СПОСОБ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА В СВЕРХКРИТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF DIRECT FUEL INJECTION IN SUPERCRITICAL STATE (EMBODIMENTS)

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для управления работой двигателя транспортного средства для осуществления непосредственного впрыска топлива, например, впрыска сжиженного углеводородного газа непосредственно в камеру сгорания, в зависимости от условий.
Уровень техники/Сущность изобретения
В двигателе внутреннего сгорания воздушно-топливное отношение газообразных продуктов сгорания может контролироваться с целью снижения выбросов. Одним из источников погрешностей воздушно-топливного отношения может быть действительный расход топливной форсунки, отличающийся от ожидаемого расхода топливной форсунки. Один из способов регулировки показателя расхода топливной форсунки раскрыт Томасом и др. в патенте US 7.765.991. В нем выходной сигнал датчика отработавших газов используется в цепи обратной связи для оценки погрешности между действительным воздушно-топливным отношением и требуемым воздушно-топливным отношением, и ширина импульса впрыска топлива топливной форсунки регулируется на основе этой погрешности, осуществляя тем самым регулировку расхода топливной форсунки.
Однако авторы настоящего изобретения распознали возможные проблемы, связанные с такими системами. Например, при использовании непосредственного впрыска видов топлива, которые находятся в сверхкритическом состоянии при, по меньшей мере, некоторых рабочих условиях двигателя, регулировка впрыска топлива, основанная на измерении характеристик отработавших газов, может быть ненадежной. Это вызвано тем, что в сверхкритическом состоянии плотность топлива в пробе может варьироваться в значительной степени и сложным образом, что может привести к ненадежности измерений характеристик отработавших газов и, таким образом, неточным расчетам воздушно-топливного отношения. Топливо в сверхкритическом состоянии может эффективно очищать компоненты двигателя от нагара, а непосредственный впрыск топлива в сверхкритическом состоянии может поддерживать чистоту двигателя, несмотря на свойства при непредсказуемом впрыске.
В одном из подходов вышеуказанные проблемы могут быть решены посредством способа для топливной системы, содержащего: регулировку управляющего параметра топливной форсунки на основе воздушно-топливного отношения, избирательное регулировку управляющего параметра топливной форсунки, дополнительно основанное на передаточном коэффициенте топливного насоса, и функционирование топливной форсункой на основе управляющего параметра топливной форсунки. В этом случае требуемое количество впрыскиваемого топлива может точно контролироваться в широком диапазоне температур работы двигателя и значений давления насоса, обеспечивая тем самым требуемые значения воздушно-топливного отношения. Дополнительно, позволяя топливу находиться в топливной форсунке в сверхкритическом состоянии, могут быть достигнуты такие преимущества топлива в сверхкритическом состоянии как чистота компонентов форсунки и низкий уровень выбросов сажи, при одновременном достижении требуемого воздушно-топливного отношения.
Например, может быть определено соотношение между объемом топлива, подаваемого в топливную рампу топливным насосом непосредственного впрыска, и получаемым увеличением давления в топливной рампе. Это соотношение в данном случае может быть названо передаточным коэффициентом топливного насоса и может быть основано на расчете среднего значения коэффициента передачи топливного насоса по множеству задаваемых ходов насоса. В этом случае величина давления в топливной рампе может быть связана с массой топлива. Изменение давления при событии впрыска может быть измерено и связано с массой впрыскиваемого топлива на основе передаточного коэффициента топливного насоса. В ответ на это управляющий параметр форсунки, такой как передаточный коэффициент впрыска, может быть увеличен, и тем самым увеличивается задаваемый объем впрыска. Путем регулировки передаточного коэффициента форсунки на основе передаточного коэффициента топливного насоса при перекачивании топлива в субкритическом состоянии, требуемая масса впрыска может подаваться, даже когда невозможно спрогнозировать плотность топлива на месте впрыска. Например, определение того, находится ли топливо в насосе в сверхкритическом или субкритическом состоянии, может быть использовано для регулировки работы и поддержания улучшенного управления воздушно-топливным отношением в двигателе.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрыты более подробно. Оно не предназначено для определения ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, содержание которого уникально определено формулой изобретения, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показана топливная система, включающая в себя топливную форсунку непосредственного впрыска и топливную форсунку распределенного впрыска и выполненная с возможностью работы с видами топлива в сверхкритическом состоянии при, по меньшей мере, некоторых рабочих условиях двигателя;
На ФИГ. 2 показана схема примерной топливной системы, соединенной с двигателем;
На ФИГ. 3 показан график температуры и давления, когда топливо переходит в сверхкритическое состояние;
На ФИГ. 4 показаны графики передаточного коэффициента топливного насоса непосредственного впрыска и соотношения между изменением давления в топливной рампе при впрыске и номинальным объемом впрыска;
На ФИГ. 5 показана примерная возможная последовательность для регулировки управляющего параметра форсунки на основе передаточного коэффициента топливного насоса;
На ФИГ. 6 показан примерный способ регулировки управляющего параметра форсунки на основе изменения давления в топливной рампе; и
На ФИГ. 7 показан примерный способ регулировки управляющего параметра форсунки на основе передаточного коэффициента топливного насоса.
Подробное описание изобретения
Настоящее описание относится к регулировке управляющих параметров топливной форсунки посредственного впрыска, выполненной с возможностью подачи сжиженного углеводородного газа (СУГ) или аналогичных видов топлива в двигатель внутреннего сгорания. Двигателем может быть двигатель с непосредственным впрыском топлива, где топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры двигателя, как показано на ФИГ. 1-2. Впрыскиваемое топливо может обладать свойствами, показанными на ФИГ. 3. Топливный насос, выполненный с возможностью подачи топлива высокого давления в топливную форсунку непосредственного впрыска, может функционировать в соответствии с передаточной функцией и коэффициентом передаточной функции, связывая продолжительность открытия перепускного клапана с массой впрыскиваемого топлива, как показано на ФИГ. 4. При некоторых условиях управляющий параметр топливной форсунки может быть отрегулирован на основе передаточного коэффициента топливного насоса, как показано на ФИГ. 5. И, наконец, на ФИГ. 6-7 показаны способы, посредством которых управляющие параметры топливной форсунки могут быть отрегулированы для подачи требуемого количества топлива.
На ФИГ. 1 изображен примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере, частично посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством входных данных от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для создания пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 14 (т.е. камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным внутри них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен, по меньшей мере, с одним приводным колесом пассажирского транспортного средства через трансмиссионную систему. Дополнительно, стартерный электродвигатель может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для обеспечения возможности запуска двигателя 10.
Впуск воздуха в цилиндр 14 может осуществляться через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может быть выполнен с возможностью сообщения с другими цилиндрами двигателя 10, помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбокомпрессор или нагнетатель. Например, на ФИГ. 1 показан двигатель 10, выполненный с возможностью установки турбокомпрессора, включающего в себя компрессор 174, установленный между впускными каналами 142 и 144, а также турбину 176, работающую на отработавших газах и установленную на выпускном канале 148. Компрессор 174 может быть, по меньшей мере, частично приведен в действие турбиной 176, работающей на отработавших газах, через вал 180, при этом устройство наддува выполнено как турбокомпрессор. Однако, в других примерах, когда двигатель 10 оснащается нагнетателем, турбина 176, работающая на отработавших газах, не является обязательной и может не использоваться, если компрессор 174 может быть приведен в действие механически при помощи электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен на впускном канале двигателя для изменения уровня расхода и/или давления приточного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть установлен ниже по потоку относительно компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или в другом варианте осуществления он может быть установлен выше по потоку относительно компрессора 174.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10, помимо цилиндра 14. Датчик 128 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 148 выше по потоку относительно устройства 178 контроля токсичности. Датчиком 128 может быть любой подходящий датчик, обеспечивающий показания воздушно-топливного отношения, например, линейный датчик кислорода или универсальный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ), датчик кислорода с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ) (как показано), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ), датчик оксидов азота (NOx), HC или CO. Устройством 178 контроля токсичности может быть трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, различные устройства контроля токсичности или их сочетания.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 изображен с, по меньшей мере, одним впускным тюльпанообразным клапаном 150 и, по меньшей мере, одним выпускным тюльпанообразным клапаном 156, установленными в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может включать в себя, по меньшей мере, два впускных тюльпанообразных клапана, и по меньшей мере, два выпускных тюльпанообразных клапана, находящихся в верхней части цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством привода 152. Подобным же образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством привода 154. При определенных условиях контроллер 12 может изменять сигналы, отправляемые приводам 152 и 154 для управления открытием и закрытием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено посредством соответствующих датчиков положения клапана (не показаны). Приводы клапанов могут быть выполнены в виде электроприводов клапанов или в виде кулачковых приводов, в виде их сочетаний. Фазы газораспределения для впускного и выпускного клапана могут контролироваться одновременно или может быть использован любой вариант изменения фаз кулачкового распределения впускных клапанов, выпускных клапанов, двойное независимое изменение фаз кулачкового распределения или фиксированные фазы кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12 для регулировки работы клапанов. Например, цилиндр 14 в других случаях может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, включая ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления управление впускным и выпускным клапанами может быть осуществлено от общего привода клапана или приводной системы, или от привода системы изменения фаз газораспределения или приводной системы.
Цилиндр 14 может обладать степенью сжатия, т.е. соотношением объемов, когда поршень 138 находится в нижней точке и верхней точке. Традиционно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании других видов топлива, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании видов топлива с более высоким октановым числом или с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может также быть увеличена при прямом впрыске из-за его влияния на детонацию.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может подавать искру зажигания в камере сгорания 14 через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (03) от контроллера 12 в соответствии с выбранным режимом работы. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, когда в двигателе 10 сгорание может инициироваться путем самовозгорания или впрыском топлива, как, например, в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для впрыска топлива в цилиндры. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 показан с двумя топливными форсунками 166 и 170. Топливная форсунка 166 изображена присоединенной напрямую к цилиндру 14 для непосредственного впрыска топлива в него пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ШИВТ-1), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что называется непосредственным впрыском (далее именуемый «НВ») топлива в цилиндр 14. На ФИГ. 1 показана форсунка 166 в виде боковой форсунки, однако она также может быть установлена над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание, когда двигатель работает на спиртовом топливе, благодаря более низкой летучести некоторых спиртовых видов топлива. В альтернативном варианте осуществления топливная форсунка может быть установлена над и рядом с впускным клапаном для улучшения смесеобразования. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 172 высокого давления, включающей в себя топливный бак, топливные насосы, топливную рампу и драйвер 168. Далее, топливный бак (не показан) может содержать датчик давления, подающий сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана установленной во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, и такая конфигурация обеспечивает так называемый распределенный впрыск топлива (далее именуемый «РВТ») во впускной канал выше по потоку относительно цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ШИВТ-2), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 топливной системой 172.
Топливо может подаваться в цилиндр обеими форсунками за один цикл цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть от общего количества впрыскиваемого топлива, которое сгорает в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого каждой форсункой, может изменяться в зависимости от рабочих условий в соответствии с нижеуказанным раскрытием в настоящем документе. Относительное распределение общего количества впрыскиваемого топлива между форсунками 166 и 170 может быть названо первым соотношением впрыска. Например, впрыскивание большего количества топлива для события сгорании через форсунку 170 (распределенного впрыска) может быть примером более высокого первого соотношения распределенного впрыска к непосредственному впрыску, при впрыскивании большего количества топлива для события сгорания через форсунку 166 (непосредственного впрыска) может быть примером более низкого первого соотношения распределенного впрыска к непосредственному впрыску. Следует обратить внимание на то, что это всего лишь примеры различных соотношений впрыска, и могут быть использованы другие различные соотношения впрыска. Кроме того, следует понимать, что топливо распределенного впрыска может подаваться, когда впускной клапан открыт, впускной клапан закрыт (например, по существу, перед тактом впуска, например, во время такта выпуска), а также как при открытии, так и закрытии впускного клапана. Аналогично, топливо, впрыскиваемое непосредственно в цилиндры, может подаваться во время такта впуска, а также частично во время предыдущего такта выпуска, во время такта впуска и, например, частично во время такта сжатия. Дополнительно, топливо, впрыскиваемое непосредственно в цилиндры, может подаваться за одно событие впрыска или за множество событий впрыска. Это может включать в себя множество событий впрыска во время такта сжатия, множество событий впрыска во время такта впуска или сочетание некоторых событий непосредственного впрыска во время такта сжатия и некоторых во время такта впуска. Когда осуществляется множество событий непосредственного впрыска, относительное распределение общего объема топлива непосредственного впрыска между впрыском такта впуска (непосредственным) и впрыском такта сжатия (непосредственным) может быть названо вторым соотношением впрыска. Например, впрыск большего количества топлива непосредственного впрыска для события сгорания во время такта впуска может быть примером более высокого второго соотношения непосредственного впрыска такта впуска, при впрыске большего количества топлива для события сгорания во время такта сжатия может быть примером более низкого второго соотношения непосредственного впрыска такта впуска. Следует обратить внимание на то, что это всего лишь примеры различных соотношений впрыска, и могут быть использованы другие различные соотношения впрыска.
Таким образом, даже для одного события сгорания топлива впрыскиваемое топливо может быть впрыснуто с различными настройками синхронизации для форсунки распределенного впрыска топлива и для форсунки непосредственного впрыска топлива. Кроме того, для одного события сгорания топлива за цикл может быть выполнено множество событий впрыска поданного топлива. Множество событий впрыска может быть осуществлено во время такта сжатия, такте впуска или в любом подходящем их сочетании.
В соответствии с вышеуказанным раскрытием на ФИГ. 1 показан только один цилиндр двигателя с несколькими цилиндрами. Соответственно, каждый из цилиндров может таким же образом включать в себя собственный комплект впускных / выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Такие отличия могут включать в себя отличия в размере, например, одна форсунка может иметь сопло увеличенного размера по сравнению с другой. Другие отличия включают в себя, не ограничиваясь, различные углы распыления, различные рабочие температуры, различную направленность, различную регулировку синхронизации впрыска, различные характеристики распыления, различные места расположения и т.д. Более того, в зависимости от коэффициента распределения впрыснутого топлива между форсунками 170 и 166, могут быть достигнуты различные технические результаты.
Топливная система 172 может включать в себя один топливный бак или множество топливных баков. В вариантах осуществления, когда топливная система 172 включает в себя множество топливных баков, топливные баки могут содержать топливо с одинаковыми свойствами или могут содержать топливо с разными свойствами, например, топливо с разными составами. Эти различия могут включать в себя разное содержание спирта, разное октановое число, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их сочетания и т.д. В некоторых примерах, топливная система 172 может включать в себя топливный бак, заполненный жидким топливом, например, сжиженным углеводородным газом (СУГ), а также включать в себя топливный бак, заполненный газообразным топливом, например, компримированным природным газом (КПГ). В других примерах, топливная система 172 может включать в себя топливный бак, заполненный первым жидким топливом, например, СУГ, и топливный бак, заполненный вторым жидким топливом, например, бензином. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью впрыска топлива из одного и того же топливного бака, из различных топливных баков, из множества одинаковых топливных баков или из перекрывающегося множества топливных баков. В одном из примеров топливная форсунка 166 может быть выполнена с возможностью впрыска СУГ из первого топливного бака, и топливная форсунка 170 может быть выполнена с возможностью впрыска бензина из второго топливного бака. В дополнительном примере топливная форсунка 166 может быть выполнена с возможностью впрыска СУГ из первого топливного бака, и топливная форсунка 170 может быть выполнена с возможностью впрыска бензина из второго топливного бака. В еще одном примере каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена с возможностью впрыска СУГ из общего топливного бака. В других примерах одна или более топливных форсунок 166 и топливных форсунок 170 могут быть выполнены с возможностью впрыска КПГ. Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорное устройство (МПУ) 106, порты 108 ввода / вывода, электронное запоминающее устройство для исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в данном конкретном примере в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 110, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 112, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, включающие в себя: показания массового расхода воздуха (МРВ) на впуске от датчика 122 массового расхода воздуха; показания температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, соединенного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. На основе сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения (ЧВ) двигателя. Сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика давления в коллекторе может использоваться для предоставления указания на пониженное давление или повышенное давление во впускном коллекторе.
Постоянное запоминающее устройство 110 может быть запрограммировано посредством машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые процессором 106, для осуществления способов, раскрытых ниже, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных отдельно. Примерный алгоритм, который может быть выполнен контроллером, раскрыт на ФИГ. 6 и 7.
Что касается ФИГ. 2, на ней изображена топливная система 200 непосредственного впрыска, соединенная с двигателем 10 внутреннего сгорания, которая может быть выполнена в качестве движительной системы транспортного средства. Двигатель 10 внутреннего сгорания может включать в себя множество камер сгорания или цилиндров 14. Топливо СУГ может подаваться напрямую в цилиндры 14 посредством установленных в цилиндрах форсунок 166 непосредственного впрыска. Как схематически показано на ФИГ. 2, двигатель 10 может получать приточный воздух и выпускать продукты, образующиеся в результате сгорания топливовоздушной смеси.
Топливо может подаваться в двигатель 10 через форсунки 166 посредством топливной системы, обозначенной на фигуре, в целом, как позиция 172. В этом конкретном примере топливная система 172 включает в себя топливный бак 252 для хранения топлива в транспортном средстве, топливный насос 230 пониженного давления (например, топливоподкачивающий насос), топливный насос повышенного давления или топливный насос 240 непосредственного впрыска, топливную рампу 258 и различные топливные каналы 254, 255 и 256. В примере, показанном на ФИГ. 2, по топливному каналу 254 топливо поступает от насоса 230 пониженного давления к топливному фильтру 206. Топливный канал 255 подает топливо от топливного фильтра 206 в камеру 237 охлаждения топлива до подачи топлива в топливный насос 240 непосредственного впрыска. Топливный канал 256 подает топливо из топливного насоса 240 непосредственного впрыска в топливную рампу 258.
Камера 237 охлаждения топлива включает в себя топливную форсунку 223, на которую топливо подается из топливного канала 255. Топливная форсунка может подавать топливо в камеру 237 охлаждения топлива, в которой топливо под давлением расширяется до парообразного состояния и охлаждает жидкое топливо, поступающее в топливный насос 240 непосредственного впрыска. Расширенное топливо можно впрыскивать в двигатель 10 через форсунку 170 распределенного впрыска, которая впрыскивает топливные пары во впускной коллектор двигателя или впускные тракты цилиндра. В ином случае, расширенное топливо может выходить из камеры 237 охлаждения топлива и возвращаться в топливный бак 252 по каналу 233. Топливная форсунка 223 открывается и закрывается посредством широтно-импульсной модуляции напряжения, подаваемого контроллером 12. Это газообразное топливо можно также быть направлено в систему продувки паров топлива, которая установлена в бензиновой топливной системе, если транспортное средство оборудовано вспомогательной бензиновой системой. В этом случае путем впрыска расширенного топлива в камеру 237 охлаждения топлива, температура топлива, поступающего на впуск насоса непосредственного впрыска, может поддерживаться на уровне ниже верхнего порогового значения температуры.
Топливная рампа 258 может распределять топливо в каждую из множества топливных форсунок 166. Каждая из множества топливных форсунок 166 может быть установлена в соответствующем цилиндре 14 двигателя 10, таким образом, чтобы во время работы топливных форсунок 166 топливо впрыскивалось непосредственно в каждый соответствующий цилиндр 14. В другом варианте (или дополнительно) двигатель 10 может включать в себя топливные форсунки, расположенные у впускного окна каждого цилиндра, таким образом, чтобы во время работы топливных форсунок топливо впрыскивалось во впускное окно каждого цилиндра. В проиллюстрированном примере двигатель 10 включает в себя четыре цилиндра. Однако следует понимать, что двигатель может включать в себя разное количество цилиндров.
Топливный насос 230 пониженного давления может быть приведен в действие посредством контроллера 12 для подачи топлива в насос 240 впрыска топлива через топливный канал 254. Топливный насос 230 пониженного давления может быть выполнен в качестве так называемого топливоподкачивающего насоса. В одном из примеров топливный насос 230 пониженного давления может включать в себя электродвигатель насоса, причем увеличением давления на насосе и/или объемным расходом насоса можно управлять путем изменения электрической мощности, подаваемой на электродвигатель насоса, тем самым уменьшая или увеличивая частоту вращения электрического двигателя. Например, когда контроллер 12 уменьшает электрическую мощность, подаваемую на насос 203, объемный расход и/или давление, нагнетаемое насосом 230, может быть уменьшено. Объемный расход и/или давление, нагнетаемое насосом, может быть увеличено путем увеличения электрической мощности, подаваемой на насос 230. В одном из примеров электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель насоса пониженного давления, можно получать от генератора переменного тока или другого устройства накопления энергии на транспортном средстве (не показано), в результате чего система управления может управлять электрической нагрузкой, используемой для обеспечения электропитания насоса 230 пониженного давления. Таким образом, путем изменения напряжения и/или тока, подаваемых на топливный насос 230 пониженного давления через проводник 282, можно регулировать расход и давление топлива, подаваемых на насос 240 впрыска топлива и, в конечном счете, в топливную рампу, посредством контроллера 12.
Топливный насос 230 низкого давления может быть по текучей среде соединен с обратным клапаном 204 для обеспечения подачи топлива, предотвращения обратного потока топлива и поддержания давления в топливной линии. В частности, обратный клапан 204 включает в себя шарово-пружинный механизм, устанавливающийся и обеспечивающий герметизацию при определенном перепаде давления, чтобы подать топливо ниже по потоку относительно обратного клапана 204. В некоторых примерах топливная система 250 может включать в себя ряд обратных клапанов, по текучей среде соединенных с топливным насосом 230 низкого давления с целью дальнейшего предотвращения обратного потока топлива выше по потоку относительно клапанов. Обратный клапан 204 по текучей среде соединен с топливным фильтром 206. Топливный фильтр 206 может удалять мелкие загрязнения, которые могут содержаться в топливе и которые, возможно, могут ограничить поток топлива. Топливо можно подавать от фильтра 206 в топливную форсунку 223 и топливный насос 240 высокого давления (например, насос впрыска топлива). Насос 240 впрыска топлива может повышать давление топлива, получаемого от топливного фильтра с первого уровня давления, создаваемого топливным насосом 230 низкого давления, до второго уровня давления, превышающего первый уровень давления. Насос 240 впрыска топлива может подавать топливо высокого давления в топливную рампу 258 по топливной линии 256. Насос 240 впрыска топлива может представлять собой нагнетательный поршневой насос. Работа топливного насоса 240 непосредственного впрыска может регулироваться на основе рабочих условий транспортного средства, чтобы обеспечить подачу топлива в жидком состоянии в насосе 240 впрыска топлива.
Топливным насосом 240 непосредственного впрыска для подачи топлива в топливную рампу 258 через топливный канал 256 можно управлять посредством контроллера 12. В одном из неограничивающих примеров насос 240 впрыска топлива может использовать клапан регулировки расхода, «перепускной клапан» (ПК) с электромагнитным приводом или регулятор расхода топлива (РРТ), указанный на шаге 242 для того, чтобы система управления могла менять полезный объем насоса для каждого хода насоса. В одном из примеров система управления может быть выполнена с возможностью изменения периода времени, в течение которого перепускной клапан 242 открыт во время хода поршня насоса 240 впрыска топлива, таким образом, изменяя массу топлива, подаваемого в топливную рампу 258, для каждого хода насоса. Насос 240 впрыска топлива может быть приведен в действие механически двигателем 10 в отличие от топливного насоса пониженного давления или топливоподкачивающего насоса 230, приводимого в действие электродвигателем. Насосный поршень 244 топливного насоса 240 непосредственного впрыска может получать механическое входное воздействие от коленчатого вала двигателя или распределительного вала посредством кулачка 246. Таким образом, насос 240 впрыска топлива может быть приведен в действие в соответствии с принципом работы одноцилиндрового насоса с кулачковым приводом.
Как показано на ФИГ. 2, датчик 248 топлива расположен в канале 254 ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса 230. Датчик 248 топлива может определять состав топлива и может работать на основе емкостного сопротивления топлива или количества молей диэлектрической жидкости в пределах его считываемого объема. Например, количество этанола (например, жидкого этанола) в топливе может быть определено (например, когда используется смесь с топливным спиртом) на основе емкостного сопротивления топлива. Датчик 248 топлива может быть использован для определения уровня испарения топлива, так как топливные пары имеют меньшее количество молей в пределах считываемого объема, чем жидкое топливо. Поэтому, испарение топлива может быть определено при падении емкостного сопротивления топлива. В соответствии с более подробным раскрытием со ссылкой на ФИГ. 4 и 5, датчик 248 топлива может быть использован для определения уровня испарения топлива, таким образом, чтобы контроллер 12 мог регулировать выходное давление топливоподкачивающего насоса для снижения испарения топлива в пределах топливоподкачивающего насоса 230.
Далее, в некоторых примерах топливный насос 240 непосредственного впрыска может работать как датчик 248 топлива и определять уровень испарения топлива. Например, цилиндро-поршневой блок насоса 240 впрыска топлива образует жидкостный конденсатор. Как таковой, цилиндро-поршневой блок создает из насоса 240 впрыска топлива емкостный элемент датчика состава топлива. В некоторых примерах, цилиндро-поршневой блок насоса 240 впрыска топлива может быть самой теплой точкой в системе, поэтому топливные пары могут образовываться там в первую очередь. В таком примере топливный насос 240 непосредственного впрыска может быть использован как датчик для обнаружения паров топлива, так как испарение топлива может происходить в цилиндро-поршневом блоке, прежде чем оно возникнет где-то в другом месте системы.
Как показано на ФИГ. 2, топливная рампа 258 включает в себя датчик 262 давления в топливной рампе для передачи в контроллер 12 данных о давлении в топливной рампе. Для передачи в контроллер 12 данных о частоте вращения двигателя может быть использован датчик 264 частоты вращения двигателя. Данные о частоте вращения двигателя могут быть использованы для определения скорости насоса 240 впрыска топлива, так как насос 240 приводится в действие механически двигателем 10, например, посредством коленчатого вала или распределительного вала. Датчик 128 отработавших газов может быть использован для сообщения состава отработавших газов контроллеру 12. В одном из примеров датчик 128 может включать в себя универсальный датчик кислорода в отработавших газах (УДКОГ). Датчик 128 отработавших газов может быть использован контроллером как источник обратной связи для регулировки объема топлива, подаваемого в двигатель форсунками 166. В этом случае контроллер 12 может управлять воздушно-топливным отношением, подаваемым в двигатель, до требуемого уровня воздушно-топливного отношения.
Дополнительно, контроллер 12 может получать другие сигналы о параметрах отработавших газов / двигателя от других датчиков двигателя, например, температуру хладагента двигателя, частоту вращения двигателя, положение дросселя, абсолютное давление в коллекторе, температуру устройства контроля токсичности и т.д. Дополнительно, контроллер 12 может обеспечивать контроль с обратной связью на основе сигналов, получаемых от датчика 248 топлива, датчика 262 давления и датчика 264 частоты вращения двигателя, среди прочих. Например, контроллер 12 может посылать сигналы для регулировки текущего уровня, текущего темпа изменения, ширины импульса электромагнитного клапана 242 (ЭМК) насоса 240 впрыска топлива и тому подобного для регулировки работы насоса 240 впрыска топлива, уставки давления топлива регулятора давления топлива и/или объем впрыска топлива, и/или изменения времени на основе сигналов датчика 248 топлива, датчика 262 давления, датчика 264 частоты вращения двигателя и т.п.
Контроллер 12 может по отдельности приводить в действие каждую из форсунок 166 и 170. Контроллер 12 и другие подходящие контроллеры системы двигателя могут содержать систему управления. Контроллер 12 в данном конкретном примере содержит электронный блок управления, содержащий одно или несколько устройств 108 ввода / вывода, микропроцессорное устройство 106 (МПУ), постоянное запоминающее устройство 110 (ПЗУ) или долговременная память, оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ) и энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ). ПЗУ 110 электронного носителя данных может быть запрограммировано посредством машиночитаемых данных, представляющих собой энергонезависимые инструкции, исполняемые процессором 106, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде.
Как показано, топливная система 200 непосредственного впрыска является безвозвратной топливной системой и может представлять собой механическую безвозвратную топливную систему (МБТС) или электронную безвозвратную топливную систему (ЭБТС). В случае МБТС давление в топливной рампе можно контролировать посредством регулятора давления (не показан), расположенного на топливном баке 252. У ЭБТС датчик 262 давления может быть установлен на топливной рампе 258 для измерения давления в топливной рампе относительно давления в коллекторе. Сигнал от датчика 262 давления может быть возвращен на контроллер 12, который модулирует напряжение для насоса 240 впрыска топлива для создания требуемого давления топлива и расхода топлива на форсунках.
Хотя это и не показано на ФИГ. 2, в других примерах топливная система 200 непосредственного впрыска может включать в себя обратную линию, по которой излишки топлива возвращаются из двигателя посредством регулятора давления топлива в топливный бак по обратной линии. Регулятор давления топлива может быть встроен в один ряд с обратной линией для регулировки топлива, подаваемого в топливную рампу 258 с требуемым давлением. Для поддержания давления топлива на требуемом уровне регулятор давления топлива может возвращать излишки топлива в топливный бак 252 по обратной линии. Следует понимать, что работа регулятора давления топлива может быть настроена так, чтобы менять требуемое давление топлива в соответствии с условиями эксплуатации.
Таким образом, система, представленная на ФИГ. 2, предусматривает систему для транспортного средства, содержащую: двигатель; топливный насос непосредственного впрыска, подающий топливо в двигатель, при этом топливный насос непосредственного впрыска включает в себя камеру охлаждения топлива; охлаждающую форсунку, по текучей среде соединенную с камерой охлаждения; топливоподкачивающий насос, подающий топливо в топливный насос непосредственного впрыска; и контроллер, включающий в себя инструкции, хранящиеся в долговременной памяти, для увеличения расхода подачи топлива в камеру охлаждения топлива в ответ на объемную производительность топливного насоса непосредственного впрыска. Система транспортного средства дополнительно включает в себя инструкции для увеличения выходного давления топливоподкачивающего насоса в ответ на объемную производительность топливного насоса непосредственного впрыска. Система транспортного средства включает в себя то, что объемная производительность топливного насоса непосредственного впрыска представляет собой основу для определения жидкого топлива, подаваемого в топливный насос непосредственного впрыска. Система транспортного средства дополнительно содержит топливную форсунку распределенного впрыска, по текучей среде соединенную с камерой охлаждения топлива. Система транспортного средства дополнительно содержит топливный канал, обеспечивающий соединение по текучей среде между камерой охлаждения топлива и топливным баком. Система транспортного средства включает в себя контроллер, включающий в себя дополнительные инструкции для определения погрешности объемной производительности топливного насоса непосредственного впрыска.
График на ФИГ. 3 имеет ось Y, представляющую собой давление, и давление увеличивается в направлении стрелки оси Y. График на ФИГ. 3 также включает в себя ось X, представляющую собой температуру, и температура увеличивается в направлении стрелки оси X.
Кривая 302 представляет собой фазовую линию, отделяющую жидкое или газообразное состояние пропана. Пропан находится в жидком состоянии, когда он находится в условиях выше кривой 302, а в газообразном состоянии, когда он находится в условиях ниже кривой 302. Пропан достигает сверхкритического состояния при температуре и давлении выше 306. Горизонтальная линия 326 представляет собой температуру, при которой пропан переходит в сверхкритическое состояние. Вертикальная линия 320 представляет собой температуру, при которой пропан переходит в сверхкритическое состояние.
Кривая 304 представляет собой фазовую линию, отделяющую жидкое или газообразное состояние бутана. Бутан находится в жидком состоянии, когда он находится в условиях выше кривой 304, а в газообразном состоянии, когда он находится в условиях ниже кривой 304. Бутан достигает сверхкритического состояния при температуре и давлении выше 308. Горизонтальная линия 324 представляет собой температуру, при которой бутан переходит в сверхкритическое состояние. Вертикальная линия 322 представляет собой температуру, при которой бутан переходит в сверхкритическое состояние. При температурах выше 322 бутан находится в сверхкритическом состоянии. При значениях давления выше 324 бутан находится в сверхкритическом состоянии.
Сжиженный углеводородный газ, продающийся для автомобилей, иногда продающийся под наименованием «Автогаз», чаще всего представляет собой смесь пропана и бутана. Таким образом, при эксплуатации транспортного средства, выполненного с возможностью использования СУГ в качестве источника топлива, может оказаться желательным поддерживать температуру пропана до отметки менее 320, а давление - менее 326, таким образом, чтобы массу пропана, подаваемого в двигатель, можно было бы точно определять и регулировать. Аналогичным образом, может оказаться желательным поддерживать значения температуры бутана до отметки менее 322, а значения давления - менее 324, таким образом, чтобы массу бутана, подаваемого в двигатель, можно было бы определять и регулировать. Однако, при, по меньшей мере, некоторых рабочих условиях двигателя температура в форсунке непосредственного впрыска может превышать температуру 320 или 322, и топливо, содержащее пропан или бутан, может, соответственно, переходить в сверхкритическое состояние. В этом случае плотность такого топлива становится менее прогнозируемой и, соответственно, соотношение между массой впрыска и шириной импульса впрыска становится менее надежным.
На ФИГ. 4 представлены два графика 410 и 420, посредством которых, соответственно, изображен передаточный коэффициент топливного насоса и соотношение между измеренным уменьшением давления топлива для события впрыска и номинальным впрыскиваемым объемом. Каждый график использует кривую 412, основанную на измерениях объема и давления, взятых на впуске топливного насоса с топливом в субкритическом состоянии.
Сначала рассмотрен график 410, ось Y представляет собой изменение давления в топливной рампе во время хода топливного насоса непосредственного впрыска, а также изменение увеличения давления в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет собой объем топлива, перекачиваемого топливным насосом непосредственного впрыска, и объем увеличивается в направлении стрелки оси X. Каждая точка 414 данных может представлять собой измерение изменения давления в топливной рампе в результате перекачивания известного объема топлива в топливную рампу. Таким образом, каждая точка 414 данных обеспечивает единичный расчет передаточного коэффициента топливного насоса. Точки 414 данных могут быть записаны только при условиях, когда топливо на впуске топливного насоса определяется как топливо в жидком или субкритическом состоянии. Определение объема топлива для перекачивания во время конкретного хода насоса может быть основано на требуемой массе топлива для перекачивания и расчетной плотности топлива. Если топливо поддерживается при условиях субкритического состояния на впуске топливного насоса, расчетная плотность топлива может быть прогнозируемой величиной (например, на основе измеренной или расчетной температуре на впуске насоса НВ). На основе количества точек 414 данных, можно сформировать кривую 412, посредством статистического метода. В одном из примеров линейная регрессия может быть выполнена по точкам 414 данных для построения кривой 412. В другом примере рекурсивный метод наименьших квадратов может быть использован по точкам 414 данных для построения кривой 412, поскольку это более подходит для выполнения непрерывной обработки, чем регрессивный метод с использованием серии данных. Дополнительно, кривая 412 может быть повторно обновлена на основе сбора большего количества точек 414 данных, таким образом обеспечивая расчет передаточного коэффициента топливного насоса в режиме реального времени на основе среднего значения расчетов передаточного коэффициента топливного насоса. В этом случае, если плотность топлива в топливной рампе колеблется каким-либо неизвестным образом, соотношение между массой, попадающей через повышение давления насоса и топливной рампы, может быть восстановлено в режиме реального времени.
Поскольку насос перекачивает топливо в субкритическом состоянии, может быть точно вычислена его добавочная масса за один ход поршня насоса. Такое вычисление может установить текущее соотношение между изменением давления и изменением массы топлива в топливной рампе. Данное вычисленное соотношение, наряду с измеренным изменением давления в результате события впрыска топлива, может быть использовано для определения массы впрыскиваемого топлива, при отсутствии информации о плотности или модуля объемной деформации топлива в сверхкритическом состоянии в топливной рампе. В этом случае масса впрыснутого топлива в сверхкритическом состоянии может быть определена в режиме реального времени на основе каждого изменения давления в топливной рампе в результате перекачивания топлива в субкритическом состоянии и изменения давления в топливной рампе в результате события впрыска топлива в сверхкритическом состоянии.
Что касается графика 420, ось Y представляет собой изменение давления в насосе топливной рампы в результате события впрыска, и изменение давления уменьшается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет собой объем топлива, связанный с изменением давления, представленным на оси Y, объем увеличивается в направлении стрелки оси X и представляет собой объем топлива, перекачиваемого в топливную рампу. Кривая 412, построенная по точкам 414 данных на графике 410, может быть адаптирована на графике 420 для преобразования уменьшения давления в топливной рампе при событии впрыска до расчета объема топлива, перекачиваемого во впуск. Поскольку соотношение между значениями давления в топливной рампе и объема топлива, раскрываемое на кривой 412, было определено на основе измерений топлива в субкритическом состоянии, оно обеспечивает точный расчет объема топлива в топливной рампе. Таким образом, независимо от того, находится ли топливо в топливной форсунке в сверхкритическом состоянии или нет, изменение давления в результате события впрыска топлива может быть преобразовано в перекачиваемый объем топлива. Дополнительно, поскольку топливо было перекачано в субкритических условиях, номинальная плотность топлива в субкритическом состоянии может быть использована для определения точного соотношения перепада давления в топливной рампе к массе впрыскиваемого топлива.
Например, перепад давления dP1 в топливной рампе может быть измерено во время события впрыска. Такое событие впрыска может иметь связанный с ним номинальный объем впрыска (не показан), который был определен на основе требуемой массы впрыска и номинальной плотности топлива. Также требуемая масса впрыска в данном случае может быть названа номинальной массой впрыска. Перепад давления dP1 в топливной рампе может быть связан с объемом dV1 перекачиваемого топлива посредством кривой 412. Для определения действительной впрыскиваемой массы топлива соответствующий объем dV1 перекачиваемого топлива может быть умножен на номинальную плотность топлива. В этом случае изменение давления в топливной рампе может быть связано с массой впрыскиваемого топлива посредством номинальной плотности и измерений давления и объема, произведенных на топливном насосе.
В некоторых примерах эту массу впрыска можно сравнивать с номинальной массой впрыска, и управляющий параметр форсунки может быть отрегулирован на основе такого сравнения. Например, передаточный коэффициент форсунки может быть отрегулирован для регулировки соотношения между требуемой массой впрыска и заданным объемом впрыска. В частности, номинальная масса впрыскиваемого топлива может быть больше действительной массы впрыскиваемого топлива, указывая на то, что плотность топлива в топливной рампе ниже прогнозируемой. Соответственно, передаточный коэффициент форсунки может быть увеличен для увеличения номинального объема впрыска, связанного с требуемой массой впрыска. В одном из вариантов осуществления передаточным коэффициентом форсунки может быть коэффициент, который мультиплицирует номинальный объем впрыска, определенный на основе плотности топлива в субкритическом состоянии для определения задаваемого объема впрыска. В альтернативном варианте осуществления передаточный коэффициент форсунки может быть коэффициентом, который регулирует соотношение между шириной импульса впрыска топлива форсунки и требуемой массой впрыска.
В этом случае передаточный коэффициент форсунки может быть равен или приблизительно равен единице, когда топливо находится в субкритическом состоянии, и передаточный коэффициент форсунки может быть отрегулирован в ответ на изменение плотности топлива в месте впрыска, изменение плотности обнаруживается на основе сравнения номинальной массы впрыска с действительной массой впрыскиваемого топлива. Например, при первом условии передаточный коэффициент форсунки может быть увеличен, тем самым увеличивая задаваемый объем впрыска, и при втором условии передаточный коэффициент форсунки может быть уменьшен, тем самым уменьшая задаваемый объем впрыска. В одном из примеров первое условие может включать в себя действительную массу впрыска меньше требуемой массы впрыска, а второе условие может включать в себя действительную массу впрыска больше требуемой массы впрыска. В этом примере регулировка передаточного коэффициента топливной форсунки находится в предписанном направлении разности между требуемой массой впрыска и действительной массой впрыска. Во втором примере первое условие может включать в себя значение плотности топлива в топливной рампе, которое становится меньше расчета плотности топлива в субкритическом состоянии, а второе условие может включать в себя значение плотности топлива в топливной рампе, которое становится больше расчета плотности топлива в субкритическом состоянии. В этом примере регулировка передаточного коэффициента топливной форсунки находится в предписанном направлении разности между плотностью субкритического состояния и текущей плотностью в топливной рампе.
На ФИГ. 5 и 6 представлены блок-схемы алгоритмов 500 и 600, на которых изображены алгоритмы для регулировки управляющих параметров топливной форсунки на основе изменения давления в топливной рампе и массы впрыскиваемого топлива, соответственно. В одном из примеров управляющим параметром топливной форсунки может быть передаточный коэффициент топливной форсунки. В другом примере управляющим параметром топливной форсунки может быть коэффициент передаточной функции топливной форсунки. Следует понимать, что эти примеры не являются ограничивающими, и что регулируемым управляющим параметром форсунки может быть любой параметр, помимо передаточного коэффициента форсунки или коэффициента передаточной функции.
Что касается ФИГ. 5, на ней представлен алгоритм 500 для регулировки управляющего параметра топливной форсунки на основе изменения давления в топливной рампе и дополнительно на определениях того, находится ли топливо в субкритическом и сверхкритическом состоянии в топливном насосе.
Алгоритм 500 может включать в себя регулировку управляющего параметра форсунки на основе разности между измеренным изменением давления в топливной рампе и прогнозируемым или номинальным изменением давления в топливной рампе. В этом примере измеренное изменение давления получено в результате события впрыска заданного объема топлива. Заданный объем впрыска может быть основан на одной или более требуемых масс впрыска, номинальных плотностях топлива и управляющих параметров форсунки. Топливная форсунка может подавать топливо, находящееся в сверхкритическом состоянии, при, по меньшей мере, некоторых рабочих условиях двигателя, такое как СУГ.
На шаге 502 контроллер двигателя определяет, находится ли топливо в субкритическом или сверхкритическом состоянии в топливном насосе. В одном из примеров определение того, находится ли топливо в субкритическом или сверхкритическом состоянии в топливном насосе, может быть основано на сравнении измерения температуры в топливном насосе с фазовой схемой для топлива (например, схема на ФИГ. 3), которая хранится в запоминающем устройстве контроллера двигателя. В другом примере алгоритм 502 может включать в себя определение того, находится ли передаточный коэффициент топливного насоса непосредственного впрыска ниже нижнего порогового значения; нижнее пороговое значение определяется на основе одного из измеренных или предполагаемых значений температуры топливной рампы. Если определяется, что топливо находится в сверхкритическом состоянии в топливном насосе, или если передаточный коэффициент топливного насоса ниже нижнего порогового значения, алгоритм 500 переходит к шагу 503.
В некоторых примерах шаг 502 дополнительно может включать в себя определение того, существует ли в данный момент перекрытие топливной форсунки. Определение того, перекрываются ли циклы форсунки в настоящее время, может быть основано на сравнении импульсных сигналов впрыска для каждой форсунки на топливной рампе. В таких примерах, при наличии одного или нескольких перекрытий циклов форсунки, алгоритм 500 переходит к шагу 530, а затем к шагу 532, в соответствии с нижеуказанным более подробным раскрытием. Однако, если перекрытие форсунки отсутствует, алгоритм 500 переходит к шагу 506. В этом случае изменения давления в топливной рампе могут быть вызваны только одной топливной форсункой и одним событием впрыска, и управляющий параметр только для этой топливной форсунки может быть отрегулирован на основе изменения давления в топливной рампе.
Продолжая на шаге 503, один из показателей охлаждения или давления топлива, подаваемого в топливный насос, увеличивается для изменения состояния топлива со сверхкритического до субкритического или увеличения передаточного коэффициента топливного насоса. Алгоритм 500 продолжается с шага 503 до 530, где управляющий параметр форсунки не регулируется на основе изменения давления в топливной рампе, а затем переходит к шагу 532, где параметр форсунки может быть отрегулирован на основе расчетного воздушно-топливного отношения. Дополнительно, управляющий параметр топливной форсунки может быть отрегулирован на основе воздушно-топливного отношения отработавших газов, а также избирательно отрегулирован дополнительно на основе изменения давления в топливной рампе, если топливо находится в субкритическом состоянии на впуске топливного насоса. В этом случае управляющий параметр топливной форсунки может быть отрегулирован, когда топливо находится в жидком состоянии в топливном насосе, посредством надежного измерительного устройства, посредством которого выполняется калибровка топливной форсунки.
Возвращаясь к шагу 502, если топливо находится в субкритическом состоянии на впуске топливного насоса, может произойти адаптация управляющего параметра топливной форсунки, и алгоритм 500 переходит к шагу 506. Полный ход насоса впрыска топлива управляется задается на шаге 506. Полный ход насоса может иметь связанный с ним объем хода насоса, основанный на длине хода и физических параметров поршня топливного насоса высокого давления. Дополнительно, изменение давления внутри топливного насоса в результате полного хода насоса измеряется на шаге 506, например, посредством датчика давления внутри топливной рампы. Регулировка основана на разности между измеренным изменением давления в топливной рампе и прогнозируемым изменением давления в топливной рампе.
На шаге 508 передаточный коэффициент топливного насоса определяется на основе задаваемого объема хода насоса и получаемого увеличения давления, измеренного на шаге 506. Передаточным коэффициентом топливного насоса может быть коэффициент, раскрытый со ссылкой на ФИГ. 4. В соответствии с этим раскрытием передаточный коэффициент топливного насоса может быть определен на основе нескольких событий перекачивания, с осуществлением метода линейной регрессии на основе количества измерений в результате событий для определения увеличения давления в зависимости от объема перекачиваемого топлива.
Переходя к шагу 510, топливо впрыскивается через одну топливную форсунку непосредственного впрыска, и получаемое изменение давления в топливной рампе измеряется посредством датчика давления. В некоторых примерах шаг 510 может включать в себя впрыск топлива через одну топливную форсунку непосредственного впрыска одновременно с впрыском топлива через одну или более топливных форсунок распределенного впрыска. Однако события впрыска, упоминаемые в данном случае, выполняются через форсунки непосредственного впрыска, если не указано иное. Впрыск топлива включает в себя впрыск задаваемого объема топлива. Задаваемый объем впрыска топлива может быть основан на управляющем параметре топливной форсунки, применяемом к номинальному объему впрыска. Номинальный объем топлива может быть определен на основе требуемой массы топлива через передаточную функцию. В одном из примеров, номинальный объем впрыска может быть определен на основе требуемой массы впрыска и номинальной плотности топлива, номинальная плотность топлива основана на свойствах топлива в субкритическом состоянии.
В альтернативном примере впрыск топлива включает в себя впрыск топлива в течение заданного периода времени, чтобы впрыснуть номинальную массу топлива. Период времени может быть выражен шириной импульса и может быть связан с номинальной массой через одну или более передаточных функций. В одном из примеров номинальный объем впрыска может быть определен на основе требуемой массы впрыска и номинальной плотности топлива посредством первой передаточной функции. Номинальный объем может быть отрегулирован посредством управляющего параметра форсунки, чтобы определить задаваемый объем впрыска, а передаточная функция может связывать задаваемый объем впрыска с шириной импульса впрыска на основе характеризации форсунки, выполненной во время процесса изготовления форсунки. В другом примере передаточная функция может непосредственно связывать требуемую массу впрыска с номинальной шириной импульса форсунки, а управляющий параметр форсунки может регулировать номинальную ширину импульса впрыска форсунки до задаваемой ширины импульса впрыска форсунки. Дополнительно на шаге 510 измеряется изменение давления в топливной рампе.
На шаге 510 измеряется изменение давления в топливной рампе, на шаге 512 оно сравнивается с ожидаемым изменением давления в топливной рампе. На основе этого сравнения управляющий параметр топливной форсунки может быть позднее отрегулирован в алгоритме 500. Ожидаемое изменение давления может быть определено на основе передаточного коэффициента топливного насоса, определенного на шаге 508, и задаваемый объема впрыска - на основе управляющего параметра форсунки, полученного на шаге 510. Например, ожидаемое изменение давления в связи с событием впрыска может быть определено посредством процесса, раскрытого со ссылкой на график 420 на ФИГ. 4. В некоторых примерах сравнение на шаге 512 может включать в себя сравнение среднего значения заранее заданного количества измеренных изменений давления со средним значением соответствующих ожидаемых изменений давления. Например, измеренные изменения давления и ожидаемые изменения давления могут быть сравнены в течение заранее заданного количества событий впрыска конкретной форсунки и могут быть усреднены для формирования более надежного расчета разности. В альтернативном примере сравнение на шаге 512 может быть выполнено для каждого события перекачивания и впрыска, и регулировка управляющего параметра форсунки, выполненная в дальнейшем по алгоритму, может включать в себя регулировку на основе каждого сравнения, выполненного на шаге 512. Другими словами, управляющий параметр форсунки может быть отрегулирован после каждого события впрыска, или, в качестве альтернативы, может регулироваться периодически после заранее заданного количества событий впрыска.
В альтернативном варианте осуществления ожидаемое изменение давления может быть основано на постоянном передаточном коэффициенте топливного насоса, который определен на основе только топлива в субкритическом состоянии. Другими словами, этот альтернативный передаточный коэффициент топливного насоса представляет собой фиксированное значение, которое описывает зависимость изменения давления в топливной рампе от задаваемого объема хода поршня насоса для топлива, которое поддерживается в субкритическом состоянии на протяжении всего процесса. В этом варианте осуществления сравнение может представлять собой построение отношения измеренного изменения давления в топливной рампе к фиксированному, субкритическому ожидаемому изменению давления в топливной рампе, и применение этого отношения в качестве управляющего параметра топливной форсунки для регулировки номинального объема впрыска или номинальной ширины импульса впрыска.
На шаге 514 принимается решение о необходимости регулировки или поддержания управляющего параметра форсунки на основе сравнения, выполненного на шаге 512. Управляющий параметр форсунки может быть отрегулирован в ответ на измеренный перепад давления, значительно отличающейся от ожидаемого перепада давления, и может поддерживаться, если они оба существенно не отличаются друг от друга. Сравнение может включать в себя разность между измеренным и ожидаемым изменениями давления, или, в качестве альтернативы, может включать в себя отношение двух изменений давления.
В одном из примеров топливо в форсунке может быть в сверхкритическом состоянии, и его плотность в форсунке может быть изменена с первой плотности на вторую плотность. Управляющий параметр форсунки может быть откалиброван, чтобы точно впрыскивать требуемую массу топлива первой плотности, и, следовательно, контроллер может ожидать изменения давления, связанное с требуемой массой впрыска. Однако, поскольку плотность топлива изменилась, другая величина давления может быть освобождена из топливной рампы в процессе впрыска. Таким образом, измеренное изменение давления может отличаться от ожидаемого изменения давления вследствие колебаний плотности топлива в форсунке. В ответ на эту разность в ожидаемых значениях давления управляющий параметр форсунки может быть отрегулирован для точной подачи требуемого количества топлива второй плотности. Однако, если измеренное изменение давления находится в пределах пороговой разности ожидаемого значения, управляющие параметры форсунки могут поддерживаться на одном уровне. В этом случае управляющие параметры топливной форсунки могут быть откалиброваны в режиме реального времени для поддержания требуемого воздушно-топливного отношения.
В частности, на шаге 514, если измеренное изменение давления отличается от ожидаемого изменения давления больше, чем на пороговое значение разности, алгоритм 500 переходит к шагу 516 для регулировки управляющего параметра форсунки. Регулировка управляющего параметра форсунки может включать в себя, если измеренное изменение давления превысило ожидаемое изменение давления на величину порогового значения, уменьшение управляющего параметра форсунки и, если измеренное изменение давления меньше ожидаемого на пороговую величину, увеличение управляющего параметра форсунки. Пороговые значения разности могут быть определены на основе величины разности в числах (например, больше ли разность, чем пороговое значение в процентах ожидаемого изменения давления). Величина, на которую регулируется управляющий параметр форсунки, может быть определена на основе изменения поправочного коэффициента для целей приведения разности между измеренным и скорректированным номинальным значением к нулю. После регулировки управляющего параметра форсунки выполнение алгоритма 500 завершается. В этом случае управляющий параметр форсунки может управлять командой объема впрыска для увеличения, когда меньшее количество топлива было впрыснуто, чем требуемое количество, и управлять командой объема впрыска для уменьшения, когда большее количество топлива было впрыснуто, чем требуемое количество.
В альтернативном варианте осуществления, где управляющий параметр форсунки управляет шириной импульса впрыска форсунки, регулировка управляющего параметра форсунки может также включать в себя увеличение управляющего параметра форсунки, когда измеренное изменение давления в топливной рампе меньше прогнозируемого изменения давления в топливной рампе, и уменьшение управляющего параметра топливной форсунки, когда измеренное изменение давления в топливной рампе больше прогнозируемого изменения давления в топливной рампе. Управляющий параметр может быть прямо пропорционален ширине импульса, таким образом, ширину импульса увеличивается, когда масса впрыскиваемого топлива больше требуемой массы впрыска, и ширина импульса уменьшается, когда масса впрыскиваемого топлива больше требуемой массы впрыска.
Возвращаясь к шагу 514, если измеренное изменение давления (или среднее значение измеренных изменений давления) находится в пределах пороговой разности прогнозируемого изменения давления (или среднего значения ожидаемых изменений давления), алгоритм 500 переходит к шагу 518, где текущее значение для управляющего параметра впрыска может поддерживаться на одном уровне. После поддержания текущего управляющего параметра форсунки алгоритм 500 завершается. Управляющий параметр форсунки можно продолжать регулировать на основе воздушно-топливного отношения, когда параметр не регулируется на основе изменения давления в топливной рампе. В этом случае, если количество топлива, подаваемого в камеру сгорания, отличается от требуемого количества больше, чем на пороговую величину, управляющий параметр форсунки может быть отрегулирован для целей регулировки количества впрыскиваемого топлива, обеспечивая тем самым требуемое воздушно-топливное отношение. После шага 518 алгоритм 500 завершается.
Конкретный вариант осуществления алгоритма 500 для регулировки управляющего параметра форсунки на основе изменения давления в топливной рампе после каждого события впрыска, и причем измеренный передаточный коэффициент топливного насоса сравнивается с фиксированным передаточным коэффициентом топливного насоса в субкритическом состоянии для определения управляющего параметра форсунки, выглядит следующим образом: событие перекачивания топлива может быть выполнено на основе требуемой массы 0,100 г перекачиваемого топлива. На основе номинальной плотности (жидкого) топлива, равной 0,580 г/куб. см требуемая масса перекачивания может быть преобразована в объем хода насоса, равный 0,172 куб. см. Изменение давления в топливной рампе в результате выполнения события перекачивания топлива может быть измерено и равно 0,13 бар и, следовательно, передаточный коэффициент топливного насоса определяется как равный 0,726 бар/куб. см. Управляющий параметр топливной форсунки может быть отрегулирован на основе изменения давления на 0,13 бар в топливной рампе. В частности, отношение постоянного передаточного коэффициента топливного насоса к измеренному передаточному коэффициенту топливного насоса, равной 0,726 бар/куб. см, может быть создано и применено в качестве управляющего параметра топливной форсунки. Например, ход насоса, равный 1 куб. см, может привести к увеличению давления в топливной рампе на 1 бар, когда топливо в рампе находится в жидком состоянии. Таким образом, управляющий параметр форсунки будет равен (безразмерной величине) коэффициенту 1,32. Следует отметить, что в том случае, если топливо находится в субкритическом состоянии, управляющий параметр топливной форсунки будет теоретически равен единице, так как передаточный коэффициент топливного насоса при субкритическом состоянии будет точным расчетом для характеристик топлива.
Продолжая описание данного примера, последующее событие впрыска может иметь требуемую массу впрыска, равную 0,100 г. Повторно, на основе номинальной плотности топлива, равной 0,580 г/куб. см, требуемая или номинальная масса впрыска может быть преобразована в номинальный объем впрыска, равный 0,172. Однако номинальный объем впрыска может быть преобразован в задаваемый объем впрыска посредством применения управляющего параметра форсунки. В частности, номинальный объем впрыска может быть отрегулирован до 0,228 куб. см посредством применения управляющего параметра топливной форсунки, равного 1,32. В этом случае количество впрыскиваемого топлива может быть отрегулировано на основе изменения давления в топливной рампе, чтобы подавать более точное количество топлива в камеру сгорания.
Что касается ФИГ. 6, на ней представлен алгоритм 600 для регулировки управляющего параметра топливной форсунки на основе расчетной массы впрыскиваемого топлива и, дополнительно, на основе определений того, находится ли топлива в субкритическом и сверхкритическом состоянии в топливном насосе. На изображенном примере масса топлива рассчитывается на основе изменения давления в топливной рампе. Перепад давление в топливной рампе в результате события впрыска может быть использован с текущим коэффициентом, относящимся к перекачиваемому объему топлива, и получаемым увеличением давления топлива в топливной рампе для определения массы впрыскиваемого топлива во время события впрыска. В некоторых примерах алгоритм 600 может выполняться с системой двигателя, включающей в себя только форсунку непосредственного впрыска, в то время как другие примеры могут включать в себя выполнение алгоритма 600 с системой двигателя, включающей в себя как форсунку непосредственного впрыска, так и форсунку распределенного впрыска. В других примерах регулировка управляющего параметра топливной форсунки посредством алгоритма 600 может включать в себя только регулировку посредством алгоритма, когда топливо подается только через форсунку непосредственного впрыска. В каждом из приведенных выше примеров форсунки могут впрыскивать топливо, находящееся в сверхкритическом состоянии, при, по меньшей мере, некоторых рабочих условиях двигателя, например, такое как СУГ.
На шаге 602 контроллер двигателя определяет, находится ли топливо в субкритическом состоянии в топливном насосе, в соответствии с нижеуказанным более подробным раскрытием со ссылкой на ФИГ. 7. В одном из примеров определение состояния топлива на шаге 602 может включать в себя определение того, является ли передаточный коэффициент топливного насоса непосредственного впрыска выше или ниже нижнего порогового значения; нижнее пороговое значение определено на основе измеренной или предполагаемой температуры топливной рампы. Если определяется, что топливо находится в топливном насосе в сверхкритическом состоянии, алгоритм 600 переходит к шагу 603. В противном случае алгоритм 600 переходит к шагу 606.
В некоторых примерах 602 может дополнительно включать в себя определение того, существует ли в данный момент перекрытие топливной форсунки. Определение того, перекрываются ли циклы форсунки в настоящее время, может быть основано на сравнении импульсных сигналов впрыска для каждой форсунки на топливной рампе. В таких примерах, при наличии одного или более перекрытий циклов форсунки, алгоритм 600 продолжается с шага 604 до шага 630, а затем переходит к шагу 632, в соответствии с нижеуказанным более подробным раскрытием. Однако, если перекрытие форсунки отсутствует, алгоритм 600 переходит к шагу 606. В этом случае изменения давления в топливной рампе могут быть результатом только одной топливной форсунки и одного события впрыска, и управляющий параметр только для этой топливной форсунки может быть отрегулирован на основе изменения давления.
На шаге 603 один из показателей охлаждения или давления топлива, подаваемого в топливный насос, увеличивается для изменения состояния топлива со сверхкритического до субкритического или увеличения передаточного коэффициента топливного насоса. Алгоритм 600 продолжается с шага 603 до шага 630, где управляющий параметр форсунки не регулируется на основе массы впрыска топлива, а затем переходит к шагу 632, где параметр форсунки может быть отрегулирован на основе расчетного воздушно-топливного отношения отработавших газов. Дополнительно, управляющий параметр топливной форсунки может быть отрегулирован на основе воздушно-топливного отношения отработавших газов, а также может быть дополнительно отрегулирован на основе массы впрыска, если топливо находится в субкритическом состоянии на впуске топливного насоса. В этом случае управляющий параметр топливной форсунки может быть отрегулирован, только когда топливо находится в жидком состоянии в топливном насосе, посредством надежного измерительного устройства, посредством которого выполняется калибровка топливной форсунки.
Текущий коэффициент, относящийся к перекачиваемому объему топлива и повышению давления топлива, определяется на шаге 606. В одном из примеров расчет текущего коэффициента включает в себя перекачивание заданного объема топлива в топливную рампу и измерение получаемого повышения давления в топливной рампе посредством датчика измерения давления. Соотношение может быть рассчитано для ряда событий перекачивания топлива, и текущий коэффициент может быть основан на среднем значении измерений. В альтернативном варианте осуществления текущий коэффициент, передаточный коэффициент насоса, в соответствии с раскрытием со ссылкой на ФИГ. 4, и соотношение представляет собой кривую, определенную посредством линейной регрессии по количеству событий перекачивания. В этом случае путем определения соотношения объема перекачиваемого топлива к получаемому повышению давления на основе количества событий перекачивания коэффициент, относящийся к двум переменным, может быть более надежным.
Топливо впрыскивается в камеру сгорания через топливную форсунку на основе текущего управляющего параметра форсунки на шаге 607. Впрыск топлива на основе управляющего параметра форсунки может включать в себя активацию топливной форсунки в течение конкретного периода времени для впрыска номинальной массы топлива. Период времени может быть выражен шириной импульса и может быть связан с номинальной массой через одну или более передаточных функций. В одном из примеров номинальный объем впрыска может быть определен на основе требуемой массы впрыска и номинальной плотности топлива посредством первой передаточной функции. Номинальный объем может регулироваться посредством управляющего параметра форсунки, чтобы определить задаваемый объем впрыска, а передаточная функция может связывать задаваемый объем впрыска с шириной импульса впрыска на основе первоначального соотношения, определенного в лабораторных условиях. В другом примере передаточная может непосредственно связывать требуемую массу впрыска с номинальной шириной импульса впрыска форсунки, а управляющий параметр форсунки может регулировать номинальную ширину импульса впрыска форсунки до задаваемой ширины импульса впрыска. Дополнительно на шаге 607 измеряется изменение давления в топливной рампе.
На шаге 608, масса впрыскиваемого топлива определяется на основе изменения давления в топливной рампе, измеренного на шаге 607. В частности, изменение давления в топливной рампе связано с объемом перекачиваемого топлива через текущий коэффициент или передаточный коэффициент топливного насоса, связывающий перекачиваемый объем топлива с давлением в топливной рампе, определенным на шаге 606. Поскольку топливо, перекачиваемое в топливную рампу, находилось в субкритическом состоянии, объем перекачиваемого топлива хорошо известен. Кроме того, номинальная плотность топлива используется для зависимости между объемом топлива и массой перекачиваемого топлива. В этом случае масса впрыскиваемого топлива рассчитывается на основе сравнения изменения давления в топливной рампе с передаточным коэффициентом топливного насоса.
На шаге 610 масса впрыскиваемого топлива, рассчитанная на шаге 608, сравнивается с номинальной массой впрыскиваемого топлива. В одном из примеров номинальная масса впрыскиваемого топлива могла быть определена на основе требуемого воздушно-топливного отношения. На шаге 614 принимается решение о необходимости регулировки или поддержания управляющего параметра форсунки на одном уровне на основе сравнения, осуществленного на шаге 610. Управляющий параметр форсунки может быть отрегулирован в ответ на массу впрыскиваемого топлива, отклоняющуюся более, чем на пороговую величину от номинальной или требуемой массы впрыска, и может поддерживаться, если оба этих значения существенно не отличаются друг от друга. В одном из примеров топливо в форсунке может быть в сверхкритическом состоянии, и его плотность в форсунке может быть изменена с первой плотности на вторую плотность. Управляющий параметр форсунки может быть откалиброван для точного впрыска требуемой массы топлива первой плотности. Однако, поскольку плотность топлива изменилась, масса топлива, отличная от номинально массы, может быть освобождена из топливной рампы в процессе впрыска. Эта разность может быть обнаружена посредством изменения давления, измеренного на шаге 607. В ответ на эту разность в ожидаемых значениях давления управляющий параметр форсунки может быть отрегулирован для точной подачи топлива второй плотности. Однако, если измеренное изменение давления находится в пределах пороговой разности ожидаемого значения, управляющие параметры форсунки могут поддерживаться на одном уровне. В этом случае управляющие параметры топливной форсунки могут быть откалиброваны в режиме реального времени для поддержания требуемого воздушно-топливного отношения.
В частности, на шаге 614, если расчетное изменение массы впрыскиваемого топлива отличается от номинальной массы впрыска больше, чем на пороговое значение разности, алгоритм 600 переходит к шагу 616 для регулировки управляющего параметра форсунки. Регулировка управляющего параметра форсунки может включать в себя увеличение управляющего параметра топливной форсунки, когда масса впрыскиваемого топлива меньше номинальной массы впрыскиваемого топлива, и уменьшение управляющего параметра топливной форсунки, когда масса впрыскиваемого топлива больше номинальной массы впрыскиваемого топлива. Пороговые значения разности могут быть определены на основе значимости разности между скорректированным номинальным и действительным значением (например, является ли разность больше порогового значения ожидаемой величины в процентном выражении). Величина, на которую регулируется управляющий параметр форсунки, может быть определена на основе стабильности периода коэффициента, отрегулированная величина выбрана для обеспечения того, чтобы масса впрыскиваемого топлива сходилась с требуемыми значениями, при отсутствии чрезмерного колебания. После регулировки управляющего параметра форсунки выполнение алгоритма 600 завершается. В этом случае посредством управляющего параметра форсунки управление командой объема впрыска может осуществляться с повышением объема впрыска, когда масса впрыска меньше требуемой, и с понижением объема впрыска, когда масса впрыска больше требуемой.
В альтернативном варианте осуществления, где управляющий параметр форсунки управляет шириной импульса впрыска, регулировка управляющего параметра форсунки может также включать в себя увеличение управляющего параметра форсунки, когда масса впрыскиваемого топлива меньше номинальной массы впрыскиваемого топлива, и уменьшение управляющего параметра топливной форсунки, когда масса впрыскиваемого топлива больше номинальной массы впрыскиваемого топлива. Управляющий параметр может быть прямо пропорциональным ширине импульса, таким образом, ширина импульса увеличивается, когда масса впрыскиваемого топлива больше требуемой массы впрыска, и ширина импульса уменьшается, когда масса впрыскиваемого топлива больше требуемой массы впрыска.
Возвращаясь к шагу 614, если масса впрыскиваемого топлива (или среднее значение масс впрыскиваемого топлива) находится в пределах пороговой разности задаваемой массы впрыска (или среднего значения задаваемых масс впрыска), алгоритм 600 переходит к шагу 618, где текущее значение для управляющего параметра форсунки может поддерживаться на одном уровне. После поддержания текущего значения управляющего параметра форсунки, алгоритм 600 завершается. Регулирование управляющего параметра форсунки может быть продолжено на основе воздушно-топливного отношения, когда параметр не регулируется на основе массы впрыскиваемого топлива; масса топлива рассчитывается на основе изменения давления в топливной рампе. В этом случае, если масса топлива, подаваемого в камеру сгорания, отличается от требуемой величины больше, чем на пороговую величину, управляющий параметр форсунки может быть отрегулирован для регулировки количества впрыскиваемого топлива, обеспечивая тем самым требуемое воздушно-топливной отношение. После шага 618 алгоритм 600 завершается.
Что касается ФИГ. 7, на ней изображена примерная возможная последовательность для регулировки управляющего параметра топливной форсунки на основе воздушно-топливного отношения, с избирательной регулировкой управляющего параметра топливной форсунки, дополнительно основанной на передаточном коэффициенте топливного насоса, и для использования управляющего параметра топливной форсунки на основе управляющего параметра топливной форсунки. Регулировка управляющего параметра топливной форсунки, дополнительно основанная на передаточном коэффициенте топливного насоса, может быть выполнена в ответ на определение того, что топливо находится в субкритическом состоянии в топливном насосе, и не выполнена в ответ на определение того, что топливо находится в сверхкритическом состоянии в топливном насосе. Хотя это и явно и не указано, управляющий параметр топливной форсунки регулируется на основе расчетного воздушно-топливного отношения отработавших газов (например, посредством способов для выполнения долгосрочного и краткосрочного баланса состава топливной смеси) в течение всего периода времени последовательности. Однако изменение состояния топлива с субкритического на сверхкритическое представляет собой значительное (и мгновенное) изменение значений массы впрыска. Использование измерений отработавших газов для поправки погрешностей форсунки может привести к неэффективному времени отклика на изменение состояния топлива. Таким образом, регулировка управляющих параметров форсунки с использованием разомкнутого контура (например, на основе измерений изменения давления в результате впрыска) обеспечивает улучшенное время отклика на большие колебания при калибровке впрыска.
Управляющий параметр форсунки может быть использован для форсунки непосредственного впрыска (например, 166 на ФИГ. 1), а передаточный коэффициент топливного насоса может быть взят от топливного насоса непосредственного впрыска (например, 240 на ФИГ. 2). Последовательность на ФИГ. 7 может быть обеспечена системой на ФИГ. 1 в соответствии со способами на ФИГ. 5 и 6. Топливо, подаваемое форсунку 166 непосредственного впрыска ФИГ. 1, может находиться в субкритическом состоянии при, по меньшей мере, некоторых рабочих условиях двигателя, например, СУГ. Вертикальные отметки Т0-Т2 представляют собой исследуемые моменты времени во время выполнения последовательности.
Первый график на ФИГ. 7 представляет собой график зависимости передаточного коэффициента топливного насоса (например, повышение давления в топливной рампе в зависимости от задаваемого объема перекачивания в соответствии с раскрытием со ссылкой на ФИГ. 4) в зависимости от времени. Передаточный коэффициент топливного насоса может быть основан на объемной производительности насоса. В одном из примеров значение передаточного коэффициента топливного насоса может увеличиться, поскольку объемная производительность насоса увеличивается, и может уменьшится, поскольку объемная производительность насоса уменьшается. Ось Y представляет собой передаточный коэффициент топливного насоса непосредственного впрыска (например, 240 на ФИГ. 2), и значение передаточного коэффициента увеличивается в направлении стрелки оси Y. В качестве альтернативы ось Y может представлять собой отношение коэффициента, связывающего перепад давления в топливной рампе с задаваемым объемом впрыска и передаточным коэффициентом топливного насоса, в соответствии с вышеуказанным раскрытием, где отношение возрастает в направлении оси Y. Ось X представляет собой время, и время возрастает в направлении стрелки оси X. Горизонтальная линия 712 представляет собой нижнее пороговое значение передаточного коэффициента. Может быть определено, что топливо в топливном насосе находится в субкритическом состоянии, когда передаточный коэффициент топливного насоса находится выше горизонтальной линии 712, и что топливо в топливном насосе находится в сверхкритическом состоянии, когда передаточный коэффициент топливного насоса находится ниже горизонтальной линии 712.
В этом примере, где ось Y представляет собой отношение, указанное выше, горизонтальная линия 712 обозначает отношение 1:1. Для данного объема топлива, покидающего топливную рампу, величина перепада давления может быть меньше, если топливо находится в сверхкритическом состоянии, и может быть больше, если оно находится в субкритическом состоянии. Если топливо находится в субкритическом состоянии, плотность не может существенно изменяться, и соотношение между перекачиваемым топливом и впрыскиваемым топливом может равняться 1:1. Однако топливо в сверхкритическом состоянии может быть менее плотным, чем топливо в субкритическом состоянии, таким образом, меньшая масса может покинуть топливную рампу для данного объема впрыска, а отношение, представленное вдоль оси Y, может быть меньше, чем 1: 1, когда топливо в субкритическом состоянии перекачивается, а впрыскивается топливо в сверхкритическом состоянии. В этом случае определение того, находится ли топливо в сверхкритическом состоянии в месте впрыска, может быть выполнено без знания состава топлива. Один из показателей охлаждения и давления топлива в топливном насосе может быть увеличен в ответ на значение передаточного коэффициента топливного насоса ниже горизонтальной линии 712.
Второй график на ФИГ. 7 представляет собой график зависимости управляющего параметра топливной форсунки от времени. В одном из примеров топливной форсункой может быть топливная форсунка непосредственного впрыска (например, форсунка 166 на ФИГ. 1), а управляющим параметром форсунки может быть передаточный коэффициент форсунки, который управляет задаваемым объемом впрыска. Управление задаваемым объемом впрыска может включать в себя регулировку номинального объема впрыска. Таким образом, в одном из примеров ось Y представляет собой передаточный коэффициент топливной форсунки непосредственного впрыска для отдельной форсунки, и передаточный коэффициент увеличивается в направлении стрелки оси Y. Ось X представляет собой время, и время возрастает в направлении стрелки оси X.
Горизонтальная линия 722 может представлять собой уровень по умолчанию управляющего параметра форсунки или может представлять собой требуемый уровень управляющего параметра форсунки. Например, управляющим параметром форсунки может быть безразмерный передаточный коэффициент форсунки, который регулирует задаваемый объем впрыска, задаваемый объем впрыска основан на свойствах топлива в субкритическом состоянии. В этом случае горизонтальная линия 722 может представлять собой единицу, уровень по умолчанию передаточного коэффициента форсунки и форсунка может работать с передаточным коэффициентом впрыска при единице. Передаточный коэффициент форсунки может быть отрегулирован в диапазоне от единицы до другого значения при условиях, когда свойства впрыскиваемого топлива не относятся к субкритическому состоянию топлива (например, если топливо находится в сверхкритическом состоянии на месте впрыска). Следует понимать, что в других примерах управляющим параметром форсунки может быть любой другой параметр, отличный от передаточного коэффициента форсунки. Например, управляющим параметром форсунки, регулируемым на основе передаточного коэффициента топливного насоса, может быть параметр для управления шириной импульса впрыска форсунки, а не задаваемым объемом впрыска.
Третий график на ФИГ. 7 представляет собой график состояния топлива в форсунке непосредственного впрыска в зависимости от времени. В частности, изображенное состояние топлива находится в пределах топливной рампы, на впуске форсунки. Ось Y представляет состояние топлива в форсунке непосредственного впрыска (например, 166 на ФИГ. 2). Топливо находится в сверхкритическом состоянии, когда линия проходит на более высоком уровне рядом со стрелкой оси Y. Топливо находится в субкритическом состоянии, когда линия находится на более низком уровне рядом с осью X. Ось X представляет собой время, и время возрастает в направлении стрелки оси X.
В момент времени T0 состояние топлива в форсунке - субкритическое. Передаточный коэффициент топливного насоса выше нижнего порогового значения 712, а управляющий параметр топливной форсунки находится в пределах порогового уровня значения 722 по умолчанию. В промежутке времени между T0 и T1 состояние топлива в топливной форсунке остается субкритическим. В течение этого периода времени могут быть произведены небольшие регулировки управляющего параметра топливной форсунки на основе воздушно-топливного отношения отработавших газов в соответствии с измерениями, выполненными посредством УДКОГ. Также, в течение этого же периода времени, может отслеживаться расчет передаточного коэффициента топливного насоса (т.е. график 410 на ФИГ. 4), однако из-за субкритического состояния топлива в топливной рампе значение будет оставаться последовательным. Управляющий параметр топливной форсунки может не регулироваться на основе передаточного коэффициента топливного насоса, так как измеренный коэффициент может находиться в пределах ожидаемого значения передаточного коэффициента. В этом случае управляющий параметр топливной форсунки может быть отрегулирован на основе обратной связи от датчика отработавших газов и может быть дополнительно отрегулирован при некоторых условий на основе передаточного коэффициента топливного насоса.
В момент времени T1 состояние топлива в форсунке переходит в сверхкритическое. Определение того, является ли состояние топлива субкритическим или сверхкритическим, может быть основано на одном или более значениях передаточного коэффициента топливного насоса, опускающихся ниже нижнего порогового значения 712 (как показано), предполагаемой или измеренной температуре топливной рампы, показаниях датчика отработавших газов и измерениях температуры в топливной форсунке. В течение этого периода времени расчеты передаточного коэффициента топливного насоса могут отличаться от расчетов передаточного коэффициента топливного насоса при субкритических условиях, и значения передаточного коэффициента топливного насоса могут быть отрегулированы на основе среднего значения по значениям расчетов передаточного коэффициента топливного насоса. Однако в проиллюстрированном примере, более низкая плотность топлива в сверхкритическом состоянии приводит к более низкому передаточному коэффициенту топливного насоса вследствие меньшей массы, перекачиваемой в топливную рампу, для данного объема хода насоса, что приводит к меньшему увеличению давления на единицу объема перекачиваемого топлива.
В промежутке времени от T1 до T2 управляющий параметр топливной форсунки регулируется в ответ на изменение давления в топливной рампе, отличное от ожидаемого изменения давления в топливной рампе. В проиллюстрированном примере управляющий параметр топливной форсунки увеличен в ответ на уменьшение передаточного коэффициента топливного насоса, и, таким образом, форсунка подает больший объем топлива за событие впрыска при работе с обновленным управляющим параметром. В этом случае масса впрыска может поддерживаться на требуемом уровне в широком диапазоне рабочих условий двигателя.
После первоначальной регулировки управляющего параметра форсунки на основе изменении давления, управляющий параметр топливной форсунки дополнительно регулируется на основе обратной связи от датчика отработавших газов, как это проиллюстрировано небольшими колебаниями управляющего параметра форсунки после более выраженного увеличения значения с уровня по умолчанию.
В момент времени T2 состояние топлива в форсунке меняется со сверхкритического на субкритическое. Плотность топлива в топливной рампе может увеличиться из-за субкритического состояния. Соответственно, передаточный коэффициент топливного насоса может увеличиться. В ответ на увеличение передаточного коэффициента топливного насоса управляющий параметр форсунки уменьшается, тем самым подавая меньший объем топлива за событие впрыска. В частности, значение управляющего параметра топливной форсунки постепенно уменьшается по направлению к значению около значения по умолчанию 722, и дополнительно регулируется на основе обратной связи от датчика отработавших газов. В этом случае управляющий параметр топливной форсунки работает при значении по умолчанию, когда топливо находится в субкритическом состоянии на месте впрыска, и регулируется на основе воздушно-топливного отношения отработавших газов, а также дополнительно корректируется на основе передаточного коэффициента топливного насоса, когда топливо находится в сверхкритическом состоянии на месте впрыска и в субкритическом состоянии на впуске топливного насоса.
Техническим результатом регулировки управляющего параметра форсунки на основе добавления передаточного коэффициента топливного насоса к поправкам управления форсункой на основе обратной связи воздушно-топливного отношения отработавших газов, время отклика для регулировки управляющих параметров форсунки может быть улучшено. Путем регулировки только управляющих параметров форсунки, когда топливо находится в субкритическом состоянии в топливном насосе, измерения в топливном насосе можно считать надежными, и они могут быть использованы для расчета условий на месте впрыска, где топливо находится в сверхкритическом состоянии. В целом, существует возможность осуществления лучшего контроля массы впрыска топлива, и топливо в сверхкритическом состоянии может впрыскиваться более точно, улучшая отношения воздуха к количеству топлива и обеспечивая чистку топлива в сверхкритическом состоянии.
Следует отметить, что примерные алгоритмы управления и расчетов, указанные в данном документе, могут быть использованы с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящем документе, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и могут быть выполнены системой управления, включающей в себя контроллер совместно с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, управляемые прерыванием, многозадачные, многопоточные и тому подобное. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящем документе вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременной памяти накопителя машиночитаемых данных компьютера, где раскрываемые действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем документе конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны разнообразные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В этих пунктах формулы ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такового. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении содержания идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего описания изобретения.