МОДУЛЯЦИЯ КОЛИЧЕСТВА ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЯХ С ЗАЖИГАНИЕМ ОТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
METHOD TO REGULATE FUEL FEED IN ENGINE WITH IGNITION BY AUXILIARY FUEL

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к работающим двигателям внутреннего сгорания.
Двигатель с зажиганием от вспомогательного топлива работает на двух топливах одновременно: на основном топливе, ответственном в основном за создание вращающего момента, и вспомогательном топливе, ответственном в основном за воспламенение основного топлива (см., например, WO 00/61927). Поскольку вспомогательное топливо в основном предназначено для воспламенения основного топлива, вращающий момент, производимый вспомогательным топливом, в общем является очень маленьким по сравнению с вращающим моментом, производимым основным топливом. Сгорание вспомогательного топлива повышает давление и температуру внутри камеры сгорания до порога воспламенения основного топлива. Как только порог воспламенения достигнут, основное топливо начинает гореть. Количество и согласование по времени, с которыми вспомогательное топливо вводится в камеру сгорания, точно измеряются для достижения порога воспламенения в заданный момент времени относительно цикла сгорания. Согласование по времени основного топлива так тщательно не контролируется. В двигателе, который использует газовый смеситель на входе для измерения основного топлива, задержки передачи между изменением подачи топлива в газовом смесителе и изменением подачи топлива, реализуемом как изменение во вращающем моменте двигателя, приводят к медленной реакции двигателя на изменения, которые воздействуют на потребности в подаче топлива двигателя, такие как изменения в числе оборотов или нагрузке двигателя.
Поэтому в двигателях с зажиганием от вспомогательного топлива имеется потребность в улучшении чувствительности к изменениям, которые воздействуют на потребности двигателя в подаче топлива.
Настоящее изобретение направлено на систему и способ управления двигателем с зажиганием от вспомогательного топлива для улучшения чувствительности к изменениям, которые воздействуют на потребности двигателя в подаче топлива.
Согласно первому объекту изобретения создана система двигателя, содержащая двигатель внутреннего сгорания, регулятор расхода первого топлива, выполненный с возможностью управления количеством первого топлива, подаваемого в двигатель, регулятор расхода второго топлива, выполненный с возможностью управления количеством второго топлива, подаваемого в двигатель одновременно с первым топливом, подаваемым в двигатель, и регулирующее устройство, подсоединенное к регулятору расхода второго топлива и выполненное с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива при работе двигателя в установившемся режиме, чтобы регулировать количество второго топлива, подаваемого в двигатель, в зависимости от количества первого топлива, подаваемого в двигатель, для действия при воспламенении первого топлива в заданный момент времени, и выполненное с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива при работе двигателя в переходном режиме, чтобы регулировать количество второго топлива, подаваемого в двигатель, способом, который отличается от указанной зависимости при работе двигателя в установившемся режиме.
Предпочтительно, работа двигателя в переходном режиме представляет собой ускорение, а регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива, чтобы регулировать количество второго топлива, подаваемого в двигатель, в количестве, которое больше, чем количество, определяемое в соответствии с зависимостью при работе двигателя в установившемся режиме.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода первого топлива, чтобы регулировать количество первого топлива, подаваемого в двигатель.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива при работе двигателя в переходном режиме, чтобы регулировать количество второго топлива, подаваемого в двигатель, для регулирования вклада во вращающий момент второго топлива относительно вклада во вращающий момент первого топлива.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива при работе двигателя в переходном режиме для регулирования количества второго топлива, подаваемого в двигатель, чтобы производить отношение вклада во вращающий момент второго топлива к вкладу во вращающий момент первого топлива, которое является больше в ответ на состояние работы двигателя в переходном режиме, чем при работе двигателя по существу в установившемся режиме.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью регулирования количества второго топлива, подаваемого в двигатель в состоянии работы двигателя в переходном режиме, к количеству, которое больше, чем необходимо для воспламенения первого топлива.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью регулирования количества второго топлива, подаваемого в двигатель в состоянии работы двигателя в переходном режиме, в количестве, которое больше, чем необходимо для воспламенения первого топлива в заданный момент времени.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива при работе двигателя в переходном режиме для регулирования количества второго топлива, подаваемого в двигатель, относительно разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива при работе двигателя в переходном режиме для регулирования количества второго топлива, подаваемого в двигатель, дополнительно относительно скорости изменения разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива при работе двигателя в переходном режиме для регулирования количества второго топлива, подаваемого в двигатель, относительно уменьшенной части разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя, при этом остающаяся часть разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя используется в работе дросселя на впуске системы двигателя.
Предпочтительно, состояние работы двигателя в переходном режиме содержит, по меньшей мере, один параметр из изменяющегося числа оборотов двигателя, изменяющейся нагрузки двигателя, ожидаемого изменения в числе оборотов двигателя или ожидаемого изменения в нагрузке двигателя.
Предпочтительно, регулирующее устройство подсоединено к нагрузке на двигателе, чтобы принимать приходящий сигнал нагрузки, и выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода второго топлива для регулирования количества второго топлива, подаваемого в двигатель, в ответ на приходящий сигнал нагрузки.
Предпочтительно, регулирующее устройство подсоединено к первому регулятору расхода топлива для регулирования количества первого топлива, подаваемого в двигатель, и выполнено с возможностью передачи сигналов регулятору расхода первого топлива для регулирования количества первого топлива, подаваемого в двигатель, в ответ на приходящий сигнал нагрузки.
Предпочтительно, регулятор расхода первого топлива содержит газовый смеситель, а регулятор расхода второго топлива содержит инжектор.
Предпочтительно, первое топливо представляет собой природный газ, а второе топливо является дизельным.
Предпочтительно, двигатель внутреннего сгорания содержит множество камер сгорания, при этом регулятор расхода второго топлива содержит множество регуляторов расхода второго топлива, выполненных с возможностью управления по отдельности количеством второго топлива, подаваемого во множество камер сгорания одновременно с первым топливом, подаваемым в эти камеры сгорания, и регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов во множество регуляторов расхода второго топлива, чтобы по отдельности регулировать количество второго топлива, подаваемого в различных количествах для разных камер сгорания.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью передачи сигналов во множество регуляторов расхода второго топлива, чтобы по отдельности регулировать количество второго топлива, подаваемого для компенсирования различий во вращающем моменте, производимом в каждой из множества камер сгорания.
Предпочтительно, регулирующее устройство выполнено с возможностью приема сигнала, отображающего вращающий момент, производимый в каждой из множества камер сгорания, и определения компенсации в ответ на этот сигнал.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создано регулирующее устройство двигателя, содержащее процессор, выполненный с возможностью определения количества второго топлива для подачи топлива в двигатель одновременно с первым топливом, которое подается в двигатель в состоянии работы двигателя в установившемся режиме, в зависимости от количества первого топлива, подаваемого в двигатель для воспламенения первого топлива в заданный момент времени, и определения количества второго топлива для подачи топлива в двигатель одновременно с первым топливом в состоянии работы двигателя в переходном режиме способом, который отличается от указанной зависимости при работе двигателя в установившемся режиме.
Предпочтительно, работа двигателя в переходном режиме представляет собой ускорение, а процессор выполнен с возможностью определения количества второго топлива в состоянии работы двигателя в переходном режиме, которое больше, чем количество, заданное в соответствии с соотношением при работе двигателя в установившемся режиме.
Предпочтительно, процессор выполнен с возможностью определения количества второго топлива в состоянии работы двигателя в переходном режиме, чтобы регулировать вклад во вращающий момент второго топлива относительно вклада во вращающий момент первого топлива.
Предпочтительно, процессор выполнен с возможностью определения количества второго топлива, чтобы обеспечивать отношение вклада во вращающий момент второго топлива к вкладу во вращающий момент первого топлива так, чтобы оно было больше в ответ на состояние работы двигателя в переходном режиме, чем при работе двигателя по существу в установившемся режиме.
Предпочтительно, процессор выполнен с возможностью определения количества второго топлива в состоянии работы двигателя в переходном режиме как количества, которое больше, чем необходимо для воспламенения первого топлива.
Предпочтительно, процессор выполнен с возможностью определения количества второго топлива в состоянии работы двигателя в переходном режиме как количества, которое больше, чем необходимо для воспламенения первого топлива в заданный момент времени.
Предпочтительно, процессор сконфигурирован для определения количества второго топлива в состоянии работы двигателя в переходном режиме относительно разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя.
Предпочтительно, процессор выполнен с возможностью определения количества второго топлива в состоянии работы двигателя в переходном режиме дополнительно относительно скорости изменения разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя.
Предпочтительно, процессор выполнен с возможностью определения количества второго топлива в состоянии работы двигателя в переходном режиме относительно уменьшенной части разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя, причем остающаяся часть разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя используется в работе дросселя на впуске системы двигателя.
Предпочтительно, процессор выполнен с возможностью приема приходящего сигнала нагрузки от нагрузки, подсоединенной к двигателю, причем процессор выполнен с возможностью определения количества второго топлива, подаваемого в двигатель, в ответ на приходящий сигнал нагрузки.
Предпочтительно, процессор дополнительно выполнен с возможностью определения количества второго топлива по отдельности для множества камер сгорания двигателя.
Предпочтительно, процессор дополнительно выполнен с возможностью определения количества второго топлива по отдельности для множества камер сгорания двигателя, чтобы компенсировать различия во вращающем моменте, производимом в каждой из множества камер сгорания.
Предпочтительно, процессор дополнительно выполнен с возможностью приема сигнала, отображающего вращающий момент, производимый в каждой из множества камер сгорания, и определения компенсации в ответ на этот сигнал.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан способ подачи топлива в двигатель, при котором определяют количество второго топлива, подлежащего подаче в двигатель одновременно с первым топливом, которое подается в двигатель при работе двигателя в установившемся режиме, в зависимости от первого топлива для воспламенения первого топлива в заданный момент времени, и определяют количество второго топлива, подлежащего подаче в двигатель одновременно с первым топливом при работе двигателя в переходном режиме, способом, который отличается от указанной зависимости при работе двигателя в установившемся режиме.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива при работе двигателя в переходном режиме определяют количество второго топлива при ускорении, которое больше, чем количество, определенное в соответствии с соотношением при работе двигателя в установившемся режиме.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива при работе двигателя в переходном режиме определяют количество второго топлива для регулирования вклада во вращающий момент второго топлива относительно вклада во вращающий момент первого топлива.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива для регулирования вклада во вращающий момент второго топлива регулируют количество второго топлива так, чтобы производить отношение вклада во вращающий момент второго топлива к вкладу во вращающий момент первого топлива, которое больше при работе двигателя в переходном режиме, чем при работе двигателя по существу в установившемся режиме.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива при работе двигателя в переходном режиме определяют количество второго топлива, которое больше, чем необходимо для воспламенения первого топлива.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива при работе двигателя в переходном режиме определяют количество второго топлива, которое больше, чем необходимо для воспламенения первого топлива в заданный момент времени.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива при работе двигателя в переходном режиме определяют количество второго топлива относительно разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива определяют количество второго топлива дополнительно относительно скорости изменения разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива при работе двигателя в переходном режиме определяют количество второго топлива относительно части разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя и используют остающуюся часть от разности между заданным рабочим режимом двигателя и измеренным рабочим режимом двигателя в работе дросселя на впуске двигателя.
Предпочтительно, дополнительно принимают сигнал, свидетельствующий о наступающем изменении нагрузки на двигатель, и определяют количество второго топлива в предварении наступающего изменения нагрузки.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива определяют количество второго топлива по отдельности для множества камер сгорания двигателя.
Предпочтительно, при определении количества второго топлива определяют количество для компенсирования разности во вращающем моменте, производимом в каждой из множества камер сгорания двигателя.
Предпочтительно, дополнительно принимают сигнал, отображающий вращающий момент, производимый в каждой из множества камер сгорания, и при определении количества второго топлива для компенсирования разности во вращающем моменте определяют количество второго топлива в ответ на этот сигнал.
Варианты осуществления изобретения более подробно описаны далее со ссылкой на прилагаемые чертежи. Другие признаки, цели и преимущества изобретения станут очевидными из описания и чертежей, а также из формулы изобретения. На чертежах:
фиг.1 - схематическое изображение системы двигателя, выполненной в соответствии с изобретением;
фиг. 2 - схематическое изображение модуля управления двигателем для использования в системе двигателя, выполненной в соответствии с изобретением;
фиг.3 - схематическое изображение функционального действия системы двигателя, выполненной в соответствии с изобретением;
фиг.4 - схематическое изображение функционального действия устройства определения потребности во вращающем моменте двигателя для использования в системе двигателя, выполненной в соответствии с изобретением;
фиг. 5 - блок-схема программы работы модуля управления двигателем, выполненного в соответствии с изобретением.
На различных чертежах одинаковые ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы.
На фиг.1 схематично показан пример системы 100 двигателя, выполненной согласно изобретению. Система 100 управления двигателем включает в себя модуль 104 управления двигателем (МУД), функционально соединенный для осуществления связи с одним или более датчиками 106 двигателя и одним или более исполнительными механизмами 108. Датчики 106 двигателя могут быть подсоединены к двигателю 102 внутреннего сгорания, считывать одну или более эксплуатационных характеристик двигателя 102 и/или системы 100 двигателя и выдавать сигнал, отражающий рабочие характеристики. Некоторые примеры обычных эксплуатационных характеристик двигателя включают в себя число оборотов двигателя, вращающий момент, указывающий такую характеристику, как абсолютное давление во всасывающем трубопроводе (АДВТ) или плотность во впускном трубопроводе (ПВТ), отдаваемую мощность двигателя, характеристику, показательную для отношения количества воздуха к количеству топлива двигателя, такую как содержание кислорода в выхлопе, температура окружающей среды и/или двигателя, давление окружающей среды и другие. Исполнительные механизмы 108 выполнены с возможностью управления различными компонентами системы двигателя (специально не показаны), используемыми при управлении двигателем и другими компонентами системы двигателя. Некоторые примеры обычных компонентов двигателя включают в себя дроссель, перепускной канал турбонагнетателя или тракт выпуска, систему зажигания, устройство регулирования состава рабочей смеси, такое как регулируемый смеситель топлива, регулятор давления топлива, топливные инжекторы и т.д. Также может быть подсоединен модуль 104 управления двигателем для осуществления связи с другими компонентами 110. Некоторые примеры других компонентов 110 могут включать в себя интерфейс пользователя, который позволяет пользователю делать запрос в модуле 104 управления двигателем или вводить данные или команды в модуль 104 управления двигателем, один или более внешних датчиков, которые считывают информацию, отличающуюся от эксплуатационных характеристик двигателя или системы двигателя, контрольное или диагностическое оборудование, которому модуль 104 управления двигателем может сообщать характеристики системы, и т.д.
1
n
1
n
Как показано на фиг.2, модуль 104 управления двигателем включает в себя процессор 112, функциональным образом соединенный с машиночитаемым носителем или запоминающим устройством 114. Машиночитаемый носитель 114 может полностью или частично удаляться из модуля 104 управления двигателем. Машиночитаемый носитель 114 содержит команды, используемые процессором 112 для выполнения одного или более способов, описанных в данном описании. Модуль 104 управления двигателем может принимать один или более входных сигналов (входной сигнал… входной сигнал), таких как сигналы от датчиков 106, исполнительных механизмов 108 и других компонентов 110, и может выводить один или более выходных сигналов (выходной сигнал… выходной сигнал), например, в датчики 106, исполнительные механизмы 108 и другие компоненты 110.
Модуль 104 управления двигателем предназначен для ускорения или замедления двигателя 102 (см. фиг.1) до заданного рабочего режима, например до заданного числа оборотов, выработки вращающего момента или другого точно установленного рабочего режима, и поддерживает двигатель работающим в установившемся режиме. С этой целью модуль 104 управления двигателем принимает входной сигнал от датчиков 106, включающий в себя параметры режима двигателя, и определяет и выдает один или более управляющих сигналов исполнительного механизма для управления исполнительными механизмами 108 так, чтобы работал двигатель 102.
На фиг.3 показан пример модуля 104 управления двигателем, используемого при управлении смесью воздуха и топлива, подаваемой в двигатель. Модуль 104 управления двигателем с фиг.3 принимает ввод параметров режима двигателя от датчиков 106, в этом примере от датчика 316 характеристик, указывающих вращающий момент, такого как датчик АДВТ или ПВТ, и датчика 318 числа оборотов двигателя и выводит сигнал к исполнительным механизмам 108. Исполнительные механизмы 108 включают в себя, по меньшей мере, регулятор 322 управления расходом основного топлива и регулятор 324 управления расходом вспомогательного топлива, действующие для управления отношением количества воздуха к количеству топлива, подаваемых в двигатель. Регулятор 322 управления расходом основного топлива управляет основным топливом, а регулятор 324 управления расходом вспомогательного топлива управляет вспомогательным топливом. Примеры регуляторов 322 и 324 управления расходом топлива включают в себя регулятор давления топлива или перепускной канал для воздуха в системе двигателя, использующий фиксированный воздушно-топливный смеситель, регулируемый воздушно-топливный смеситель, один или более топливных инжекторов, инжектирующих непосредственно в камеру сгорания или удаленных от камеры сгорания, или другой воздушно-топливный регулятор. Использование топливных инжекторов в качестве регулятора 324 управления расходом вспомогательного топлива обеспечивает точное согласование по времени и измерение вспомогательного топлива относительно основного топлива. Поэтому в одной иллюстративной системе двигателя регулятор 322 управления расходом топлива является либо регулируемым воздушно-топливным смесителем, либо регулятором давления топлива, либо перепускным каналом для воздуха, который используется для управления отношением количества воздуха к количеству основного топлива, подаваемых фиксированным воздушно-топливным смесителем. Регулятор 322 расхода вспомогательного топлива является одним или более топливными инжекторами, расположенными так, чтобы инжектировать вспомогательное топливо непосредственно в камеру сгорания. Модуль 104 управления двигателем принимает входной сигнал от датчика 316 характеристик, указывающих вращающий момент, и датчика 318 числа оборотов двигателя и определяет и выводит управляющий сигнал исполнительного механизма для управления работой регуляторов 322 и 324 управления расходом воздуха/топлива, как описано далее.
Модуль 104 управления двигателем включает в себя устройство 326 определения заданного значения лямбды, которое принимает один или более параметров режима двигателя, и определяет и выводит вклад основного топлива и вклад вспомогательного топлива, выбираемые так, чтобы поддерживать заданное значение лямбды. Заданное значение лямбды выбирается так, чтобы поддерживать работу двигателя по существу в установившемся режиме. Как описано более подробно ниже, вклады основного топлива и вспомогательного топлива используются при определении управляющих сигналов исполнительного механизма, действующих для управления регуляторами 322 и 324 расхода топлива. В определении вкладов основного топлива и вспомогательного топлива модуль 104 управления двигателем использует число оборотов двигателя от датчика 318 числа оборотов двигателя, характеристику, указывающую вращающий момент (например, АДВТ или ПВТ), от датчика 316 характеристик, указывающих вращающий момент, и, если требуется, другие параметры, например температуру окружающей среды и/или впуска. Также ожидается, что модуль 104 управления двигателем может использовать другие датчики в качестве альтернативы или в комбинации с датчиками, описанными выше, такие как датчик массового расхода воздуха или датчик объемного расхода горючей смеси.
В конфигурации подачи вспомогательного топлива сгорание вспомогательного топлива действует при воспламенении основного топлива посредством повышения давления и температуры внутри камеры сгорания до порога воспламенения основного топлива. Как только порог воспламенения основного топлива достигнут, основное топливо начинает гореть (в дополнение к остающемуся вспомогательному топливу). Величина вклада вспомогательного топлива выбирается устройством 326 определения заданного значения лямбды относительно величины вклада основного топлива таким образом, чтобы достигать порога воспламенения основного топлива в заданный момент времени в цикле сгорания двигателя (цикл заключается в пределах от впуска до выпуска из камеры сгорания). Заданный момент времени выбирается в равновесии между достижением по существу полного сгорания воздуха и основного топлива и вспомогательного топлива в камере сгорания и синхронизации возникновения пикового давления от сгорания с положением поршня в камере сгорания для эффективного преобразования энергии сгорания в выработку вращающего момента от двигателя.
Устройство 326 определения заданного значения лямбды может определять вклады основного топлива и вспомогательного топлива, используя таблицу поиска, включающую в себя, по меньшей мере, значения, показательные для характеристик числа оборотов двигателя и характеристик, указывающих вращающий момент, соотнесенных с вкладами основного топлива и вспомогательного топлива, определяемыми для поддерживания работы двигателя в установившемся режиме. В качестве альтернативы или в комбинации с таблицей поиска устройство 324 определения заданного значения лямбды может определять заданное значение лямбды, используя стандартное вычисление в зависимости от входных сигналов от одного или более датчиков 106, например, характеристики, указывающей число оборотов и вращающий момент двигателя. В любом примере вклад основного топлива и вклад вспомогательного топлива выбираются в зависимости от соответствующих значений характеристик, указывающих число оборотов и вращающий момент двигателя, таким образом, чтобы обеспечить точно установленную горючую смесь для двигателя для поддерживания работы в установившемся режиме. Поэтому различные заданные значения лямбды могут приводить к различным рабочим режимам двигателя. Кроме того, в любом примере вклад вспомогательного топлива выбирается в зависимости от вклада основного топлива, чтобы достигать порога воспламенения основного топлива в заданный момент времени.
Модуль 104 управления двигателем включает в себя устройство 338 определения смещения лямбды, которое принимает входной сигнал от устройства 340 определения потребности во вращающем моменте в зависимости от расхода топлива и определяет величину увеличения или уменьшения вклада основного топлива и вклада вспомогательного топлива в ответ на условия работы двигателя в переходном режиме. Выходной сигнал устройства 338 определения смещения лямбды представляет собой смещение основного топлива (положительное или отрицательное значение), которое изменяет вклад основного топлива до функции 336 передачи исполнительного механизма основного топлива, и смещение вспомогательного топлива (положительное или отрицательное значение), которое изменяет вклад вспомогательного топлива до функции 334 передачи исполнительного механизма вспомогательного топлива. В показанном модуле 104 управления двигателем смещение основного топлива и смещение вспомогательного топлива добавляются к вкладу основного топлива и вкладу вспомогательного топлива соответственно;
однако ожидается, что смещения основного топлива и вспомогательного топлива могут применяться как множительные элементы или в стандартном вычислении или могут применяться по-другому (например, смещение основного топлива применяется как суммирующий элемент, а смещение вспомогательного топлива применяется как множительный элемент).
В переходных состояниях, когда двигатель ускоряется или замедляется относительно либо вращающего момента, либо числа оборотов, или же относительно и того, и другого, потребности двигателя в воздухе/топливе имеют тенденцию возрастать при ускорении и снижаться при замедлении. Чтобы компенсировать это при ускорении, устройство 338 определения смещения лямбды на мгновение увеличивает количество топлива, подаваемого в двигатель, при выполнении отклонения или близкого к стехиометрическому горения (то есть достигает зависимости количества воздуха от количества топлива) выше того, которое требуется для работы двигателя в новом состоянии работы в установившемся режиме. Увеличение количества топлива, подаваемого при ускорении, увеличивает выработку вращающего момента двигателя и производит более чувствительные рабочие характеристики и более быстрое принятие увеличенной нагрузки, создаваемой крутящим моментом. При замедлении устройство 338 определения смещения лямбды уменьшает количество подаваемого топлива (то есть отклоняется от зависимости количества воздуха от количества топлива) ниже величины, требуемой двигателем в новом состоянии работы в установившемся режиме, помогая двигателю избавляться от нежелательной выработки вращающего момента и предотвращая работу при чрезмерном числе оборотов. Величина увеличения или уменьшения количества топлива, подаваемого в двигатель, может быть связана со степенью быстроты срабатывания двигателя. Например, двигатель больше отклоняется от работы в установившемся режиме и числа оборотов, при котором развивается отклонение от работы в установившемся режиме, что является показательным для степени быстроты срабатывания.
В конфигурации, где смещение основного топлива и смещение вспомогательного топлива объединяются с вкладом основного топлива и вкладом вспомогательного топлива как суммирующий элемент, устройство 338 определения смещения лямбды увеличивает количество топлива, подаваемого при ускорении, выдавая положительные смещения основного и вспомогательного топлива, и уменьшает количество топлива, подаваемого при замедлении, выдавая отрицательное смещение, которое вычитается из вкладов основного топлива и вспомогательного топлива.
Величина, посредством которой устройство 338 определения смещения лямбды воздействует на вклад вспомогательного топлива, не должна определяться в том же самом соотношении к основному топливу, поскольку она определяется при работе в установившемся режиме. Например, устройство 338 определения смещения может определять смещение вспомогательного топлива при ускорении так, чтобы для двигателя обеспечивать большее количество вспомогательного топлива, чем необходимо для воспламенения основного топлива в заданный момент времени в цикле сгорания. В некоторых примерах смещение вспомогательного топлива может быть определено как превышающее смещение основного топлива или так, чтобы обеспечивать двигатель большим количеством вспомогательного топлива, чем основного топлива. Один способ определения смещения вспомогательного топлива может включать в себя выбор смещения вспомогательного топлива так, чтобы двигатель ускорялся в течение, по меньшей мере, части ускорения в числе оборотов или вращающем моменте в основном на вспомогательном топливе. Другими словами, для, по меньшей мере, части ускорения в числе оборотов или вращающем моменте большая часть вращающего момента, производимого двигателем, производится от воспламенения вспомогательного топлива. С этой целью основное топливо и вспомогательное топливо могут распределяться относительно вклада во вращающий момент, показательного для количества каждого вращающего момента, производимого в данном цикле сгорания. Как упомянуто выше, при работе в установившемся режиме любой вклад во вращающий момент, относящийся к сгоранию вспомогательного топлива, является вторичным, и поскольку для воспламенения основного топлива необходимо только небольшое количество вспомогательного топлива, вклад вспомогательного топлива во вращающий момент является малым. Однако при ускорении смещение вспомогательного топлива, определяемое устройством 338 определения смещения лямбды, может выбираться так, чтобы увеличить относительный вклад во вращающий момент от вспомогательного топлива по сравнению с вкладом во вращающий момент основного топлива. В большинстве примеров это обеспечивает большее количество вспомогательного топлива, чем необходимо для воспламенения основного топлива в заданный момент времени, вероятно, так же, как большее количество вспомогательного топлива, чем основное топливо. Увеличенный вклад во вращающий момент вспомогательного топлива можно выбирать в зависимости от величины отклонений работы двигателя от состояния работы в установившемся режиме при переходном режиме и в некоторых примерах пропорционально ему. Такое отклонение может быть получено от устройства 340 определения потребности во вращающем моменте в зависимости от расхода топлива, как будет более подробно описано ниже.
При замедлении устройство 338 определения смещения лямбды может быть сконфигурировано так, чтобы выбирать смещение основного топлива и смещение вспомогательного топлива в зависимости, подобной зависимости в установившемся режиме. Другими словами, смещение вспомогательного топлива может выбираться в зависимости от смещения основного топлива для воспламенения основного топлива в заданный момент времени в цикле сгорания. Увеличение или уменьшение основного топлива и вспомогательного топлива могут быть выбраны в зависимости от величины отклонений работы двигателя от состояния работы в установившемся режиме при установившемся режиме и в некоторых примерах пропорционально ему. Такое отклонение может быть получено от устройства 340 определения потребности во вращающем моменте в зависимости от расхода топлива, как будет более подробно описано ниже.
Устройство 338 определения смещения лямбды может определять смещение вспомогательного топлива, используя поисковую таблицу, сопоставляющую вращающий момент от топлива (от устройства 340 определения потребности во вращающем моменте в зависимости от расхода топлива) и один или больше параметров режимов двигателя, таких как АДВТ или ПВТ, от датчика 316 характеристик, указывающих вращающий момент, и число оборотов двигателя от датчика 318 числа оборотов двигателя и заданное значение числа оборотов двигателя 320 со значениями смещения основного топлива. В качестве альтернативы, или в комбинации с поисковой таблицей устройство 338 определения смещения лямбды может использовать стандартное вычисление, чтобы определять смещение вспомогательного топлива. Аналогичным образом смещение основного топлива может быть определено с использованием поисковой таблицы, сопоставляющей один или более параметров режимов двигателя со значениями смещения основного топлива, и/или стандартного вычисления. Поисковая таблица или стандартное вычисление для смещения основного топлива могут учитывать зависимость вращающего момента от топлива от устройства 340 определения потребности во вращающем моменте в зависимости от расхода топлива, или они могут опустить зависимость вращающего момента от топлива. В примере, где поисковая таблица или стандартное вычисление для смещения основного топлива учитывают зависимость вращающего момента от топлива от устройства 340 определения потребности во вращающем моменте в зависимости от расхода топлива, устройство 338 определения смещения лямбды может применять калибровочный коэффициент (получаемый, как входной сигнал 328), который регулирует величину, например, снижая величину, вращающего момента от топлива, которая используется в определении смещения основного топлива. Остальная часть вращающего момента от топлива используется в определении смещения вспомогательного топлива. Калибровочный коэффициент может быть выбран так, чтобы большая часть вращающего момента от топлива использовалась в определении смещения вспомогательного топлива при ускорении. В примере, где поисковая таблица или стандартное вычисление для смещения основного топлива не учитывают вращающий момент от топлива, в определении смещения вспомогательного топлива используется полное значение вращающего момента от топлива. В качестве альтернативы или в комбинации с калибровочным коэффициентом поисковая таблица или стандартное вычисление могут учитывать желание иметь увеличенный входной сигнал от смещения вспомогательного топлива в соответствии с потребностью во вращающем моменте от топлива при ускорении.
Определение смещения вспомогательного топлива устройством определения смещения лямбды, которое не учитывает преднамеренно увеличенный вклад во вращающий момент вспомогательного топлива при ускорении, отличается от определения смещения вспомогательного топлива в устройстве 338 определения смещения лямбды, в котором оно определяет смещение вспомогательного топлива только относительно смещения основного топлива. Другими словами, смещение вспомогательного топлива определяется в зависимости от дополнительного количества вспомогательного топлива, необходимого для воспламенения дополнительного основного топлива, добавляемого за счет смещения основного топлива. Выбор смещения вспомогательного топлива при ускорении для обеспечения увеличенного вклада во вращающий момент может обеспечивать более быструю переходную характеристику (то есть получение ускорения и нагрузки). Например, как часто имеет место с двигателями, работающими на газообразном основном топливе из природного газа и работающими на вспомогательном дизельном топливе, основное топливо может вводиться с использованием газового смесителя на впуске двигателя, а вспомогательное топливо инжектируется непосредственно в камеру сгорания. Поскольку газовый смеситель по существу перемещен из камеры сгорания, задержки передачи между осуществлением изменения подачи основного топлива в газовом смесителе и изменением подачи топлива, реализуемым как изменение в выработке вращающего момента двигателя, приводят к медленной переходной характеристике (то есть медленной реакции на изменения в нагрузке или замедлению начала изменения в числе оборотов). Воздействие изменения подачи вспомогательного топлива, которое непосредственно инжектируется в камеру сгорания и реализуется как изменение в выработке вращающего момента двигателя, является значительно более быстрым, поскольку топливо вводится непосредственно в камеру сгорания.
Устройство 338 определения смещения лямбды также может функционировать для регулирования смещения вспомогательного топлива на основании от цилиндра к цилиндру, например, чтобы балансировать вращающий момент, производимый разными цилиндрами многоцилиндрового двигателя. Регулирование может быть статическим, например заданным посредством периодических испытаний двигателя и применения его в каждом цикле сгорания двигателя. В качестве альтернативы регулирование может быть определено динамически получаемым непрерывно, таким как от датчика вращающего момента, подсоединенного к двигателю, и к смещению вспомогательного топлива могут применяться различные величины регулирования, как вращающий момент, производимый различными изменениями в цилиндрах. Регулирование не требуется определять непосредственно от выработки вращающего момента данных цилиндров, хотя оно может быть основано на других параметрах, связанных с вращающим моментом, таких как пиковое давление в цилиндре, показывающее среднее эффективное давление, полное тепловыделение и мгновенную угловую скорость коленчатого вала. Кроме того, устройству 338 определения смещения лямбды не требуется работать для балансировки вращающего момента, производимого различными цилиндрами только в состоянии работы двигателя в переходном режиме, хотя оно также может работать в состоянии установившегося режима. Регулирование на основании от цилиндра к цилиндру с использованием смещения вспомогательного топлива позволяет модулю 104 управления двигателем компенсировать вариации между цилиндрами, и может обеспечивать компенсацию от цилиндра к цилиндру в примере, где основное топливо измеряется с помощью газового смесителя, а вспомогательное топливо инжектируется непосредственно в камеру сгорания.
Функция 336 передачи исполнительного механизма основного топлива принимает, по меньшей мере, сигнал вклада основного топлива (включающий в себя сигнал смещения основного топлива) и определяет управляющий сигнал исполнительного механизма, предназначенный для управления регулятором 322 расхода основного топлива. Функция 334 передачи исполнительного механизма вспомогательного топлива принимает, по меньшей мере, сигнал вклада вспомогательного топлива (включающий в себя сигнал смещения вспомогательного топлива) и определяет управляющий сигнал исполнительного механизма, предназначенный для управления регулятором 324 расхода вспомогательного топлива. Функции 336 и 334 передачи исполнительного механизма могут принимать и учитывать другие входные сигналы в определении их соответствующих управляющих сигналов исполнительного механизма, такие как параметры режимов двигателя, обсуждавшиеся выше, давление топлива, давление окружающей среды, температуру двигателя, температуру окружающего воздуха и другие. Функции 334 и 336 передачи исполнительного механизма определяют их соответствующие управляющие сигналы исполнительного механизма, используя таблицу поиска, сопоставляющую сигналы вклада основного/вспомогательного топлива и любые другие входные сигналы с управляющими сигналами исполнительного механизма, посредством вычисления в зависимости от сигналов вклада основного/вспомогательного топлива и любых других входных сигналов, посредством комбинации таблицы поиска и вычисления или посредством другого способа.
На фиг. 4 проиллюстрировано функциональное действие примера устройства определения потребности во вращающем моменте в зависимости от расхода топлива, подходящего для устройства 340 определения. Показанное устройство 340 определения включает в себя PID-регулятор 410 (регулятор пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования), такой как PID-регулятор, который используется в управляющем устройстве двигателя. PID-регулятор 410, если он выполнен с возможностью поддержания числа оборотов двигателя в установившемся режиме, принимает определяемое пользователем заданное значение 320 числа оборотов двигателя и измеренное число оборотов двигателя от датчика 318 числа оборотов двигателя. PID-регулятор 410 определяет пропорциональный член, показательный для разности между заданным значением 320 числа оборотов двигателя и измеренным числом оборотов двигателя (то есть погрешность), интегральный член, показательный для интеграла погрешности по времени, и дифференциальный член, показательный для скорости изменения погрешности со временем. Пропорциональный член и дифференциальные члены, взятые по отдельности или вместе, являются показательными для степени быстроты срабатывания двигателя. Поэтому пропорциональный член может быть умножен на коэффициент 342 полномочий расширения функциональных возможностей топлива и выведен в виде вращающего момента от топлива. Остальная часть пропорционального члена, то есть разность между пропорциональным членом и пропорциональным членом, умноженным на коэффициент 342 полномочий, суммируется с интегральным членом и дифференциальным членом и выводится в виде вращающего момента от управления зарядом. В качестве альтернативы устройство 340 определения может использовать пропорциональный и дифференциальный члены, умноженные на коэффициент 342 полномочий расширения функциональных возможностей топлива, в определении вращающего момента от топлива и использовать остальную часть от пропорционального и дифференциального членов с интегральным членом для определения вращающего момента от управления зарядом. Вращающий момент от управления зарядом может использоваться в работе дроссельной заслонки на впуске двигателя для управления количеством горючей смеси (зарядом), подаваемой в двигатель. В любом примере при работе в установившемся режиме пропорциональный и дифференциальный члены будут равны нулю. Таким образом, вращающий момент от топлива также будет нулевым и не будет изменять вклад основного топлива или вклад вспомогательного топлива. Однако при ускорении или замедлении (переходные условия эксплуатации) ненулевые значения пропорционального и дифференциального членов приводят к ненулевому вращающему моменту от топлива. Ненулевой вращающий момент от топлива может тогда изменять вклад основного топлива и вклад вспомогательного топлива. Переходное регулирование топлива может быть блокировано установлением коэффициента 342 полномочий расширения функциональных возможностей на нуль.
Устройство 326 определения заданного значения лямбды, если требуется, может включает в себя подачу опережающей компенсации, осуществляя связь с нагрузкой или регулирующим устройством для нагрузки (специально не показано), применяемой к двигателю для выведения приходящего сигнала нагрузки. В этом примере устройство 324 определения заданного значения лямбды принимает приходящий сигнал нагрузки, указывающий изменения в нагрузке, и, если требуется, величину ожидаемой нагрузки, как дополнительный входной сигнал 314. Используя приходящий сигнал нагрузки, устройство 326 определения заданного значения лямбды может предварять потребности в отдаваемой мощности двигателя, основываясь на наступающих изменениях в нагрузке, сообщаемых приходящим сигналом нагрузки, и регулировать заданные вклад основного топлива и вклад вспомогательного топлива в предварении наступающих изменений в нагрузке. Пример подачи опережающей компенсации, которая может использоваться в системе 100 двигателя, раскрыт в патенте США №6564774 на "Управляющую систему упреждающего контроля работы двигателя", полное содержание которой включено сюда посредством ссылки.
На фиг.5 схематично проиллюстрирована работа модуля управления двигателем. В блоке 510 модуль управления двигателем принимает сигналы, отображающие один или более параметров режимов работы двигателя. Как отмечено выше, параметры режимов работы двигателя в одном примере могут включать в себя число оборотов двигателя и параметр, указывающий вращающий момент двигателя, такой как АДВТ или плотность во впускном трубопроводе ПВТ, отдаваемую мощность двигателя, характеристику, показательную для отношения количества воздуха к количеству топлива двигателя, такую как содержание кислорода в выхлопе, температура окружающей среды и/или двигателя, давление окружающей среды и другие.
В блоке 520 модуль управления двигателем определяет из принятых параметров режима работы двигателя вклады основного топлива и вспомогательного топлива для работы двигателя в установившемся режиме. При работе в установившемся режиме вклад вспомогательного топлива определяется, по меньшей мере, частично относительно вклада основного топлива для действия при воспламенении вклада основного топлива в заданный момент времени в цикле сгорания.
В блоке 530 модуль управления двигателем определяет из принятых параметров режима работы двигателя смещения основного топлива и вспомогательного топлива, чтобы применить их к вкладам основного топлива и вспомогательного топлива для работы двигателя в переходных состояниях. Смещения могут увеличивать или уменьшать количество основного топлива и вспомогательного топлива, подаваемых в двигатель, в зависимости от того, является ли переходное состояние ускорением или замедлением в числе оборотов или вращающем моменте. При работе в установившемся режиме смещения не будут воздействовать на количество основного топлива и вспомогательного топлива, подаваемых в двигатель. В блоке 530 модуль управления двигателем определяет смещение вспомогательного топлива, которое до некоторой степени отличается от соотношения с первым топливом, с помощью которого определялся вклад вспомогательного топлива в блоке 520. Например, при работе в установившемся режиме количество вспомогательного топлива, подаваемого в двигатель в соответствии с вкладом вспомогательного топлива, является гораздо меньшим, чем количество основного топлива, подаваемого в двигатель. Как обсуждалось выше, при ускорении смещение вспомогательного топлива может быть определено так, чтобы воздействовать на количество вспомогательного топлива, подаваемого в двигатель, таким образом, чтобы количество вспомогательного топлива было больше, чем необходимо для воспламенения основного топлива в заданный момент времени в цикле сгорания, и в некоторых примерах таким образом, чтобы количество вспомогательного топлива, подаваемого в двигатель, было больше, чем количество основного топлива, подаваемого в двигатель. Смещение вспомогательного топлива может быть определено при ускорении так, чтобы вращающий момент, вносимый в цикле сгорания двигателя вспомогательным топливом, был больше, чем вращающий момент, вносимый в цикле сгорания основным топливом. При замедлении смещение вспомогательного топлива может быть определено так, чтобы поддерживать такое же соотношение вспомогательного топлива к основному топливу, как при работе в установившемся режиме, или может быть определено иначе.
В блоке 540 смещения основного топлива и вспомогательного топлива объединяются с вкладами основного и вспомогательного топлива. В блоке 550 количество основного топлива и вспомогательного топлива, подаваемых в двигатель, регулируется в соответствии с выходным сигналом блока 540. Ряд блоков 510-550 может затем непрерывно повторяться, как необходимо для работы двигателя.
Было описано некоторое количество вариантов осуществления изобретения. Однако должно быть понятно, что можно делать различные модификации, не выходя при этом за рамки сущности и объема изобретения. Соответственно другие варианты осуществления находятся в пределах объема последующей формулы изобретения.