СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR CONTROLLING FUEL PRE-INJECTION IN A VEHICLE ENGINE (VERSIONS)

Область техники
Настоящая заявка относится в целом к двигателю внутреннего сгорания с несколькими впрысками топлива на цилиндр за цикл сгорания.
Уровень техники
Работа двигателей с воспламенением от сжатия (ВС) может быть основана на многофазных впрысках топлива за цикл сгорания, обеспечивающих такие преимущества, как уменьшенные выбросы и пониженный шум в процессе сгорания. Небольшие изменения количества топлива при этих впрысках (объема впрысков) могут вызывать нежелательные эффекты, такие как существенное увеличение выбросов, а также шумов, вибрации, неплавности работы (ШВНР). Соответственно, поток через форсунку можно непрерывно контролировать и адаптировать таким образом, чтобы к цилиндрам точно подавалось требуемое количество топлива. В примере новых топливных форсунок расходные характеристики могут быть изучены на стенде до установки форсунок в двигателе нового транспортного средства. Кроме того, эти расходные характеристики могут программироваться в контроллере транспортного средства с целью снижения вероятности увеличения выбросов и ШВНР при эксплуатации нового транспортного средства.
Авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы, связанные с вышеназванным подходом. Например, время для изучения расходных характеристик на стенде при предварительном впрыске может быть недостаточным. В целом, требуемая коррекция для подачи точного количества топлива при предварительном впрыске может быть найдена только после того, как транспортное средство пройдет по меньшей мере 100-2000 миль при очень специфических условиях движения. Кроме того, процесс сборки двигателя может включать в себя маркирование топливных форсунок этикетками с заданными расходными характеристиками, заполнение этикетки двигателя информацией о форсунках и калибровку расходных характеристик в контроллере. Эти процедуры могут увеличить время сборки двигателя, приводя к значительному увеличению затрат. В ходе этих процедур могут также иметь место погрешности при маркировании и программировании. Аналогичные проблемы могут также возникать при периодическом и текущем техническом обслуживании транспортного средства. Помимо этого, погрешности при калибровке предварительного впрыска могут приводить к уменьшению времени открытия форсунки и, в некоторых случаях, предварительный впрыск может быть полностью пропущен. Эти погрешности количества топлива при предварительном впрыске и более длительные периоды времени, необходимые для изучения количества впрыскиваемого топлива, могут оказывать негативное воздействие на давление в цилиндрах, выбросы и топливную экономичность, а также могут увеличивать ШВНР. Далее, хотя алгоритмы адаптации в транспортном средстве позволяют изучить и скорректировать погрешности при  количествах топлива, для коррекции неточностей при предварительных впрысках меньшего объема могут потребоваться более продолжительные интервалы времени.
Раскрытие изобретения
Авторы изобретения приняли во внимание вышеупомянутые проблемы и идентифицировали несколько способов для по меньшей мере частичного их решения. В одном из примеров подхода предлагается способ управления предварительным впрыском. Способ содержит на начальной стадии эксплуатации двигателя после изготовления транспортного средства подачу первой доли топлива в качестве первого предварительного впрыска и второго предварительного впрыска за один такт двигателя; и уменьшение только первой доли топлива в соответствии с определением расходной характеристики форсунки. Причем уменьшение первой доли топлива включает в себя уменьшение первого предварительного впрыска и второго предварительного впрыска. Первая доля топлива, подаваемая в качестве предварительного впрыска, может быть достаточно велика, чтобы обеспечить возможность впрыскивания достаточно большого количества топлива всеми форсунками. При этом двигатель может работать так, чтобы обеспечивать питание топливом с помощью предварительного впрыска.
Например, двигатель в новом изготовленном транспортном средстве может работать с многофазными впрысками топлива на цилиндр за цикл сгорания, причем первая,  заданная доля топлива может подаваться в качестве предварительного впрыска. За предварительным впрыском может следовать основной впрыск, за которым, в свою очередь, может следовать дополнительный (дожигающий) впрыск. Контроллер в транспортном средстве может контролировать и определять расходные характеристики каждой топливной форсунки, соединенной с каждым цилиндром в двигателе. Кроме того, контроллер может определять расходные характеристики форсунки при различных условиях эксплуатации двигателя, таких как холостой ход, выбег и т.д. При продолжении начальной стадии эксплуатации двигателя первую,  долю предварительного впрыска можно регулировать только в сторону уменьшения, исходя из определенных расходных характеристик форсунки. В одном примере начальная стадия эксплуатации двигателя может представлять собой заданное число миль пробега, пройденных после начального изготовления транспортного средства. В другом примере начальная стадия эксплуатации двигателя может включать в себя заданное число часов эксплуатации после изготовления транспортного средства. В другом примере начальная стадия эксплуатации двигателя может включать в себя условия, при которых определенные расходные характеристики форсунки достигают стабильного значения. После завершения начальной стадии эксплуатации двигателя регулировки предварительного впрыска могут выполняться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.
Таким путем можно обеспечить включение предварительного впрыска в состав каждого события многофазного впрыска. Путем подачи команды выполнения заданной большей доли предварительного впрыска на первоначальном этапе можно уменьшить вероятность пропуска предварительного впрыска. По мере определения расходных характеристик форсунки для каждой новой форсунки и регулирования предварительного впрыска в сторону уменьшения можно поддерживать управляемую интенсивность сгорания заряда воздуха. Кроме того, расходные характеристики форсунки можно определить быстрее благодаря большей величине первоначальной регулировки, обеспечивающей больший коэффициент усиления. Помимо этого, за счет программирования  доли предварительного впрыска на первоначальном этапе и определения требуемого объема предварительного впрыска при вождении можно уменьшить продолжительность стендового определения и кодирования форсунки, что позволяет снизить затраты на производство форсунок. В целом, достигаются такие преимущества, как улучшенное соответствие нормам выбросов, пониженный шум в процессе сгорания и сокращение расходов.
В одном из вариантов способ дополнительно содержит подачу второй доли топлива в качестве основного впрыска, следующего за первым предварительным впрыском и вторым предварительным впрыском, определение расходной характеристики форсунки и регулирование второй доли топлива в сторону как увеличения, так и уменьшения, в соответствии с определенной расходной характеристикой форсунки.
В другом варианте способ дополнительно содержит подачу третьей доли топлива в качестве дополнительного впрыска, следующего за основным впрыском, определение расходной характеристики форсунки и регулирование третьей доли топлива в соответствии с определенной расходной характеристикой форсунки.
В другом варианте способа регулирование представляет собой как увеличение, так и уменьшение третьей доли топлива, подаваемой в качестве дополнительного впрыска.
В другом варианте способа расходной характеристикой форсунки является массовый расход топлива.
В другом варианте способа расходную характеристику форсунки определяют в режиме холостого хода, и тем, что расходная характеристика форсунки основана на частоте вращения коленчатого вала.
В другом варианте способа определение расходной характеристики форсунки включает в себя определение погрешности на основе поправок к массовому расходу топлива для поддержания требуемой частоты вращения холостого хода двигателя.
В другом варианте способа расходную характеристику форсунки определяют на основе выходных данных датчика отработавших газов в режиме, не относящемся ни к холостому ходу, ни к выбегу, и тем, что определение расходной характеристики форсунки включает в себя определение погрешности на основе поправок к массовому расходу топлива для поддержания требуемого воздушно-топливного отношения.
В другом варианте способа расходной характеристикой форсунки является количество топлива.
В другом варианте способа расходную характеристику форсунки определяют в режиме выбега, и тем, что определенная расходная характеристика форсунки основана на ускорении коленчатого вала.
В другом варианте способа расходную характеристику форсунки определяют на основе баланса цилиндров в режиме холостого хода, и тем, что указанное определение включает в себя определение погрешности на основе поправок к объему отдельного впрыска для поддержания стабильного режима холостого хода.
В соответствии с иным вариантом осуществления предложен способ для двигателя транспортного средства, содержащий: регулирование в сторону уменьшения первой доли топлива, подаваемой в качестве предварительного впрыска в соответствии с расходной характеристикой форсунки, определенной на начальной стадии эксплуатации двигателя, причем начальная стадия эксплуатации двигателя включает в себя одно из следующего: первое число миль пробега транспортного средства после изготовления транспортного средства, заданное число часов эксплуатации после изготовления транспортного средства и достижение стабильных значений для определенной расходной характеристики форсунки, причем вторую долю топлива впрыскивают в качестве основного впрыска, следующего за предварительным впрыском, а третью долю топлива впрыскивают в качестве дополнительного впрыска, следующего за основным впрыском; и регулирование каждой из второй доли и третьей доли топлива на основе расходной характеристики форсунки, определенной на начальной стадии эксплуатации двигателя, причем указанное регулирование каждой из второй и третьей доли топлива включает в себя регулирование как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.
В одном варианте способа первую долю топлива, подаваемую в качестве предварительного впрыска, регулируют только в сторону уменьшения.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления предложен способ для двигателя транспортного средства, содержащий следующие шаги: на начальной стадии эксплуатации двигателя после изготовления транспортного средства, подают первую долю топлива в качестве предварительного впрыска; уменьшают только первую долю топлива в соответствии с определением расходной характеристики форсунки; подают вторую долю топлива в качестве основного впрыска, следующего за предварительным впрыском, определяют расходную характеристику форсунки и регулируют вторую долю топлива в сторону как увеличения, так и уменьшения, в соответствии с определенной расходной характеристикой форсунки; и подают третью долю топлива в качестве дополнительного впрыска, следующего за основным впрыском, определяют расходную характеристику форсунки и регулируют третью долю топлива в соответствии с определенной расходной характеристикой форсунки.
В другом варианте способа регулирование представляет собой как увеличение, так и уменьшение третьей доли топлива, подаваемой в качестве дополнительного впрыска.
В другом варианте способа расходной характеристикой форсунки является массовый расход топлива.
В другом варианте способа расходную характеристику форсунки определяют в режиме холостого хода, и тем, что расходная характеристика форсунки основана на частоте вращения коленчатого вала.
В другом варианте способа определение расходной характеристики форсунки включает в себя определение погрешности на основе поправок к массовому расходу топлива для поддержания требуемой частоты вращения холостого хода двигателя.
В другом варианте способа расходной характеристикой форсунки является количество топлива.
Следует понимать, что приведенное выше раскрытие изобретения предназначено для того, чтобы в упрощенной форме представить подборку концепций, подробнее раскрытых ниже в описании осуществления изобретения. Оно не предназначено для выявления ключевых или существенных признаков заявленного предмета, объем которого однозначно определяется формулой изобретения, следующей за описанием осуществления изобретения. Кроме того, заявленный предмет не ограничивается вариантами осуществления изобретения, устраняющими какие-либо отмеченные выше недостатки, или любой частью настоящего описания изобретения.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показана структурная схема двигателя.
На ФИГ. 2 показан пример временной диаграммы, представляющий многофазные впрыски топлива по отношению к положению поршня.
На ФИГ. 3 показана временная диаграмма, представляющая пример многофазных впрысков топлива в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 4 показан пример изменения предварительного впрыска в зависимости от времени в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 5 иллюстрируется пример блок-схемы для регулирования объема предварительного впрыска в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 6 показан пример блок-схемы, иллюстрирующей способ изучения расходных характеристик форсунки на основе условий движения.
На ФИГ. 7 изображен пример программы для изучения расходных характеристик форсунки в режиме холостого хода.
На ФИГ. 8 показан пример блок-схемы для изучения расходных характеристик форсунки в режиме выбега.
На ФИГ. 9 изображен пример блок-схемы для изучения расходных характеристик форсунки в режиме, не относящемся ни к холостому ходу, ни к выбегу.
На ФИГ. 10 изображена операция управления для манипулирования частотой вращения холостого хода.
На ФИГ. 11 показан пример регулирования объемов впрыска на основе частоты вращения двигателя.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к способу управления и регулирования количества топлива при предварительном впрыске в системе двигателя, такой как система двигателя на ФИГ. 1 во новом произведенном транспортном средстве. Двигатель, как правило, может работать с несколькими впрысками топлива за цикл сгорания в данном такте цилиндра, как показано на ФИГ. 2. На начальной стадии эксплуатации транспортного средства после изготовления в качестве предварительного впрыска может подаваться большее количество топлива (ФИГ. 3).
Кроме того, по мере увеличения пробега в милях с начальной стадии эксплуатации, расходные характеристики форсунки, такие как массовый расход топлива и количество впрыскиваемого топлива могут изучаться при различных условиях (ФИГ. 5-9), а количество топлива при предварительном впрыске можно адаптировать в сторону уменьшения на основе изучения (ФИГ. 4). Расходные характеристики форсунки можно изучать в режиме холостого хода для поддержания требуемой частоты вращения холостого хода (ФИГ. 10) и баланса цилиндров (ФИГ. 11). В целом, за счет инициирования эксплуатации двигателя с  количеством топлива при предварительном впрыске, можно уменьшить проблемы ШВНР. По мере изучения и адаптации контроллера к условиям движения первоначальное большее количество топлива при предварительном впрыске можно регулировать в сторону уменьшения.
На ФИГ. 1 изображена структурная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в состав системы обеспечения движения транспортного средства. Управление двигателем 10 может по меньшей мере частично осуществляться с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также входных данных от водителя 132 транспортного средства, получаемых с помощью устройства 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации пропорционального сигнала положения педали (ПП). Камера 30 сгорания (также называемая цилиндром 30) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным в ней. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен по меньшей мере к одному приводному колесу транспортного средства с помощью промежуточной системы трансмиссии (не показана). Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 с помощью маховика (не показан), позволяя осуществлять операцию запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать впускной воздух от впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускать газы, выделяющиеся при горении, через выпускной коллектор 48 в выпускной канал 68. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или больше впускных клапанов и (или) два или больше выпускных клапанов.
В примере, показанном на ФИГ. 1, управление впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 может осуществляться посредством кулачкового привода с помощью соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из систем переключения профилей кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и (или) изменения высоты подъема клапана (ИВПК), которые могут приводиться в действие контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения соответственно. В альтернативных вариантах осуществления управление впускным клапаном 52 и (или) выпускным клапаном 54 может осуществляться путем электрического привода клапанов. Например, цилиндр 30 может в качестве альтернативы содержать впускной клапан, управляемый с помощью электрического привода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью кулачкового привода, включающего в себя системы ППК и (или) ИФКР.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера цилиндр 30 показан содержащим одну топливную форсунку 66. Топливная форсунка 66 показана соединенной с цилиндром 30 для впрыскивания в него топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ИВТ), принятого от контроллера 12 через электронный формирователь 69. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Следует также понимать, что цилиндр 30 может также получать топливо с помощью нескольких впрысков в ходе цикла сгорания. В других примерах топливная форсунка может также монтироваться, например, сбоку от камеры сгорания или наверху камеры сгорания. Топливо можно подводить к топливной форсунке 66 при помощи топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
В одном примере двигатель 10 может представлять собой дизельный двигатель, сжигающий воздух и дизельное топливо с помощью воспламенения от сжатия. В других неограничивающих вариантах осуществления двигатель 10 может сжигать различное топливо, в том числе бензин, биодизельное топливо или спиртосодержащую топливную смесь (например, бензин и этанол или бензин и метанол) с помощью воспламенения от сжатия и (или) искрового зажигания. Таким образом, раскрытые в настоящей заявке варианты осуществления могут использоваться в любом подходящем двигателе, включая, но не ограничиваясь приведенным списком, дизельные и бензиновые двигатели с воспламенением от сжатия, двигатели с искровым зажиганием, двигатели с непосредственным впрыском или впрыском во впускные каналы и т.д.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может изменяться контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого на электродвигатель или исполнительный механизм, входящий в состав дросселя 62, причем такую конфигурацию обычно называют электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие для изменения параметров впускного воздуха, подаваемого к камере 30 сгорания, наряду с другими цилиндрами двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут предоставляться контроллеру 12 сигналом положения дросселя (ПД). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (ДВК) для передачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК контроллеру 12.
x
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 68 к впускному коллектору 44 по каналу 140 РОГ. Обеспечиваемая величина РОГ может изменяться контроллером 12 с помощью клапана 142 РОГ. Количество доступного для сгорания кислорода уменьшается за счет ввода отработавших газов в двигатель 10, тем самым, снижая температуры пламени горения и уменьшая образование оксидов азота (NO), например. Как показано на чертеже, система РОГ дополнительно включает в себя датчик 144 РОГ, который может быть расположен внутри канала 140 РОГ и обеспечивать индикацию одного или нескольких из таких параметров, как давление, температура и концентрация отработавших газов. При некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры воздуха и топливной смеси в камере сгорания, тем самым, обеспечивая способ регулирования момента зажигания при некоторых режимах горения. Кроме того, при некоторых условиях часть газов, выделяющихся при горении, может удерживаться или улавливаться в камере сгорания путем управления фазами газораспределения выпускного клапана, например, путем управления механизмом изменения фаз газораспределения.
Система 128 выпуска отработавших газов содержит датчик 126 отработавших газов, подключенный к выпускному коллектору 48 выше по потоку от системы 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 отработавших газов может представлять собой любой подходящий датчик для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения отработавших газов, такой как линейный кислородный датчик или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), кислородный датчик с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ). либо датчик оксидов азота (NOx), концентрации углеводорода (НС) или угарного газа (СО).
x
x
3
Система 70 снижения токсичности отработавших газов показана расположенной по ходу выпускного канала 68 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Система 70 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой систему избирательного каталитического восстановления (ИКВ), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), ловушку NO, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или их комбинации. Например, система 70 снижения токсичности отработавших газов может включать в себя каталитический нейтрализатор 71 ИКВ и дизельный сажевый фильтр (ДСФ) 72. В некоторых вариантах осуществления ДСФ 72 может быть расположен ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 71 ИКВ (как показано на ФИГ. 1), тогда как в других вариантах осуществления ДСФ 72 может быть расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора 71 ИКВ (не показано на ФИГ. 1). Система 70 снижения токсичности отработавших газов может дополнительно содержать датчик 162 отработавших газов. Датчик 162 может представлять собой любой подходящий датчик для обеспечения индикации концентрации составляющих отработавших газов, таких как NO, NH и т.д., и может быть датчиком ДКОГ иди датчиком твердых частиц (ТЧ), например. В некоторых вариантах осуществления датчик 162 может быть расположен ниже по потоку от ДСФ 72 (как показано на ФИГ. 1), тогда как в других вариантах осуществления датчик 162 может быть расположен выше по потоку от ДСФ 72 (не показано на ФИГ. 1). Кроме того, следует понимать, что в любом подходящем положении может быть предусмотрено больше одного датчика 162.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления во время эксплуатации двигателя 10 система 70 снижения токсичности отработавших газов может периодически сбрасываться за счет работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного воздушно-топливного отношения.
Контроллер 12 представлен на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может обмениваться данными и, таким образом, принимать различные сигналы от датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к ранее рассмотренным сигналам, включая значение измерения массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 112 температуры, присоединенного к рукаву 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (ПД) от датчика 20 положения дросселя; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122; и концентрацию составляющей отработавших газов от датчиков 126 и 162 отработавших газов. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может формироваться контроллером 12 на основе сигнала (ПЗ). Следует отметить, что могут применяться различные комбинации указанных выше датчиков, такие как датчик (МРВ) без датчика (ДВК), или наоборот. При работе в стехиометрическом режиме этот датчик может обеспечивать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду со частотой вращения двигателя, может обеспечивать оценку заряда (в том числе заряда воздуха), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также применяется в качестве датчика частоты вращения двигателя, формирует заданное число равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала.
В дополнение к указанным выше датчикам, к каждому отдельному цилиндру может быть подключен датчик сгорания (не показан). Датчик сгорания может представлять собой подходящий датчик, известный из уровня техники, например, датчик детонации, датчик вибраций, датчик температуры, датчик давления и т.д., или любую их комбинацию. Датчик сгорания может измерять соответствующие параметры сгорания, такие как величина максимального давления, местоположение максимального давления, момент достижения максимального давления, или любую их комбинацию, например.
Постоянное запоминающее устройство 106 носителя данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих команды, исполняемые процессором 102 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других вариантов, предполагаемых, но не перечисленных конкретно. Примеры управляющих программ описаны в настоящей заявке со ссылкой на ФИГ. 5-9.
Согласно приведенному выше описанию, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку и т.д.
Обратимся теперь к ФИГ. 2 и 3, где показаны примеры профилей впрыска по отношению к положению поршня для одного цилиндра внутри двигателя, такого как двигатель 10 на ФИГ. 1. Каждый профиль впрыска включает в себя несколько событий впрыска в течение одного цикла сгорания. Один пример профиля впрыска, показанный на ФИГ. 2, включает в себя два предварительных впрыска, за которыми следует один основной впрыск, после чего выполняют два дополнительных впрыска.
Второй пример, изображенный на ФИГ. 3, представляет профиль впрыска топлива в соответствии с настоящим изобретением, включая один предварительный впрыск относительно большего объема, за которым следует основной впрыск, после чего выполняют два дополнительных впрыска. Второй пример может использоваться, когда одна или больше топливных форсунок не были откалиброваны на стенде по объемам предварительных впрысков.
На диаграмме 200 на ФИГ. 2 и диаграмме 300 на ФИГ. 300 изображено положение двигателя вдоль оси х в градусах угла поворота коленчатого вала (ГУПКВ). На верхних графиках каждой диаграммы кривые 202 и 302 показывают положения поршней (вдоль оси у) с учетом их местоположения относительно верхней мертвой точки (ВМТ) и (или) нижней мертвой точки (НМТ), а также с учетом их местоположения в пределах четырех тактов (впуска, сжатия, расширения и выпуска) цикла двигателя. Диаграммы 200 и 300 конкретно изображают только такты сжатия и расширения, чтобы продемонстрировать впрыски топлива, происходящие в положении ВМТ или вблизи от него между тактами сжатия и расширения. Как показано синусоидальными кривыми 202 и 302, поршень постепенно перемещается вверх от ВМТ (после завершения такта впуска) к НМТ к окончанию такта сжатия. Затем поршень возвращается к НМТ к окончанию такта расширения.
Нижние графики на каждой из диаграмм 200 и 300 изображают профиль впрыска топлива. Двигатель 10 может представлять собой двигатель с воспламенением от сжатия, в котором, в качестве неограничивающего примера, может происходить сгорание такого топлива, как дизельное. Для улучшения сгорания, уменьшения выбросов и ШВНР, топливо в каждый цилиндр может подаваться с помощью нескольких впрысков в ходе каждого соответствующего такта сжатия. В качестве первого примера, показанного на диаграмме 200, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью обеспечения полного количества топлива для двигателя в виде пяти впрысков: первого предварительного впрыска 212 при ГУПКВ1 (заштрихованный столбец), второго предварительного впрыска 213 при ГУПКВ2 (заштрихованный столбец), основного впрыска 214 при ГУПКВ4 (заполненный точками столбец), первого дополнительного впрыска 216 при ГУПКВ5 (незаполненный столбец) и второго дополнительного впрыска 218 при ГУПКВ6 (незаполненный столбец).
В одном примере первый предварительный впрыск может быть подан при 40 ГУПКВ до ВМТ, а второй предварительный впрыск может быть подан при приблизительно 15 ГУПКВ до ВМТ. Кроме того, основной впрыск может быть введен в цилиндр точно в ВМТ или лишь немного раньше ВМТ (например, при 5 ГУПКВ до ВМТ). Первый дополнительный впрыск может быть введен при приблизительно 35 ГУПКВ после ВМТ, тогда как второй дополнительный впрыск может быть подан при приблизительно 50 ГУПКВ после ВМТ.
Другие варианты осуществления могут включать в себя другое число (большее или меньшее пяти) впрысков в пределах профиля. Например, профиль может содержать один предварительный впрыск и основной впрыск. В других вариантах осуществления впрыски могут подаваться в моменты времени, отличные от показанных на диаграмме 200. Далее, продолжительность каждого впрыска может отличаться от показанной на диаграмме 200, с целью подачи большего или меньшего количества топлива.
Как показано в примере на диаграмме 200, при первом предварительном впрыске 212 подается первая порция топлива (Р1), тогда как при втором предварительном впрыске 213 подается вторая порция топлива (Р2). При основном впрыске 214 могут вводить третью порцию топлива (М), при первом дополнительном впрыске 216 может подаваться четвертая порция топлива (А1), и при втором дополнительном впрыске 218 - пятая порция топлива (А2). В одном примере количество топлива для предварительного впрыска может составлять 1-20% полного количества впрыскиваемого топлива в зависимости от общего требуемого количества и минимального количества топлива, подаваемого форсункой при соответствующем давлении топливной рампы, количество топлива для дополнительного впрыска может составлять 2-25% полного количества топлива, а основной впрыск может обеспечивать 55-98% полного количества топлива. Поэтому порции Р1 и Р2 могут каждая достигать 10% полного количества топлива, а каждая из порций А1 и А2 может достигать до 12% полного количества топлива. Например, в двигателе 6.7L, работающем в режиме холостого хода, полное количество подаваемого топлива может составлять 10 мг/такт. При этом количество топлива для предварительного впрыска при холостом ходу может изменяться в диапазоне от 7% (или 0,7 мг/такт в качестве минимального объема подачи) до 20% (или 2 мг/такт). Количество топлива для дополнительного впрыска также может изменяться в диапазоне от 7% до 20%, а количество топлива для основного впрыска - в диапазоне от 60% до 85%. В другом примере порции Р1 и Р2 могут каждая составлять 2-25% полного количества топлива, порция М - 55 - 99% полного количества топлива, а каждая из порций А1 и А2 может составлять 3 - 45% полного количества топлива. В примере двигателя 3.2L, работающего при подаче приблизительно 7 мг/такт, количество топлива для предварительного впрыска может составлять приблизительно 2 мг/такт или больше. Другие примеры могут включать в себя иные доли топлива, подаваемого с помощью предварительных, основного и дополнительных впрысков без отступления от объема раскрытия настоящего изобретения.
Следует понимать, что в настоящей заявке впрыски топлива, подаваемые до основного впрыска, называются предварительными впрысками, тогда как впрыски топлива, подаваемые после основного впрыска, называются дополнительными впрысками. В других примерах второй предварительный впрыск (213) может называться пилотным впрыском, тогда как первый и второй дополнительные впрыски могут называться дожигающими впрысками. В других примерах многофазные впрыски могут также называться дробными впрысками.
Вариант осуществления профиля впрыска топлива в соответствии с настоящим изобретением представлен на диаграмме 300 в качестве второго примера. Показанный второй пример может представлять собой профиль впрыска топлива, программируемый в новой топливной форсунке для начальной стадии эксплуатации двигателя, например, на стадии изучения контроллером. В одном примере стадия изучения контроллером может продлиться в течение по меньшей мере первых 100 миль на начальной стадии эксплуатации транспортного средства (после изготовления). В другом примере стадия изучения может включать в себя до 2000 миль при эксплуатации транспортного средства после его изготовления. В еще одном примере стадия изучения может включать в себя заданное число часов эксплуатации после изготовления транспортного средства. На стадии изучения контроллер может изучать расходные характеристики форсунки, такие как массовый расход топлива и количество топлива для отдельной форсунки.
На диаграмме 300 первый и второй предварительные впрыски, показанные на диаграмме 200, могут быть заменены единственным «густым» предварительным впрыском 311 при ГУПКВ3 (плотно заполненный точками столбец), подаваемым до основного впрыска 314 при ГУПКВ4 (редко заполненный точками столбец). «Густой» предварительный впрыск может иметь относительно больший объем, превышающий когда-либо ожидаемый, и, таким образом, находящийся на конце шкалы максимально возможных объемов. Выбор количества топлива для густого предварительного впрыска может быть таким, что количество топлива при впрыске достаточно велико, чтобы удовлетворять изменениям объема впрыска во всем семействе произведенных форсунок. Кроме того, количество топлива для предварительного впрыска может быть выбрано так, чтобы все форсунки могли подавать такое количество топлива при впрыске, чтобы подавляющая часть корректировочного изучения впрыска 311 для семейства форсунок происходила только в направлении уменьшения.
Профиль впрыска топлива на диаграмме 300 может включать в себя четыре впрыска на такт сжатия. Как показано позицией 311, количество топлива, подаваемого единственным предварительным впрыском (Р5) при ГУПКВ3, может быть больше, чем каждое из количеств топлива, подаваемых с помощью первого предварительного впрыска 212 (Р1) и второго предварительного впрыска 213 (Р2). В другом примере единственный предварительный впрыск 311 может обеспечивать большее количество топлива по сравнению с объединенными количествами Р1 и Р2. Например, единственный предварительный впрыск 311 может обеспечивать подачу 5-10% (до 25% при холостом ходе) полного количества топлива на начальной стадии эксплуатации двигателя. Доля единственного предварительного впрыска может изменяться по мере возрастания общего количества впрыскиваемого топлива.
Топливная форсунка может подавать большее количество топлива в виде единственного предварительного впрыска за счет поддержания ее в открытом состоянии в течение более продолжительного периода времени (как показано на диаграмме). В одном примере единственный предварительный впрыск может начинаться при 35 ГУПКВ до ВМТ (в такте сжатия). В другом примере единственный предварительный впрыск может начинаться при 5 ГУПКВ до ВМТ. В каждом примере окончание единственного предварительного впрыска может зависеть от существующего давления в топливной рампе. Возможны и другие моменты и периоды времени без отступления от объема раскрытия настоящего изобретения. При возрастании количества топлива, подаваемого с помощью единственного предварительного впрыска, количества топлива, подаваемые с помощью основного впрыска и первого и второго дополнительных впрысков, могут уменьшаться соответственно.
Следует понимать, что некоторые моменты времени впрыска, показанные на диаграмме 300, могут быть аналогичными показанным в профиле впрыска на диаграмме 200, например, основной впрыск 314 при ГУПКВ4, первый дополнительный впрыск 316 при ГУПКВ5 и второй дополнительный впрыск 318 при ГУПКВ6.
В альтернативном варианте осуществления, изображенном на диаграмме 300, вместо впрыскивания большей доли топлива в виде единственного густого предварительного впрыска, большее количество топливо может обеспечиваться первым или вторым предварительным впрыском. Например, можно сохранить первый и второй предварительные впрыски, вместо того, чтобы заменять их единственным предварительным впрыском, как описано выше. В одном примере первый предварительный впрыск 312 при ГУПКВ1 (заштрихованный столбец с пунктирной границей) может обеспечивать подачу большего количества топлива (Р3), чем обеспечивается впрыском 212 (Р1) на диаграмме 200. При этом второй предварительный впрыск 313 при ГУПКВ2 (заштрихованный столбец с пунктирной границей) может обеспечивать подачу такого же количества топлива (Р2), какое обеспечивается впрыском 213 на диаграмме 200. Таким образом, количество топлива, подаваемое в качестве Р3, может быть больше, чем количество топлива, подаваемого в качестве Р1. Однако количества топлива, подаваемые в качестве Р2, М, А1 и А2 (и моменты времени их подачи), могут быть такими же, как в приведенном выше примере диаграммы 200. Альтернативно количества топлива, подаваемые в качестве основного впрыска и дополнительных впрысков, могут быть уменьшены по мере возрастания количества топлива, подаваемого с помощью первого предварительного впрыска.
В еще одном варианте осуществления (не показанном на диаграмме 300) количество топлива для первого предварительного впрыска может оставаться таким же, как обеспечиваемое впрыском 212 на диаграмме 200 (Р1), тогда как объем второго предварительного впрыска может возрастать по сравнению со вторым предварительным впрыском на диаграмме 200.
Таким образом, на начальной стадии эксплуатации транспортного средства (после изготовления) топливная форсунка может программироваться для подачи большего количества топлива в качестве объема предварительного впрыска. Программирование контроллера транспортного средства на подачу команды обеспечения большей первоначальной доли предварительного впрыска позволяет уменьшить вероятность подачи меньшего количества топлива в качестве предварительного впрыска. Кроме того, можно обеспечить присутствие предварительного впрыска в профиле многофазного впрыска. Соответственно, может обеспечиваться лучший контроль ШВНР и выбросов.
Обратимся теперь к ФИГ. 4, на которой показана диаграмма 400, иллюстрирующая изменения профиля впрыска топлива в зависимости от времени в одном цилиндре. Цилиндр может входить в состав нового двигателя в новом транспортном средстве, оснащенном новыми форсунками. Альтернативно цилиндр может быть частью более старого транспортного средства с одним или несколькими вновь установленными топливными форсунками. Регулировки профиля впрыска топлива могут быть обусловлены стадией изучения и адаптации на начальной стадии эксплуатации двигателя после изготовления транспортного средства. В альтернативном варианте осуществления изменения в профиле впрыска топлива могут быть обусловлены стадией изучения и адаптации на начальной стадии эксплуатации двигателя после замены форсунки в цилиндре.
Кривая 402 на верхнем графике диаграммы 400 показывает положения поршней (вдоль оси у) с учетом их местоположения относительно верхней мертвой точки ВМТ и (или) нижней мертвой точки НМТ, а также с учетом их местоположения в пределах четырех тактов (впуска, сжатия, расширения и выпуска) цикла двигателя. Фактически кривая 402 аналогична кривым 202 и 302 и, конкретно, представляет положения поршня в нескольких тактах сжатия и расширения. Диаграмма 400 также включает в себя время, отложенное вдоль оси х, а на ее нижнем графике показаны профили впрыска топлива. Изображенный пример относится к варианту осуществления единственного «густого» предварительного впрыска, заменяющего первый и второй предварительные впрыски, как описано выше со ссылкой на ФИГ. 3 (диаграмма 300).
Аналогично диаграмме 300, профиль впрыска топлива в каждом цикле сгорания включает в себя четыре впрыска: единственный предварительный впрыск, основной впрыск и два дополнительных впрыска. В момент времени t1 предварительный впрыск 412 может начинаться ближе к окончанию такта сжатия (к ВМТ). Форсунка может закрываться в момент времени t2 и подавать первую порцию Р7 в качестве предварительного впрыска в момент времени t2. В момент времени t3 (совпадающий с ВМТ) основной впрыск 413 может начинаться и подавать порцию М7 ко времени его окончания в момент t4. В том же цикле в момент времени t5 может начинаться первый дополнительный впрыск 414, за которым следует второй дополнительный впрыск 415. Дополнительные впрыски могут завершиться к моменту времени t6, а к моменту времени t7 может закончиться такт расширения. Как упоминалось выше, профиль впрыска между моментами времени t1 и t7 может представлять подачу топлива в двигатель в новом транспортном средстве на начальной стадии эксплуатации после изготовления транспортного средства. Альтернативно, профиль может задаваться новой форсункой, установленной в более старом транспортном средстве. Кроме того, как описано выше, команда обеспечения первоначального большего количества топлива при предварительном впрыске может подаваться на стадии изучения, когда контроллер в транспортном средстве изучает различные расходные характеристики новой (-ых) форсунки (-ок).
Между моментами t7 и t8 может пройти некоторое количество времени, и в момент t8 может начаться такт сжатия другого цикла двигателя. Часть цикла двигателя, показанная между моментами времени t8 и t15, может, в одном примере, немедленно следовать за циклом, показанным между моментами времени t1 и t7. В другом примере часть цикла двигателя, показанная между моментами времени t8 и t15, может происходить спустя несколько циклов после первого цикла, показанного между моментами времени t1 и t7. С каждым циклом контроллер может изучать расходные характеристики для форсунок и адаптировать профиль впрыска.
В момент времени t9, ближе к окончанию такта сжатия, порция Р8 топлива может подаваться в качестве предварительного впрыска 416. К моменту t9 контроллер может изучить расходные характеристики для форсунки (-ок), подключенной (-ых) к цилиндру, и уменьшить количество топлива, подаваемого в качестве предварительного впрыска. Поэтому Р8 изображена как уменьшенная порция по сравнению с порцией Р7. Кроме того, предварительный впрыск может происходить в течение более короткого интервала между моментами времени t9 и t10 и закончиться в момент t10. В момент времени t11 в цилиндре может быть обеспечен основной впрыск 417. В одном примере порция топлива, подаваемая в качестве основного впрыска, может оставаться такой же, как М7. В другом примере порция топлива, подаваемая в качестве основного впрыска, может быть другой. В приведенном примере порция М8 основного впрыска немного больше, чем порция М7. На начальной стадии эксплуатации транспортного средства и на стадии изучения контроллер может регулировать предварительный впрыск только в сторону уменьшения. Поэтому, если двигатель работает при более высокой нагрузке, большее количество топлива может подаваться только в качестве основного впрыска, но не предварительного впрыска. Иными словами, объем основного впрыска может возрастать, но объем предварительного впрыска не может возрастать на стадии изучения.
Основной впрыск может быть подан к моменту времени t12, а первый и второй дополнительные впрыски могут происходить между моментами времени t13 и t14. Также, такт расширения этого цикла может закончиться в момент времени t15.
Затем, между моментами времени t15 и t16, может пройти достаточное время в рамках стадии изучения, и контроллер может продолжать изучение расходных характеристик форсунки. В одном примере такты сжатия и расширения, изображенные между моментами времени t16 и t23, могут представлять собой часть цикла сгорания, происходящего спустя несколько циклов после цикла, показанного между моментами времени t8 и t15. Альтернативно, цикл сгорания t16 - t23 может следовать немедленно за предыдущим циклом (t8 - t15).
В момент времени t16 может начаться такт сжатия следующего цикла. Между моментами времени t17 и t18 форсунка может подавать порцию Р9 топлива в качестве предварительного впрыска 420. Как можно заметить, порция Р9 существенно меньше, чем прежние порции Р7 и Р8. К тому времени, когда контроллер выдаст команду на подачу порции Р9, стадия изучения может быть почти завершена, и количество топлива для предварительного впрыска может быть дополнительно уменьшено по сравнению с первоначальной большей долей, подаваемой между моментами времени t1 и t2.
Основной впрыск 422 может быть обеспечен в качестве порции M9 между моментами времени t19 и t20. Порция М9 может быть такой же, как порция М8, либо больше или меньше, чем порция М8. Между моментами времени t21 и t22 могут быть поданы два дополнительных впрыска 424 и 425.
Таким путем, первоначальный предварительный впрыск большего объема может уменьшаться с течением времени по мере изучения контроллером расходных характеристик топливной (-ых) форсунки (-ок). Подавая первоначально большее количество топлива, можно получить больший коэффициент усиления, обеспечивая возможность более быстрого изучения расходных характеристик форсунки. На начальной стадии эксплуатации форсунки и (или) транспортного средства и до тех пор, пока продолжается изучение расходных характеристик форсунки, предварительный впрыск можно регулировать только в сторону уменьшения по сравнению с первоначальным  количеством. Следует понимать, что некоторые форсунки из семейства форсунок двигателя могут обучаться быстрее, чем другие, в зависимости от распределения потока всего семейства. Например, в данном цилиндре, соединенном с по меньшей мере двумя топливными форсунками, расходные характеристики каждой форсунки могут быть изучены по отдельности на стадии изучения. Кроме того, изучение расходных характеристик для каждой форсунки может происходить с различной скоростью в зависимости от распределения потоков через эти форсунки. При продолжении стадии начального изучения количество топлива для предварительного впрыска может регулироваться только в сторону уменьшения. После завершения стадии начального изучения регулировки предварительного впрыска могут выполняться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. В примере цилиндра, соединенного с по меньшей мере двумя топливными форсунками, изучение расходных характеристик первой форсунки может происходить быстрее, и ее стадия начального изучения может быть завершена раньше, чем у оставшейся (-ихся) форсунки (-ок). После того, как стадия начального изучения для первой форсунки пройдена, регулировки количества топлива для предварительного впрыска только для первой форсунки могут выполняться в сторону увеличения или в сторону уменьшения. Количество топлива для предварительного впрыска в оставшейся (-ихся) форсунке (-ках) будет по-прежнему регулироваться только в сторону уменьшения до завершения соответствующей стадии начального изучения.
В примере стадии изучения на начальной стадии эксплуатации двигателя, продолжающейся в течение заданного числа миль после изготовления транспортного средства, начальная стадия эксплуатации транспортного средства и стадия изучения могут считать завершенными при пробеге, превышающем заданное число миль. В примере стадии изучения на начальной стадии эксплуатации транспортного средства в течение заданного числа часов после изготовления транспортного средства начальная стадия эксплуатации двигателя может считаться завершенной после окончания заданного числа часов эксплуатации. Кроме того, последующая эксплуатация двигателя может также включать в себя эксплуатацию двигателя после достижения стабильных значений для расходных характеристик форсунки. Кроме того, после того, как эксплуатация транспортного средства продолжится за пределы стадии изучения, количества топлива для первоначального впрыска могут отличаться от первоначальных  количеств.
Таким образом, двигатель в транспортном средстве может работать с помощью нескольких событий подачи топлива за цикл сгорания. Способ может также содержать, при первоначальной эксплуатации двигателя (и транспортного средства) после изготовления транспортного средства, подачу первой доли топлива в качестве предварительного впрыска и уменьшение только первой доли топлива в соответствии с изучением расходных характеристик форсунки. Начальная стадия эксплуатации двигателя может включать в себя заданное число миль пробега транспортного средства после изготовления транспортного средства, заданное число часов эксплуатации после изготовления транспортного средства или достижение стабильных значений для расходных характеристик форсунки. Способ может дополнительно содержать предоставление второй доли топлива в цикле сгорания в качестве основного впрыска, следующего за предварительным впрыском, изучение расходных характеристик форсунки и регулирование второй доли топлива в сторону увеличения или уменьшения в соответствии с изучением. Третья доля топлива может впрыскиваться в качестве дополнительного впрыска, следующего за основным впрыском. Кроме того, после изучения расходных характеристик форсунки, третья доля топлива может регулироваться в соответствии с изучением. При этом регулировки могут включать в себя увеличение или уменьшение третьей доли топлива, подаваемой в качестве дополнительного впрыска. В другом примере первая доля топлива может подаваться в качестве первого предварительного впрыска и второго предварительного впрыска за один такт двигателя так, чтобы первая доля топлива разделялась между первым предварительным впрыском и вторым предварительным впрыском. Кроме того, каждый из первого предварительного впрыска и второго предварительного впрыска может регулироваться только в сторону уменьшения в соответствии с изучением расходной характеристики форсунки на начальной стадии эксплуатации двигателя после изготовления транспортного средства.
На ФИГ. 5-9 показаны примеры программ, которые контроллер транспортного средства может выполнять на начальной стадии эксплуатации транспортного средства после изготовления, изучая и адаптируя расходные характеристики форсунок в каждом цилиндре двигателя транспортного средства. Альтернативно, эти программы могут также быть активированы при замене одной или нескольких форсунок в двигателе.
На ФИГ. 5 представлена программа 500 для управления двигателем с использованием первой, большей части топлива в качестве предварительного впрыска до завершения адаптивного изучения предварительного впрыска. Конкретно, адаптивное изучение позволяет регулировать количества топлива для предварительного впрыска в сторону уменьшения относительно первой, большей части до освоения и завершения стадии изучения.
На шаге 502 программа 500 содержит оценку и (или) измерение условий эксплуатации двигателя и транспортного средства. Примерами условий, подлежащих оценке и (или) измерению, могут служить скорость транспортного средства, пробег транспортного средства, задаваемый водителем крутящий момент, положение педали акселератора, положение тормозной педали, частота вращения двигателя, ДВК, МРВ и т.д. На шаге 504 может быть определено, завершена ли стадия адаптивного изучения для порции топлива при предварительном впрыске. В одном примере стадия изучения может быть завершена после того, как транспортное средство прошло заданное число миль после изготовления (или замены форсунки). В одном примере заданный пробег может составлять 100 миль после изготовления транспортного средства. В другом примере стадия изучения может считаться завершенной после того, как пробег транспортного средства достигнет 1500 миль после изготовления. Альтернативно, стадия изучения может быть выполнена после 100 миль движения вслед за заменой форсунки. В другом примере стадия изучения может быть завершена после того, как транспортное средство проработает определенное количество часов. В еще одном примере стадия изучения может считаться завершенной, когда расходные характеристики форсунки (или смещения) достигнут стабильного значения (или, в другом примере, минимума). В еще одном варианте осуществления может быть определено, что стадия адаптивного изучения завершена, если отрегулированный предварительный впрыск обеспечивает баланс между количеством топлива и требуемыми свойствами сгорания и ШВНР. Другой пример может включать в себя прохождение заданного расстояния или завершение заданного времени эксплуатации в пределах определенного окна изучения.
Если на шаге 504 подтверждено, что стадия изучения завершена, выполнение программы 500 может закончиться. С другой стороны, если стадия адаптивного изучения пока не завершена, программа 500 может продолжаться с шага 506, чтобы выдать команду впрыска большей порции топлива в качестве предварительного впрыска. Как правило, предварительный впрыск может составлять 1-4% общего количества впрыскиваемого топлива. Поэтому в одном примере запрограммированная командой большая доля предварительного впрыска может составлять 5% общего количества. В другом примере на форсунку может быть выдана команда подачи 50% общего количества топлива в качестве предварительного впрыска, например, в режиме холостого хода.
На шаге 508 предварительный впрыск может включать в себя предварительно запрограммированное количество в качестве первой, большей доли предварительного впрыска. Это предварительно запрограммированное количество можно использовать, например, для нового транспортного средства, пробег которого равен нулю. Альтернативно, на шаге 510 первый предварительного впрыск большего объема может представлять объем, изученный на предшествующей стадии изучения. Например, в транспортном средстве, которое прошло 40 миль после изготовления, топливо, подаваемое при предварительном впрыске, может соответствовать количеству, изученному между милями 39-40.
На шаге 512 программа может инициировать или продолжать изучение расходных характеристик каждой форсунки, подключенной к каждому цилиндру в двигателе. Дополнительные детали изучения будут описаны со ссылкой на ФИГ. 6-9. Расходные характеристики форсунки могут быть изучены при конкретных условиях эксплуатации двигателя и транспортного средства. По мере изучения расходных характеристик программа 500 может адаптировать и регулировать впрыск топлива. На шаге 514 предварительный впрыск можно адаптировать в сторону уменьшения на основе каждого события изучения. Кроме того, на шаге 516 основной впрыск можно регулировать в сторону увеличения или уменьшения на основе результатов изучения. Одновременно один или оба дополнительных впрыска можно регулировать в сторону увеличения или уменьшения в соответствии с результатами изучения расходных характеристик форсунки. Затем программа 500 может вернуться к началу для повторения процесса адаптивного изучения.
Следует понимать, что при изучении и регулировании количеств топлива для предварительного впрыска другие алгоритмы адаптации могут одновременно регулировать большие количества топлива для основного впрыска и дополнительных впрысков.
Обратимся теперь к ФИГ. 6, на которой представлена программа 600 для определения существующих условий эксплуатации двигателя и для выбора конкретной программы изучения на основе существующих условий эксплуатации.
На шаге 602 программа 600 может определить, пущен ли в ход двигатель. Например, адаптивное изучение может выполняться при интенсивном горении на работающем двигателе. Таким образом, если определено, что двигатель остановлен и находится в неподвижном состоянии, выполнение программы 600 заканчивается. В противном случае программа 600 продолжается с шага 604, чтобы определить, имеет ли место режим холостого хода двигателя. В одном примере двигатель может работать на холостом ходу после пуска двигателя. В другом примере, если двигатель не оснащен старт-стопной системой, двигатель может работать на холостом ходу при остановке на светофоре. Если двигатель оснащен старт-стопной системой, двигатель может работать на холостом ходу, если мощность передается для работы вспомогательных агрегатов, таких как система кондиционирования воздуха. В режиме холостого хода в цилиндрах может происходить интенсивное горение для обеспечения частоты вращения холостого хода или несколько более высокой частоты вращения двигателя для работы таких вспомогательных агрегатов, как вентилятор радиатора, водяной насос, конденсатор и т.д.
Если наличие режима холостого хода подтверждено, программа 600 переходит к шагу 606 для активации программы 700, показанной на ФИГ. 7, которая изучает расходные характеристики форсунки в режиме холостого хода. Программа 700 подробно рассмотрена со ссылкой на ФИГ. 7, приведенный ниже. Если режим холостого хода отсутствует, программа 600 продолжается с шага 608, чтобы определить, имеет ли место режим выбега. Режим выбега может включать в себя скорость транспортного средства, большую нуля, с педалью акселератора в выключенном положении (педаль отпущена). Если наличие режима выбега подтверждено на шаге 608, программа 600 продолжается с шага 610 для активации программы 800, показанной на ФИГ. 8, изучающей расходные характеристики форсунки в режиме выбега. Дополнительные детали подробно рассмотрены ниже со ссылкой на ФИГ. 8. Если наличие режима выбега не подтверждено, программа 600 определяет наличие режима, не относящегося ни к холостому ходу, ни к выбегу, на шаге 612. Затем, на шаге 614, может быть активирована программа 900, показанная на ФИГ. 9, для изучения расходных характеристик форсунки в этом режиме. Программа 900 поясняется далее со ссылкой на ФИГ. 9.
Обратимся теперь к ФИГ. 7, на которой представлена программа 700 для выполнения адаптивного изучения в режиме холостого хода. Конкретно, для регулирования количества топлива при предварительных впрысках могут быть изучены расходные характеристики форсунки, такие как количество топлива и массовый расход топлива.
На шаге 702 может быть подтверждено наличие режима холостого хода. Холостой ход двигателя может обеспечивать подходящие условия для изучения требуемого количества топлива при предварительных впрысках, поскольку впрыскиваемые количества топлива на холостом ходу меньше. Поскольку шум в процессе сгорания может быть более заметным на холостом ходу, количества топлива при предварительном впрыске для управления шумом в процессе сгорания также лучше поддаются изучению в режиме холостого хода двигателя.
Если режим холостого хода отсутствует, выполнение программы 700 может закончиться. Если наличие режима холостого хода подтверждено, программа 700 может перейти к шагу 704 для измерения текущей частоты вращения двигателя. Частота вращения двигателя может формироваться на основе сигнала П3 от датчика 118 на эффекте Холла, присоединенного к коленчатому валу (как описано выше со ссылкой на ФИГ. 1). Исходя из измеренного частоты вращения холостого хода двигателя, поправка на впрыск массы топлива может быть изучена на шаге 706 в соответствии с требуемыми частотой вращения холостого хода.
На ФИГ. 10 показан пример структурной схемы системы управления для управления частотой вращения холостого хода. Конкретно, система управления изучает поправку на густой предварительный впрыск в режиме холостого хода путем сравнения требуемой частоты вращения холостого хода с фактической.
На шаге 1002 может быть определена требуемая частота вращения двигателя при холостом ходе. Контроллер может, например, определять требуемую частоту вращения холостого хода на основе требуемой выходной мощности, причем требуемая выходная мощность зависит от вспомогательных агрегатов транспортного средства, которые могут работать при холостом ходе. Например, более высокая частота вращения двигателя может потребоваться при холостом ходе, если работает система кондиционирования воздуха. Вспомогательные агрегаты, такие как фары, радиоприемник, стеклоочиститель ветрового стекла и т.д., могут отбирать меньшую мощность, чем система кондиционирования воздуха. Поэтому, если система кондиционирования воздуха отключена, но фары и стеклоочиститель ветрового стекла активированы, может быть определена более низкая частота вращения двигателя.
На шаге 1004 может быть определена фактическая измеренная частота вращения двигателя (как описано на шаге 704 программы 700). На шаге 1006 может быть определена разность между требуемой частотой вращения двигателя и фактической частотой вращения, а на шаге 1008 значение погрешности может быть передано контроллеру, например, контроллеру 12 двигателя 10, показанного на ФИГ. 1. В ответ на определенную погрешность между требуемой и фактической скоростями вращения двигателя контроллер может отрегулировать общее количество топлива, подаваемого топливными форсунками к двигателю. В одном примере, если указанная регулировка выполняется в сторону уменьшения, первоначальное большее количество топлива при предварительном впрыске может быть уменьшено. В другом примере, если определенная регулировка выполняется в сторону увеличения, количество топлива при основном впрыске может быть увеличено.
Одновременно, требуемая частота вращения двигателя (на шаге 1002) может быть использована в цепи упреждения на шаге 1012 для определения требуемого общего количества топлива на основе просмотровой таблицы. Разность между упреждающим общим количеством топлива и отрегулированным общим количеством топлива, полученным на шаге 1010, может быть оценена на шаге 1014. Кроме того, эта разность между отрегулированным общим количеством топлива и упреждающим общим количеством топлива может быть использована контроллером на шаге 1016 для изучения поправки на густой предварительный впрыск.
Вернемся теперь к программе 700, где на шаге 708 поправка для отдельных форсунок может быть изучена для каждой форсунки на основе частоты вращения коленчатого вала. Конкретно, поправка для отдельных форсунок может формировать средний набор форсунок для обеспечения стабильного холостого хода при балансе цилиндров. Изменения крутящего момента на выходном валу от цилиндра к цилиндру могут вызывать изменения частоты вращения коленчатого вала, что приводит к пониженному балансу цилиндров. Нестабильность двигателя может быть особенно очевидна в режиме холостого хода. Соответственно, режим холостого хода может способствовать более быстрому и легкому изучению отклонений потока через форсунки так, чтобы поправки на подачу топлива через отдельные форсунки можно было применить для улучшения баланса.
На ФИГ. 11 показан пример поправки на основе вклада отдельных цилиндров в частоту вращения двигателя. На диаграмме 1100 показана частота вращения двигателя (ЧВД) вдоль оси у верхнего графика как функция от номера цилиндра на оси х. Изображенный пример представляет шестицилиндровый двигатель со следующей последовательностью зажигания: 1-5-3-6-2-4. На нижнем графике показан профиль впрыска топлива для каждого цилиндра. Кроме того, каждый профиль впрыска топлива включает в себя предварительный впрыск (плотно заполненный точками столбец) и основной впрыск (редко заполненный точками столбец). Дополнительные впрыски не показаны в целях обеспечения ясности.
Слева на первом графике изображен первый цикл двигателя (цикл 1 двигателя) и соответствующая частота вращения двигателя вдоль профилей впрыска топлива на каждый цилиндр. Первый цикл двигателя может представлять собой первый цикл двигателя, непосредственно следующий за изготовлением транспортного средства. Альтернативно, первый цикл двигателя может представлять собой первый цикл двигателя для данного момента времени, например, сегодняшний день, текущий пуск двигателя и т.д.
Вклады отдельных цилиндров в частоту вращения коленчатого вала (или двигателя) могут быть определены специальными датчиками, такими как датчики сгорания, определяющие давление в цилиндре. В другом примере измеряемая угловая скорость коленчатого вала может обеспечивать идентификацию изменения частоты вращения от цилиндра к цилиндру. В других вариантах осуществления относительные вклады крутящего момента каждого цилиндра могут быть оценены с помощью сигналов П3 от датчиков, измеряющих частоту вращения коленчатого вала.
Измеренная частота вращения двигателя показана кривой 1102. Требуемая частота вращения двигателя показана линией 1111. Слева на первом графике каждый цилиндр может получать близкое количество топлива в качестве предварительного впрыска и равное количество топлива в качестве основного впрыска. Например, цилиндр 1 получает порцию Р1 в качестве предварительного впрыска, при этом цилиндр 6 получает порцию Р6 в качестве предварительного впрыска. В показанном примере порция Р1 может быть такой же, как порция Р6. Аналогичным образом, в цилиндр 3 впрыскивают порцию М3 в качестве основного впрыска, тогда как порцию М2 топлива подают к цилиндру 2. В показанном примере порции М2 и М3 могут представлять собой по существу равные количества топлива. В других примерах количества впрыскиваемого топлива могут быть различными.
При данном профиле впрыска топлива могут наблюдаться изменения частоты вращения от цилиндра к цилиндру, как показано кривой 1102. Вклад цилиндра 1 несколько выше частоты вращения, требуемой для коленчатого вала, тогда как цилиндр 5 обеспечивает частоту вращения значительно ниже требуемой. Цилиндры 3 и 2 обеспечивают частоту вращения на выходном валу, выше требуемой, тогда как вклад цилиндра 6 меньше требуемой частоты вращения. Цилиндр 4, как показано на графике, обеспечивает требуемую выходную частоту вращения.
Исходя из изученных изменений от цилиндра к цилиндру, контроллер может регулировать профили впрыска топлива для обеспечения требуемого баланса цилиндров. Соответственно, количество топлива при предварительном впрыске в каждом цилиндре может быть изучено и регулируется только в сторону уменьшения (меньшего количества топлива для этого впрыска). Кроме того, количество топлива при основном впрыске для каждого цилиндра может быть изучено и регулируется в сторону увеличения или в сторону уменьшения для получения требуемого крутящего момента.
В примере на ФИГ. 11 правый график показывает цикл N двигателя, который может быть циклом, следующим за циклом 1 двигателя. В одном примере цикл N двигателя может быть циклом 2 двигателя. Иными словами, это может быть цикл, непосредственно следующий за циклом 1 двигателя. В другом примере цикл N двигателя может быть циклом 7 двигателя. Иными словами, между циклом N двигателя и циклом 1 двигателя может быть несколько циклов двигателя (например, 5 циклов двигателя).
В цикле N двигателя профили впрыска топлива для каждого цилиндра адаптированы на основе результатов изучения цикла 1 двигателя (и последующих циклов). Поэтому подача топлива в цилиндр 1 может осуществляться с помощью несколько меньшей порции Р7 предварительного впрыска для уменьшения фактической частоты вращения до требуемой частоты вращения. Порция М1 основного впрыска в цилиндре 1 может быть такой же, как в цикле 1 двигателя. Цилиндр 5 показан получающим относительно большую порцию М8 основного впрыска для повышения мощности цилиндра и получения фактической частоты вращения двигателя, более близкой к требуемой частоте вращения. При этом, поскольку выдана команда увеличения количества топлива, объем основного впрыска увеличивается. Объем предварительного впрыска в цилиндре 5 на стадии изучения не может быть увеличен. Поэтому порция Р5 предварительного впрыска в цикле N двигателя может быть такой же, как в цикле 1 двигателя.
Далее, как показано на ФИГ. 11, в цикле N двигателя цилиндр 3 может получать по существу уменьшенную порцию как предварительного, так и основного впрыска, для достижения требуемой частоты вращения. Таким образом, порция Р9 предварительного впрыска и порция М9 основного впрыска могут быть меньше, чем соответствующие порции (Р3 и М3) в цикле 1 двигателя. Цилиндр 6 может получать  порцию М10 основного впрыска, тогда как порция Р6 предварительного впрыска может быть такой же, как в цикле 1 двигателя. Цилиндр 2 может получать меньшую порцию Р10 в качестве предварительного впрыска по сравнению с циклом 1 двигателя. Однако порция М2 основного впрыска может иметь такой же объем, как тот, что подается к цилиндру 2 в цикле 1 двигателя. Между тем, цилиндр 4 может в качестве предварительного впрыска и основного впрыска получать такие же порции топлива, как те, что были получены в цикле 1 двигателя, поскольку мощность цилиндра была/находится на требуемом уровне.
Таким образом, только объем основного впрыска может увеличиваться на стадии изучения для повышения мощности цилиндра. Для уменьшения мощности цилиндра любой или оба из объемов предварительного впрыска и основного впрыска могут быть уменьшены.
Следует понимать, что, хотя здесь это не показано, объемы дополнительных впрысков также могут регулироваться в сторону увеличения или уменьшения исходя из требуемой мощности двигателя.
Таким путем, в режиме холостого хода могут быть изучены поправка на массовый расход топлива и поправка на поток через отдельные форсунки. Регулировки предварительного впрыска на стадии изучения могут производиться только в направлении уменьшения. Основной впрыск (и дополнительные впрыски) можно регулировать в сторону увеличения или уменьшения на основе изученных поправок. Изучение этих поправок в режиме холостого хода может обеспечить более точное и легкое адаптивное изучение.
Обратимся теперь к ФИГ. 8, на которой представлена программа 800 для изучения поправок на предварительный впрыск в режиме выбега. Конкретно, поправки на отдельные форсунки могут быть изучены на основе сигналов частоты вращения двигателя. В режиме выбега могут использоваться меньшие объемы топлива для сгорания вследствие более низких значений необходимого крутящего момента.
На шаге 802 может быть подтверждено наличие режима выбега. Например, наличие режима выбега может быть определено исходя из скорости транспортного средства и сигнала положения педали, полученного от датчика педали акселератора. Наличие режима выбега может быть определено, когда скорость транспортного средства больше нуля, а педаль акселератора находится в полностью отпущенном положении. Кроме того, транспортное средство может замедлять ход в режиме выбега с тормозной педалью в полностью отпущенном положении. В другом примере необходимый крутящий момент вместе с перечисленными выше условиями может использоваться для определения условий выбега.
Если определено, что условия выбега отсутствуют, выполнение программы 800 может закончиться. В противном случае программа 800 продолжается с шага 804, чтобы измерить текущую частота вращения двигателя. Как описано выше со ссылкой на ФИГ. 7, частота вращения двигателя может формироваться на основе сигналов П3, получаемых от датчика на эффекте Холла, присоединенного к коленчатому валу.
На шаге 806 поправка на отдельную форсунку может быть изучена на основе ускорения коленчатого вала. Аналогично программе 700, ускорение коленчатого вала на цилиндр может быть изучено на основе изменений мощности от цилиндра к цилиндру. Сигналы П3, получаемые от датчика на эффекте Холла, присоединенного к коленчатому валу, могут обеспечивать данные об ускорении коленчатого вала и вкладе отдельных цилиндров.
Таким путем, адаптивное изучение для предварительных впрысков меньшего объема может осуществляться в режиме выбега. Режим выбега может обеспечивать условия движения, отличные от режима холостого хода, причем необходимый крутящий момент может быть другим. Поэтому профили впрыска топлива могут отличаться от используемых при холостом ходе. Обратимся теперь к ФИГ. 9, на которой показана программа 900 для определения поправок к потоку через форсунку при условиях движения, не включающих в себя ни режим холостого хода, ни режим выбега. Другие входные условия для программы 900 могут включать в себя устройство снижения токсичности отработавших газов с выходными данными, превышающими температуру активции, установившееся состояние и т.д. В частности, изучают поправку на впрыск массы топлива на основе выходных данных датчика отработавших газов.
На шаге 904 программа 900 может подтвердить, присутствует ли режим холостого хода или режим выбега. Если да, выполнение программы может закончиться. Если нет, выполнение программы 900 может продолжаться с шага 906 для приема показания датчика отработавших газов, указывающего содержание кислорода. В другом примере данные о содержании кислорода могут также быть получены от датчика NOx в отработавших газах. На шаге 908 поправка на впрыск массы топлива может быть изучена на основе содержания кислорода в отработавших газах. Например, поправка может обеспечивать соответствие требуемому воздушно-топливному отношению. При этом набор форсунок, подключенных к цилиндру, может быть тонко отрегулирован для обеспечения требуемого массового расхода топлива.
Таким путем, поправки на расход через форсунку могут быть получены при четко выраженных условиях движения. Путем изучения и адаптации предварительных впрысков в различных условиях можно обеспечить более точную адаптацию объема предварительного впрыска. Кроме того, путем уменьшения вероятности разрегулировки предварительного впрыска можно снизить шум в процессе сгорания и выбросы.
Таким образом, способ для двигателя транспортного средства может содержать регулирование в сторону уменьшения первой доли топлива, подаваемой в качестве предварительного впрыска в соответствии с расходными характеристиками форсунки, изученными на начальной стадии эксплуатации двигателя, причем начальная стадия эксплуатации двигателя включает в себя первое число миль пробега транспортного средства после изготовления транспортного средства, заданное число часов эксплуатации после изготовления транспортного средства или достижение стабильных значений для изученной расходной характеристики форсунки. При этом первую долю топлива, подаваемую в качестве предварительного впрыска, можно регулировать только в сторону уменьшения. Далее, вторую долю топлива можно впрыскивать в качестве основного впрыска после предварительного впрыска. Помимо этого, третью долю топлива можно подавать в качестве дополнительного впрыска после основного впрыска. Каждую из второй и третьей доли топлива можно регулировать на основе расходной характеристики форсунки, изученной на начальной стадии эксплуатации двигателя. При этом каждую из второй и третьей доли топлива можно регулировать как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.
В одном примере изученной расходной характеристики форсунки может быть массовый расход топлива, который может быть изучен в режиме холостого хода. При этом расходная характеристика форсунки может быть изучена на основе частоты вращения коленчатого вала. Изучение может включать в себя изучение погрешности на основе поправок к массовому расходу топлива для поддержания требуемой частоты вращения холостого хода двигателя. В другом примере расходная характеристика форсунки может быть изучена на основе выходных данных датчика отработавших газов в режиме, не относящемся ни к холостому ходу, ни к выбегу. Кроме того, изучение расходной характеристики форсунки может включать в себя изучение погрешности на основе поправок к массовому расходу топлива для поддержания требуемого воздушно-топливного отношения. В еще одном примере изученной расходной характеристикой форсунки может быть количество топлива, которое может быть изучено в режиме выбега. При этом изученная расходная характеристика форсунки может быть основана на ускорении коленчатого вала. Альтернативно, расходная характеристика форсунки может быть изучена на основе баланса цилиндров в режиме холостого хода, а изучение может включать в себя изучение погрешности на основе поправок к объему отдельного впрыска для поддержания стабильного режима холостого хода.
При этом управление предварительным впрыском может осуществляться на основе адаптивного изучения при различных условиях эксплуатации двигателя. Благодаря первоначальной работе двигателя с использованием большей доли предварительного впрыска проблемы ШВНР в новом транспортном средстве можно решать за счет уменьшения вероятности погрешностей при калибровке предварительного впрыска. Продолжительные калибровки новых форсунок на стенде можно сократить путем изучения поправок на объем предварительного впрыска при реальных условиях движения. Кроме того, путем изучения расходных характеристик форсунок при различных условиях движения можно достичь более точного определения объема каждого впрыска (например, предварительного, основного). Вследствие этого можно снизить выбросы, обеспечивая улучшенное соответствие нормам выбросов.
Следует отметить, что программы управления и оценки, включенные в настоящую заявку, могут применяться с различными конфигурациями двигателей и (или) автомобильного оборудования. Способы и процедуры управления, раскрытые здесь, могут сохраняться в памяти в виде исполняемых команд. Конкретные процедуры, описанные в настоящей заявке, могут представлять одну или несколько из различных стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. В связи с этим различные проиллюстрированные действия, операции и (или) функции могут выполняться в изображенной последовательности, параллельно или, в некоторых случаях, быть пропущенными. Аналогичным образом, для достижения признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке примеров осуществления необязательно требуется данный порядок обработки, представленный для простоты изображения и описания. В зависимости от конкретной применяемой стратегии одно или несколько из изображенных действий, операций и (или) функций могут выполняться неоднократно. Кроме того, описанные действия, операции и (или) функции могут графически представлять код, программируемый в памяти машиночитаемого носителя данных системы управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в настоящей заявке, приведены в качестве примера, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничивающем смысле, поскольку в них могут быть внесены многочисленные изменения. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, двигателю с 4 оппозитными цилиндрами и другим типам двигателей. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и (или) свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В следующей формуле изобретения конкретно указаны определенные комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных. Эта формула изобретения может ссылаться на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что пункты такой формулы изобретения включают в себя один или несколько таких элементов, не требуя и не исключая два или несколько таких элементов. Другие комбинации или подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и (или) свойств могут быть заявлены путем изменения пунктов настоящей формулы изобретения или представления новых пунктов формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, более широкие, более узкие, равные или отличные по объему от первоначальных, рассматриваются в качестве включенных в предмет настоящего изобретения.