и так далее, может быть слишком низким для точной подачи требуемого количества топлива. Обычно при постоянном крутящем моменте и постоянном количестве цилиндров, в которых осуществляется сгорание, по мере снижения скорости вращения двигателя нагрузка двигателя возрастает. За счет работы меньшего количества цилиндров средняя нагрузка на цилиндры, в которых осуществляется сгорание, выше, поэтому в цилиндрах допустимо более сильное запаздывание зажигания при обеспечении удовлетворительного сгорания, что позволяет передавать каталитическому нейтрализатору большее количество теплоты. Условия работы с пропусками сгорания могут также зависеть от определения контроллером нахождения двигателя в установившемся режиме работы, поскольку в переходных условиях работы может изменяться требуемое количество топлива. Установившиеся условия работы могут быть определены на основе длительности нахождения при текущей нагрузке, или любым подходящим образом. Таким образом, если рабочие условия двигателя не указывают на необходимость начала пропусков сгорания (например, при высокой нагрузке двигателя), то на этапе 506 способа осуществляется поддержание текущих рабочих условий, и работа в режиме пропусков сгорания не начинается. Например, текущие условия работы могут содержать осуществление сгорания в каждом из цилиндров двигателя в соответствии с исходным порядком сгорания двигателя, с приведением всех впускных и выпускных клапанов в подходящее время и с активированными впрыском топлива и зажиганием во всех цилиндрах. После этого способ 500 завершается.
Если холодный запуск двигателя подтвержден, то на этапе 508 способ содержит, во время холодного запуска двигателя, оценку теплового потока, требуемого для активирования каталитического нейтрализатора. Например, при падении температуры двигателя (или температуры каталитического нейтрализатора) ниже порогового значения (или температуры активации), требуемый тепловой поток может быть увеличен. В качестве другого примера, при падении температуры окружающей среды ниже порогового значения (которое зависит от температуры активации), требуемый тепловой поток может быть увеличен.
На этапе 510 способ содержит, на основе оценки теплового потока, деактивацию клапанных механизмов отдельных цилиндров, соответствующих одному или нескольким из множества цилиндров, в соответствии с порядком, который содержит общее количество деактивированных и активных цилиндров и порядок осуществления сгорания в активных цилиндрах. Например, на этапе 511, способ содержит определение количества и номеров цилиндров, которые должны быть выборочно деактивированы. Это определение может быть основано на температуре двигателя при холодном запуске, причем количество деактивированных цилиндров увеличивается по мере уменьшения температуры двигателя. Как более подробно раскрыто ниже, благодаря деактивации некоторого количества цилиндров оставшиеся активные цилиндры могут работать с более сильным запаздыванием зажигания, что увеличивает количество теплоты, передаваемое каталитическому нейтрализатору отработавших газов. Номера выборочно деактивированных цилиндров могут дополнительно зависеть от порядка сгорания в двигателе. Например, как описано в отношении порядка пропусков сгорания на фиг. 4, может быть выбран такой порядок, в котором периодически пропускается каждый из цилиндров двигателя, благодаря чему предотвращается слишком сильное охлаждение какого-либо из цилиндров. В альтернативном примере, в зависимости от расположения цилиндра в блоке двигателя и порядка сгорания в цилиндрах, конкретный цилиндр может быть более предпочтительным для осуществления пропусков или сгорания. Например, в цилиндре, расположенном в блоке двигателя ближе к выпускному каналу, сгорание может осуществляться часто, тогда как цилиндр, расположенный в блоке двигателя ближе ко впускному каналу, может часто быть пропущен.
В качестве другого примера, на этапе 512 может быть определена длительность работы в режиме пропусков сгорания. Оно может содержать определение количества циклов сгорания, в течение которых выбранные цилиндры деактивированы. Оно может дополнительно содержать определение пройденного расстояния или периода времени, в течение которых цилиндры деактивированы. По существу, после заданной длительности/расстояния двигатель может быть возвращен в режим без пропусков сгорания с осуществлением сгорания во всех цилиндрах двигателя.
На этапе 513 способ содержит работу оставшихся активных цилиндров с определенной величиной запаздывания зажигания. Величина запаздывания зажигания, применяемая в активных цилиндрах, может зависеть от оценки теплового потока и выбранного порядка сгорания в цилиндрах. Например, величина запаздывания момента зажигания может быть основана на температуре двигателя при холодном запуске и количестве и номерах выборочно деактивированных цилиндров. Например, величина запаздывания момента зажигания, применяемая в активных цилиндрах, может быть увеличена при понижении температуры двигателя или при увеличении количества деактивированных цилиндров. Благодаря работе цилиндров двигателя с пропусками сгорания во время холодного запуска двигателя, в активных цилиндрах допустимо более сильное запаздывание зажигания без достижения предела стабильности сгорания или возникновения проблем с ШВР (NVH) (по сравнению со средним запаздыванием зажигания, которое было бы допустимо при всех активных цилиндрах). Это позволяет ускорить прогрев каталитического нейтрализатора за счет увеличения количества теплоты, рассеиваемой в отработавших газах.
На этапе 514 способ содержит регулирование скорости вращения двигателя, требуемой для поддержания крутящего момента холостого хода во время холодного запуска двигателя, в зависимости от применяемого порядка деактивации цилиндров. Более конкретно, для дополнительного устранения каких-либо проблем с ШВР (NVH), вызванных сгоранием в активных цилиндрах при различных средних частотах, и с более широкими входными импульсами (крутящего момента), может быть изменена скорость вращения двигателя, применяемая для поддержания крутящего момента холостого хода двигателя. Например, способ может содержать повышение скорости вращения двигателя для поддержания крутящего момента холостого хода, основанное на количестве деактивированных цилиндров. В качестве примера, при работе двигателя с определенным значением запаздывания зажигания, скорость вращения двигателя может быть увеличена по мере уменьшения количества цилиндров, в которых осуществляется сгорание. Кроме того, увеличение скорости вращения двигателя может зависеть от номеров выборочно деактивированных цилиндров. Например, частота сгорания может быть увеличена по мере увеличения скорости вращения двигателя с течением времени, обеспечивая ощущение большей плавности. Более того, скорость вращения двигателя может дополнительно зависеть от величины применяемого запаздывания зажигания. Например, при деактивации определенного количества цилиндров скорость вращения двигателя может быть увеличена по мере увеличения запаздывания зажигания. Нагрузка двигателя также может быть увеличена для поддержания выходного крутящего момента. По существу, скорость вращения и нагрузка двигателя определяют требуемую мощность.
Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью оптимизации сочетания выбранного графика изменения деактивации цилиндров (включая количество и номера деактивированных цилиндров), графика изменения скорости вращения двигателя и графика изменения запаздывания зажигания на основе требуемого теплового потока для каталитического нейтрализатора с использованием модели теплообразования и/или динамометрических экспериментальных данных. Результаты могут быть собраны в справочной таблице, используемой при работе без обратной связи. Контроллер может получать набор из деактивированных цилиндров, скорости вращения двигателя и моментах зажигания из справочной таблицы на основе температуры двигателя (или температуры отработавших газов) при холодном запуске. В качестве альтернативы, такой набор может быть получен из справочной таблицы с использованием обратной связи, на основе температуры отработавших газов. Справочная таблица может быть дополнительно настроена для включения в ее состав входных данных от акселерометров, расположенных вдоль блока двигателя для измерения уровней вибрации. Например, набор может быть выбран таким, чтобы поддерживать ШВР (NVH) в установленных пределах. В качестве примера, порядки деактивации могут быть оценены с точки зрения нахождения приемлемых порядков, в которых слабо передается вибрация в пассажирский отсек/кабину/на направляющие сиденья.
На этапе 516, при работе двигателя с несколькими выборочно деактивированными цилиндрами и определенным запаздыванием момента зажигания в остальных активных цилиндрах, и с повышенной скоростью вращения двигателя для поддержания крутящего момента холостого хода, может быть определено наличие проблем с ШВР (NVH). Например, может быть определено, превышает ли вибрация, измеренная соединенным с двигателем акселерометром, пороговое значение. Если да, то на этапе 518 способ содержит изменение порядка сгорания в цилиндрах и графика регулирования скорости вращения двигателя. Например, при увеличении количества деактивированных цилиндров до достижения предела ШВР (NVH) может быть увеличена скорость вращения двигателя. После этого контроллер может снизить скорость вращения двигателя при уменьшении количества деактивированных цилиндров, или изменении номеров деактивированных цилиндров.
Если на этапе 516 не достигнуты пределы ШВР (NVH), или после изменения сочетания графиков скорости вращения двигателя, деактивированных цилиндров и запаздывания зажигания на этапе 518, алгоритм переходит к этапу 520, на котором может быть определено, превышает ли температура каталитического нейтрализатора отработавших газов (Tcat) пороговое значение, которое, например, выше температуры активации. Если прогрев каталитического нейтрализатора отработавших газов недостаточен, на этапе 522 способ содержит поддержание порядка сгорания в цилиндрах, соответствующего холодному запуску, в котором деактивировано определенное число цилиндров, скорость вращения двигателя увеличена, и момент зажигания в активных цилиндрах существенно запаздывает. При достаточном прогреве каталитического нейтрализатора отработавших газов и достижении им температуры активации способ содержит на этапе 522 корректирование порядка работы цилиндров и/или момента зажигания на основе текущих рабочих условий двигателя, таких как нагрузка двигателя. Это включает в себя, как и на этапе 506, определение выполнения условий пропуска сгорания, и соответствующую корректировку деактивации цилиндров. Аналогичным образом, на основе рабочих условий, таких как нагрузка двигателя и требуемый крутящий момент, также могут быть отрегулированы момент зажигания и скорость вращения двигателя.
В одном из примеров система двигателя содержит двигатель со множеством цилиндров; каталитический нейтрализатор; датчик температуры, соединенный с выпускной системой двигателя; акселерометр, соединенный с блоком двигателя, для оценки вибрации двигателя; клапанные механизмы с электрическим приводом, соединенные с каждым из множества цилиндров; и топливные инжекторы с возможностью выборочной деактивации, соединенные с каждым из множества цилиндров. Система двигателя может дополнительно содержать контроллер двигателя, с записанными в долговременной памяти машиночитаемыми командами для: оценки теплового потока, требуемого для активации каталитического нейтрализатора отработавших газов при холодном запуске двигателя; и, на основе оценки теплового потока, деактивации клапанных механизмов отдельных цилиндров, соответствующих одному или нескольким из множества цилиндров, в соответствии с порядком, который содержит общее количество деактивированных и активных цилиндров и порядок осуществления сгорания в активных цилиндрах. Тепловой поток может быть оценен на основе разницы температуры каталитического нейтрализатора и температуры активации, причем тепловой поток увеличивается по мере увеличения разницы. Кроме того, контроллер может управлять работой активных цилиндров с величиной запаздывания зажигания, которая зависит от оценки теплового потока и порядка сгорания. Более того, контроллер может регулировать скорость вращения двигателя при холодном запуске в зависимости от порядка сгорания и величины запаздывания зажигания. Регулирование скорости вращения двигателя может содержать увеличение скорости вращения двигателя при уменьшении количества активных цилиндров в порядке сгорания. Контроллер может содержать дополнительные команды для корректирования одного или более из следующего: порядка сгорания, величины запаздывания зажигания, и скорости вращения двигателя, в ответ на превышение вибрацией, измеренной акселерометром, пределов ШВР (NVH). Например, корректирование порядка сгорания может содержать изменение общего количества деактивированных и активных цилиндров в порядке сгорания и/или изменение номеров деактивированных цилиндров при поддержании общего количества деактивированных и активных цилиндров. Упомянутое корректирование может дополнительно содержать снижение скорости вращения двигателя при поддержании величины запаздывания зажигания или снижение величины запаздывания зажигания при поддержании скорости вращения двигателя.
Обратимся теперь к фиг. 6, где схема 600 иллюстрирует пример корректирования графиков изменения сочетания порядка деактивации цилиндров, запаздывания зажигания в активных цилиндрах, и скорости вращения двигателя при холодных запусках двигателя. На схеме 600 изображен режим работы двигателя (с пропусками сгорания или обычный) на графике 602, число деактивированных цилиндров на графике 604, применяемое для активных цилиндров запаздывание зажигания, на графике 606, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов на графике 608 и скорость вращения двигателя на графике 610.
До момента времени t1 двигатель может быть заглушен. В момент времени t1 двигатель может быть запущен. Из-за холодных внешних условий в момент перезапуска двигателя температура каталитического нейтрализатора отработавших газов может быть ниже температуры активации (ТА (LOT), пунктирная линия), поэтому перезапуск двигателя может быть признан холодным запуском. В зависимости от теплового потока, требуемого при холодном запуске двигателя, в момент времени t1 может быть деактивировано большее число цилиндров, и оставшиеся активные цилиндры могут работать с большей величиной запаздыванием зажигания. Кроме того, скорость вращения двигателя может быть увеличена для поддержания холостого крутящего момента (в данном случае скорость вращения двигателя поддерживается после набора на повышенном уровне). Между моментами времени t1 и t2 двигатель может работать в режиме пропусков сгорания с существенным запаздыванием зажигания в активных цилиндрах для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора.
В момент времени t2 температура каталитического нейтрализатора может превысить ТА (LOT). Соответственно, для прогрева каталитического нейтрализатора может больше не требоваться дополнительный тепловой поток. В зависимости от нагрузки двигателя и требуемого крутящего момента в момент времени t2 двигатель может оставаться в режиме пропусков сгорания, но с меньшим числом деактивированных цилиндров и большим числом цилиндров, в которых осуществляется сгорание. Кроме того, момент зажигания может быть смещен обратно к ОМЗ (МВТ). Более того, может быть снижена скорость вращения двигателя на холостом ходу. В момент времени t3, в ответ на дополнительное изменение нагрузки двигателя и требуемого крутящего момента, двигатель может быть выведен из режима пропусков сгорания, и может работать со сгоранием во всех цилиндрах и при зажигании в ОМЗ (МВТ). Кроме того, скорость вращения двигателя может изменяться в зависимости от положения педали и требуемого крутящего момента.
Между моментами времени t3 и t5 может закончиться период использования транспортного средства, в котором двигатель работает, и затем его заглушают. В момент времени t5 двигатель может быть перезапущен. В момент времени t5, аналогично моменту времени t1, из-за холодных окружающих условий в момент перезапуска двигателя температура каталитического нейтрализатора отработавших газов может быть ниже температуры активации (ТА (LOT), пунктирная линия), поэтому перезапуск двигателя в момент времени t5 тоже может быть признан холодным запуском. В данном случае, по существу, может требоваться тот же тепловой поток при холодном запуске в момент времени t5, что и требовался в момент времени t1. Однако, из-за ограничений, связанных с ШВР (NVH) и стабильностью сгорания, может быть деактивировано меньшее число цилиндров, и оставшиеся активные цилиндры могут работать с меньшей величиной запаздыванием зажигания. Кроме того, скорость вращения двигателя может быть снижена (после ее набора) для поддержания холостого крутящего момента. Между моментами времени t5 и t6 двигатель может работать в режиме пропусков сгорания с менее сильным запаздыванием зажигания в активных цилиндрах для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора. Однако, в момент времени t6 может быть достигнут предел ШВР (NVH), и может наблюдаться существенная вибрация двигателя. Для решения этой проблемы может быть увеличена скорость вращения двигателя при корректировании порядка сгорания в цилиндрах для увеличения числа деактивированных цилиндров и при неизменном моменте зажигания.
Приблизительно в момент времени t7 температура каталитического нейтрализатора может превысить ТА (LOT). Соответственно, для прогрева каталитического нейтрализатора может больше не требоваться дополнительный тепловой поток. В зависимости от нагрузки и требуемого крутящего момента двигателя в момент времени t7, двигатель может оставаться в режиме пропусков сгорания, но с меньшим числом деактивированных цилиндров и большим числом цилиндров со сгоранием. Кроме того, момент зажигания может быть смещен обратно к ОМЗ (МВТ) и активные цилиндры могут работать при более слабом запаздывании зажигания. Более того, может быть снижена скорость вращения двигателя на холостом ходу. В момент времени t8, в ответ на дополнительное изменение нагрузки двигателя и требуемого крутящего момента, двигатель может быть выведен из режима пропусков сгорания, и может работать со сгоранием во всех цилиндрах и при зажигании, смещенном обратно к ОМЗ (МВТ). Кроме того, скорость вращения двигателя может изменяться в зависимости от положения педали и требуемого крутящего момента.
Таким образом, контроллер может быть выполнен с возможностью, при первом холодном запуске двигателя, управления работой двигателем с первой группой деактивированных цилиндров, с применением в оставшихся цилиндрах первой величины запаздывания зажигания, и с первой скоростью вращения двигателя. Контроллер может быть выполнен с возможностью, при втором холодном запуске двигателя, управления работой двигателем со второй группой деактивированных цилиндров, с применением в оставшихся цилиндрах второй, большей величины запаздывания зажигания, и со второй, более высокой скоростью вращения двигателя, по сравнению с вышеизложенным. При этом вторая группа деактивированных цилиндров может содержать большее количество деактивированных цилиндров, по сравнению с первой группой. В качестве альтернативы, первая и вторая группа деактивированных цилиндров могут содержать одинаковое количество деактивированных цилиндров, причем номера цилиндров первой группы не совпадают с номерами цилиндров второй группы. Температура окружающей среды при первом холодном запуске может быть выше температуры окружающей среды при втором холодном запуске. Кроме того, предел ШВР (NVH) двигателя при первом холодном запуске может быть ниже, чем при втором холодном запуске.
Техническим результатом регулирования всех таких параметров, как скорость вращения двигателя, порядок деактивации цилиндров, и момента зажигания в активных цилиндрах, в том, что может быть ускорен прогрев каталитического нейтрализатора при холодном запуске двигателя. Более конкретно, работа двигателя с пропусками сгорания может быть использована при холодном запуске для обеспечения возможности работы активных цилиндров с более высокой величиной запаздывания зажигания, без негативного влияния на стабильность сгорания. По существу, использование более сильного запаздывания зажигания позволяет направить дополнительное тепло в выпускную систему двигателя, что способствует более быстрому увеличению температуры каталитического нейтрализатора. Благодаря одновременному увеличению скорости вращения двигателя, требуемой для поддержания крутящего момента холостого хода, могут быть снижены эффекты ШВР (NVH), возникающие из-за увеличения запаздывания зажигания и разных частот сгорания в цилиндрах. Благодаря ускорению прогрева каталитического нейтрализатора могут быть улучшены характеристики выбросов при холодном запуске.
Необходимо отметить, что примеры приведенных здесь алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с двигателями и/или системами транспортных средств различных конструкций. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут быть сохранены в виде исполнимых команд в постоянном запоминающем устройстве, и могут быть реализованы системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими аппаратными средствами двигателя. Конкретные раскрытые в настоящей заявке алгоритмы могут представлять собой одну или несколько из любого количества стратегий вычислений, таких как основанная на событиях, основанная на прерываниях, многозадачная, многопоточная и тому подобные. Таким образом, различные описанные действия, процессы и/или функции могут быть выполнены в представленной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, могут быть опущены. Аналогично, такой порядок вычислений не обязателен для достижения преимуществ и реализации признаков раскрытых в настоящей заявке примеров осуществления, но приведен для простоты графического представления и описания. Одно или несколько описанных действий, процессов и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Более того, описанные действия, процессы и/или функции могут графически представлять код, который должен быть записан в энергонезависимой памяти машиночитаемого запоминающего устройства в системе управления двигателем, в которой описанные действия реализуются посредством исполнения команд в системе, содержащей различные аппаратные средства двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и последовательности, раскрытые в данном документе, являются по своей сути примерами, и эти конкретные варианты осуществления не должны быть восприняты в ограничивающем значении, поскольку возможно множество модификаций. Например, вышеупомянутая технология может быть применена к V-образному шестицилиндровому, рядному четырехцилиндровому, рядному шестицилиндровому, рядному трехцилиндровому, V-образному двенадцатицилиндровому, оппозитному четырехцилиндровому и другим типам двигателей. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и частичные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В последующей формуле изобретения конкретно указаны определенные сочетания и частичные сочетания, которые следует считать новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие сочетания и частичные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.