СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ВТОРИЧНОЙ ЖИДКОСТИ В ДВИГАТЕЛЕ (ВАРИАНТЫ)
METHOD AND SYSTEM FOR SECONDARY FLUID INJECTION CONTROL IN ENGINE (EMBODIMENTS)

Область техники
Настоящее раскрытие относится, в общем, к способам и системам для регулировки впрыска первичного топлива и вторичной жидкости в двигатель внутреннего сгорания.
Уровень техники/Сущность изобретения
Жидкости для предотвращения детонационного сгорания топлива разработаны с целью уменьшения различных событий ненормального сгорания в цилиндрах двигателя. Например, различные смеси бензина, этанола, метанола, других спиртов, воды, промывочной жидкости и других инертных жидкостей могут напрямую впрыскиваться в цилиндр двигателя в ответ на указание на неуместную детонацию. В частности, системы, обеспечивающие работу на двух видах топлива, могут использоваться для впрыска первичного топлива и вторичной жидкости, в том числе жидкости для предотвращения детонационного сгорания, такой как вода.
Один из примерных подходов для впрыска жидкости для предотвращения детонационного сгорания с целью уменьшения ненормального сгорания в цилиндре проиллюстрирован Леоне и др. в патенте US 2014/0202434. В этом документе проблема детонации решается путем впрыска воды в цилиндр двигателя с целью увеличения продувки и затем для регулировки количества впрыскиваемой воды на основе содержания кислорода, детонации и дополнительных рабочих параметров двигателя. Однако авторы настоящего изобретения выявили возможные недостатки, связанные с регулировкой количества впрыскиваемой воды в двигатель на основе только рабочих параметров двигателя. Например, исходя из рабочих параметров двигателя, действительное количество воды, впрыскиваемой в цилиндр, может быть больше или меньше действительно требуемого количества. В результате двигатель может быть подвержен детонации (если количество впрыскиваемой воды меньше требуемого) или вода может конденсироваться в цилиндре двигателя, таким образом, приводя к разбавлению масла водой (если количество впрыскиваемой воды больше требуемого).
В одном из примеров недостатки, раскрытые выше, можно устранить с помощью способа для регулировки количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе первого изменения тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда только топливо впрыскивается в цилиндр двигателя, и второго изменения тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда топливо и вторичная жидкость впрыскивается в цилиндр двигателя. Например, датчик кислорода расположен в выпускном канале ниже по потоку от цилиндра двигателя. Дополнительно, контроллер двигателя может определять расчетное количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе разности между вторыми выходными данными и первыми выходными данными. Таким образом, контроллер двигателя может регулировать количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе определенного расчетного количества впрыскиваемой вторичной жидкости. Например, способ может включать в себя увеличение или уменьшение количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, в ответ на расчетное количество вторичной жидкости в качестве порогового количества, отличного от требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости. Требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может основываться на рабочих условиях двигателя, таких как детонация, температура двигателя, температура отработавших газов, количество отработавших газов в цилиндре двигателя, содержание кислорода в отработавших газах и т.д. Требуемое количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в двигатель, может также основываться на содержании воды во вторичной жидкости в соответствии с определением на основе изменения тока накачки датчика кислорода между первым и вторым опорным напряжением при впрыске известной доли вторичной жидкости в цилиндр двигателя. Таким образом, действительное количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, может рассчитываться на основе выходных данных датчика кислорода во время впрыска только топлива и впрыска топлива и вторичной жидкости. Таким образом, возможно увеличение контроля впрыска вторичной жидкости, тем самым уменьшая возникновение детонационного сгорания топлива и образование конденсата в цилиндре двигателя.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрываются более подробно. Оно не предназначено для определения ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, объем которого определяется только пунктами формулы, приведенными 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
ФИГ. 1 иллюстрирует схему двигателя, включающую в себя датчик кислорода в отработавших газах.
ФИГ. 2 иллюстрирует блок-схему, на которой показан способ для определения количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в двигатель.
ФИГ. 3 иллюстрирует блок-схему, на которой показан способ для работы датчика отработавших газов для определения количества воды в отработавших газах.
ФИГ. 4 иллюстрирует блок-схему, на которой показан способ для регулировки количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в двигатель.
ФИГ. 5 иллюстрирует график, на котором показано как количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в двигатель, может регулироваться во время работы двигателя.
ФИГ. 6 иллюстрирует блок-схему, на которой показан способ для определения содержания воды во вторичной жидкости, используемой для впрыска в цилиндр двигателя.
Раскрытие изобретения
Следующее раскрытие относится к системам и способам для регулировки количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в двигатель. Двигателем автомобиля, как показано на ФИГ. 1, может быть двухтопливный двигатель с двумя или более баками, которые могут вмещать в себя первичное топливо и/или вторичную жидкость (например, смесь воды и спирта) для впрыска в цилиндры двигателя. Вторичная жидкость может использоваться для уменьшения ненормального сгорания в цилиндре, которое в данном документе называется «детонационное сгорание топлива» или «детонация». Требуемое количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, может определяться на основе обратной связи от множества датчиков, обеспечивающих информацию о различных рабочих параметрах двигателя (например, температура двигателя, определяемая датчиком температуры). В другом примере требуемое количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, может основываться на содержании воды во вторичной жидкости. Способ для определения содержания воды во вторичной жидкости во время работы двигателя проиллюстрирован на ФИГ. 6. В некоторых примерах действительное количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, может отличаться от требуемого количества. Для более точного измерения количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, двигатель может включать в себя датчик кислорода, расположенный в выпускном канале двигателя. Датчиком кислорода может быть датчик кислорода переменного напряжения (ПН), способный измерять содержание воды в отработавших газа в соответствии с раскрытием способа на ФИГ. 3. Путем измерения количества воды в отработавших газах, когда вторичная жидкость впрыскивается в цилиндры двигателя, и когда впрыскивается только первичное топливо, действительное количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, может определяться на основе разности между двумя измерениями содержания воды, в соответствии с раскрытием способа на ФИГ. 2. Количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, может регулироваться до тех пор, пока действительное измеренное количество не совпадет с требуемым количеством, на основе рабочих параметров двигателя, как показано на ФИГ. 4 и 5.
ФИГ. 1 иллюстрирует пример, на котором изображена система 100 автомобиля, включающая в себя двигатель 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может быть двухтопливным двигателем, работающем на первичном топливе и вторичной жидкости, причем вторичной жидкостью может быть вода или смесь спирта и воды. Двигатель 10 может получать управляющие параметры от системы управления, включающей в себя контроллер 12, а также входные данные от водителя 130 автомобиля 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 (далее по тексту в настоящем документе также именуемый как «камера сгорания») двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным внутри них. Поршень 138 может соединяться с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может соединяться, по крайней мере, с одним приводным колесом пассажирского автомобиля через трансмиссионную систему. Дополнительно, электродвигатель стартера 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 сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбокомпрессор или нагнетатель. Например, ФИГ. 1 показывает двигатель 10, выполненный с возможностью установки турбокомпрессора, включающего компрессор 174, установленный между впускными каналами 142 и 144, а также турбину 176, работающей на отработавших газах, установленную на выпускном канале 148. Компрессор 174 может быть по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176, работающей на отработавших газах, через вал 180, если устройство наддува выполнено как нагнетатель. Однако, в других примерах, когда двигатель 10 оснащается турбокомпрессором, газовая турбина 176 не является обязательной и может быть исключена, если компрессор 174 может приводиться в действие механически при помощи мотора или двигателя. Дроссельная заслонка 162, включающая в себя дроссельную шайбу 164, может быть установлена на впускном канале двигателя для изменения уровня расхода и/или давления воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссельная заслонка 162 может быть установлена ниже по потоку относительно компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или в другом варианте осуществления она может быть установлена выше по потоку относительно компрессора 174.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10, дополнительно к цилиндру 14. Датчик 128 кислорода переменного напряжения (ПН) показан в соединении с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности. Опорное напряжение датчика 128 кислорода ПН может модулироваться в диапазоне между более низким или базовым напряжением, при котором обнаруживается содержание кислорода (и не происходит диссоциация воды) и более высоким напряжением, при котором возможна диссоциация молекул воды в газовом потоке. Например, во время основной работы датчик кислорода может функционировать с базовым опорным напряжением. При базовом опорном напряжении, когда вода попадает на датчик, нагреваемый элемент датчика может испарять воду и выполнять измерение содержания воды в форме местных паров или вторичного воздуха, поступающего в камеру сгорания. Датчик кислорода также может работать во втором режиме, причем опорное напряжение увеличивается с базового опорного напряжения (например, первое опорное напряжение) до второго опорного напряжения. Второе опорное напряжение может быть выше базового опорного напряжения. Когда впускной датчик кислорода работает при втором опорном напряжении, нагреваемый элемент датчика диссоциирует воду в воздухе и, вслед за этим, измеряет концентрацию воды. Таким образом, получаемый ток накачки датчика при втором опорном напряжении может указывать на количество кислорода в газовом потоке плюс количество кислорода, полученного в результате диссоциации молекул воды. Изменение тока накачки между первым напряжением и вторым напряжением может затем указывать на количество воды в газовом потоке, в котором расположен датчик кислорода.
Таким образом, датчик 128 кислорода ПН может использоваться для расчета и/или измерения содержания кислорода в отработавших газах, выходящих из двигателя. Датчик кислорода ПН также может использоваться для расчета количества спирта в топливе, сжигаемом в двигателе, и окружающей влажности.
Измерение температуры отработавших газов может осуществляться с помощью одного или более температурных датчиков (не показаны), установленных в выпускном канале 148. В других случаях температуру отработавших газов можно определять на основе рабочих условий двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.д. Следует помнить о том, что температура отработавших газов может альтернативно определяться комбинацией перечисленных в настоящем документе способов определения.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапана и один или более выпускных клапана. Например, цилиндр 14 изображен с как минимум одним впускным тюльпанообразным клапанном 150 и как минимум 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.
Управление впускным клапаном 150 может осуществляться контроллером 12 путем приведения в действие кулачка посредством системы 151 кулачкового привода. Подобным же образом управление выпускным клапаном 156 может осуществляться контроллером 12 посредством системы 153 кулачкового привода. Системы 151 и 153 кулачкового привода могут включать в себя один или более кулачков и могут 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), которыми может управлять контроллер 12 для регулировки работы клапанов. Движение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться с помощью датчиков положения клапанов 155 (не показаны) и/или датчиков положения распределительного вала 157. В других вариантах осуществления впускным и/или выпускным клапаном может управлять электропривод клапанов. Например, цилиндр 14 в качестве альтернативы может включать в себя впускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью приведения в действие кулачка клапанов, включая системы ППК и/или ИФКР. В еще других вариантах осуществления впускным и выпускным клапаном может управлять общий клапанный привод или приводная система, или привод или приводная система системы изменения фаз газораспределения. Кулачковое распределение может регулироваться (посредством установки опережения и запаздывания системы ИФКР) для регулировки обеднения в двигателе совместно с потоком через систему рециркуляции отработавших газов (РОГ) и/или прямым впрыском жидкости для предотвращения детонационного сгорания, тем самым уменьшая число переходных режимов системы РОГ и улучшая характеристики двигателя.
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 различных 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, если используется непосредственный впрыск топлива, что обусловлено его влиянием на детонацию при работе двигателя.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу зажигания 192 для инициирования сгорания. Систем зажигания 190 может подавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу зажигания 192 в ответ на сигнал опережения зажигания (03) от контроллера 12 в выбранном режиме работы. Однако, в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, когда в двигателе 10 сгорание инициируется 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 форсунками для впрыска жидкости для предотвращения детонационного сгорания. В некоторых вариантах осуществления жидкостью для предотвращения детонационного сгорания может быть топливо, причем форсунка также относится к топливной форсунке. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 показан с одной топливной форсункой 166. Топливная форсунка 166 изображена в непосредственном соединении с цилиндром 14 для непосредственного впрыска топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ДИВТ), полученной от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно, как прямой впрыск (здесь и далее именуемый ПВ) топлива в цилиндр 14 сгорания. 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 других случаях форсунка может быть установлена над выпускным клапаном и рядом с впускным клапаном для улучшения смешивания. Первичное топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя один или более топливных баков 78, топливные насосы и топливную рампу. В других случаях топливо может подаваться с более низким давлением с помощью одноступенчатого топливного насоса, и в таком случае синхронизация непосредственного впрыска топлива может быть более ограничена в такте сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Дополнительно, хотя и не показано на фигуре, топливные баки 78 могут иметь датчик давления, направляющий сигнал в контроллер 12. Следует помнить о том, что в другом варианте осуществления форсунка 166 может являться форсункой распределительного впрыска, подающим топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 1. Жидкость для предотвращения детонационного сгорания (также называемая в настоящем документе - «вторичная жидкость») может храниться в баке 76. В соответствии с настоящим описанием бак 76 может быть частью топливной системы 8, с возможностью соединения с форсункой прямого впрыска в цилиндр. Это позволяет обеспечить прямой впрыск вторичной жидкости для предотвращения детонации. Вторичная жидкость также может быть выполнена с возможностью соединения с системой стеклоочистителя (не показана), используемой для очистки ветрового стекла.
Вторичная жидкость, хранимая в баке 76, может включать в себя смесь воды, спирта и одного или более поверхностно-активных веществ без ионов. Например, эти вещества могут включать в себя этоксилаты, полиспирты или их смеси. В целом, это могут быть молекулы с гидрофильными боковыми цепями. Гидрофильные боковые цепи могут включать в себя боковые цепи полиэтилен-оксида или сочетания боковых цепей полиэтилен-оксида и полипропилен-оксида. Неограничивающие примеры включают в себя ноноксинол-9 и Triton Х-100. В результате, вторичной жидкостью, хранимой в баке 76, может быть жидкость на водной основе, не являющаяся электролитом и не вызывающая коррозию. При прямом впрыске в цилиндр для предотвращения детонационного сгорания использование неионных компонентов в жидкости стеклоомывателя снижает риск загрязнения камеры сгорания и выхлопной системы агрессивными и трудно удаляемыми солями металлов. В другом примере вторичной жидкостью, хранимой в баке 76, может быть вода или смесь воды и спирта.
Бак 76 изображен отдельно от одного или более топливных баков 78, но следует понимать, что в других примерах бак 76 может быть одним из одного или более топливных баков 78. Бак 76 может быть выполнен с возможностью соединения с форсункой 166 прямого впрыска, таким образом, чтобы обеспечить возможность прямого впрыска вторичной жидкости в цилиндр 14. При некоторых условиях, в ответ на указание на детонацию, контроллер двигателя может обеспечить прямой впрыск вторичной жидкости в цилиндр для увеличения разбавления в двигателе, тем самым предотвращая неуместное и нежелательное событие детонации. В соответствии с вышеуказанным, вторичная жидкость, хранимая в баке 76, может быть произведена на основе рецептуры, включающей в себя смесь воды, спирта и, в некоторых случаях, одного или более поверхностно-активных веществ, таких как 40%-й метанол. Эти неионные компоненты позволяют вторичной жидкости сохранять свойства, необходимые для омывания ветрового стекла, и, в то же время, позволяют уменьшить риск загрязнения и коррозии камеры сгорания и выхлопной системы агрессивными и трудно удаляемыми солями металлов. Примерные составы вторичной жидкости, которые могут использоваться для предотвращения детонационного сгорания, а также для омывания ветрового стекла включают в себя мыльные растворы этанола и метанола. В других вариантах вторичная жидкость может содержать, в основном, воду и не включать в себя один или более неионных поверхностно-активных веществ. В другом примере вторичная жидкость может содержать только воду.
Следует понимать, что в одном из вариантов осуществления двигатель может работать с впрыском различного топлива или смеси с вторичной жидкостью через одну форсунку прямого впрыска; при этом в других вариантах осуществления двигатель может работать с использованием двух форсунок (форсунка 166 прямого впрыска и форсунка распределительного впрыска), с изменением относительных количеств среды, впрыскиваемой с помощью каждой отдельной форсунки.
Топливо может подаваться в цилиндр форсункой во время одного цикла цилиндра. Дополнительно, распределение и/или относительное количество топлива или жидкости для предотвращения детонационного сгорания, подаваемых форсункой, может изменяться в зависимости от рабочих условий, например, от температуры наддувочного воздуха, в соответствии с дальнейшим раскрытием в настоящем документе. Более того, для одного события по сгоранию топлива в течение цикла может выполняться несколько актов впрыска поданного топлива. Несколько актов впрыска могут выполняться в такте сжатия, такте впуска или в любом подходящем их сочетании.
В соответствии с вышеуказанным описанием, ФИГ. 1 изображает только один цилиндр двигателя, в котором имеются несколько цилиндров. 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 баки 76 и 78 топливной системы 8 могут содержать один или более типов топлива (например, первичные типы топлива) и/или вторичные жидкости (например, жидкости для предотвращения детонационного сгорания), обладающие различными качествами, обусловленными их составом. Эти различия могут включать в себя различные содержания спирта, разное содержание воды, разные октановые числа, разную скрытую теплоту парообразования, разные топливные смеси, разное содержание воды, разные пределы воспламеняемости и/или их сочетания и т.д. В одном из примеров топлива с различным содержанием спирта могут включать в себя одно топливо, являющееся бензином, и другое топливо, являющееся этанолом или метанолом. Другими спиртосодержащими топливами могут быть смеси спирта и воды, смеси спирта, воды и т.д. В другом примере как первое топливо, так и вторичное топливо могут быть спиртовыми смесями, причем первым топливом может быть смесь с более низким содержанием спирта по сравнению со смесью бензина и спирта второго топлива с большим содержанием спирта, например, первое топливо E10 (приблизительно 10% этанола) и второе топливо Е85 (приблизительно 85% этанола). Кроме того, первое и второе топлива также могут различаться по другим качествам топлива, таким как разная температура, вязкость, октановое число, скрытая энтальпия парообразования и т.д.
Кроме того, характеристики топлива, относящиеся к топливо или вторичной жидкости, хранимой в топливным баках, могут часто варьироваться. Ежедневные изменения при заправке бака могут, таким образом, приводить к частому изменению состава топлива, тем самым влияя на состав топлива, подаваемого форсункой 166.
В некоторых вариантах осуществления вторичная жидкость может создаваться в автомобиле из конденсата отработавших газов, конденсата охладителя наддувочного воздуха, слива конденсата кондиционера воздуха или дождевой воды. Например, как воду, так и спирт в составе вторичной жидкости можно самогенерировать из воды, выделяемой из отработавших газов, охладителя наддувочного воздуха, слива кондиционера воздуха и/или дождевой воды, и спирта, отделяемого из топлива в топливном баке. Путем самогенерации компонентов вторичной жидкости возможно снижение количества расходных материалов, потребляемых системой автомобиля.
Несмотря на отсутствие изображения на фигуре, следует помнить о том, что в двигатель также может быть оснащен одним или более каналами рециркуляции отработавших газов для отвода, по крайней мере, части отработавших газов от системы выпуска отработавших газов на впуск двигателя. Таким образом, путем рециркуляции части отработавших газов можно регулировать обеднение смеси, что может повысить эксплуатационные характеристики двигателя путем уменьшения детонации при работе двигателя, пиковых значений температуры и давления сгорания в цилиндре, потерь на дросселирование, а также выбросов оксидов азота. Один или более каналов системы РОГ могут включать в себя канал РОГ низкого давления, соединенный со впуском двигателя выше по потоку от компрессора турбонагнетателя и системой выпуска отработавших газов двигателя ниже по потоку от турбины, и предназначенный для обеспечения РОГ низкого давления (НД). Один или более каналов системы РОГ могут также включать в себя канал РОГ высокого давления, соединенный со впуском двигателя ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя и системой выпуска отработавших газов двигателя выше по потоку от турбины, и предназначенный для обеспечения РОГ высокого давления (ВД). В одном из примеров поток РОГ высокого давления может обеспечиваться при таких условиях, как отсутствие наддува от турбонагнетателя, в то время, как поток РОГ низкого давления может обеспечиваться при таких условиях, как наличие наддува от турбонагнетателя и/или при температурах отработавших газов выше предельных значений. Поток РОГ низкого давления, проходящий через канал РОГ низкого давления, может регулироваться при помощи клапана системы РОГ низкого давления, в то время, как поток РОГ высокого давления, проходящий через канал РОГ высокого давления, может регулироваться при помощи клапана системы РОГ низкого давления (не показан).
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, показанный в данном конкретном примере в виде чипа 110 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 112, энергонезависимую память (ЭНП) 114 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к сигналам, описанным ранее, включая измерение массового расхода подаваемого воздуха (МРВ) отдатчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 116 температуры, соединенного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дроссельной заслонки (ПДЗ) от датчика положения дроссельной заслонки; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) отдатчика 124. Сигнал частоты вращения коленчатого вала двигателя (об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 на основе сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе, АДК от датчика давления в коллекторе может использоваться для предоставления указания на вакуум или давление во впускном коллекторе. Еще одни другие датчики могут включать датчики уровня топлива и состава топлива, соединенные с топливным баком (баками) топливной системы, и/или датчик детонации. В ответ на сигналы, получаемые от различных датчиков, контроллер может приводить в действие различные исполнительные механизмы двигателя. Примеры исполнительных механизмов включают в себя форсунку 166, дроссельную заслонку 162, кулачки 151 и 153 и т.д.
Постоянное запоминающее устройство 110 может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые микропроцессором 106, для осуществления способов, раскрытых ниже, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных отдельно. Примерная последовательность, которая может выполняться, показана со ссылкой на ФИГ. 2-4.
Таким образом, система со ссылкой на ФИГ. 1 выполнена с возможностью хранения вторичной жидкости, включая воду, в баке, соединенном с форсункой прямого впрыска в цилиндр, и подачи жидкости из бака в каждый цилиндр. Например, в ответ на детонацию контроллер может дать команду впрыска вторичной жидкости в цилиндр из бака, соединенного с форсункой прямого впрыска. В другом примере контроллер может также дать команду впрыска различного соотношения первичного топлива к вторичному топливу в цилиндры двигателя на основе рабочих условий двигателя.
Дополнительно, в системе со ссылкой на ФИГ. 1 предлагается система для двухтопливного двигателя, содержащая: цилиндр двигателя, датчик кислорода в отработавших газах, расположенный в выпускном канале, ниже по потоку от цилиндра двигателя и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для регулировки количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе разности между требуемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и расчетным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости, расчетное количество впрыскиваемой вторичной жидкости основывается на разности между первым изменением тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда топливо и вторичная жидкость впрыскивается в цилиндр двигателя, и вторым изменением тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда только топливо впрыскивается в цилиндр двигателя. Способ для регулировки количества воды, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, рассматривается в способе на ФИГ. 4. В одном из примеров вторичной жидкостью может быть вода. В другом примере вторичной жидкостью может быть другая жидкость, содержащая воду, например, жидкость стеклоомывателя. В этом примере требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может основываться на содержании воды в жидкости стеклоомывателя (например, доля воды в жидкости стеклоомывателя), в соответствии со способом, показанным на ФИГ. 6.
Система для двухтопливного двигателя дополнительно содержит топливную систему, включающую в себя первичный топливный бак, содержащий топливо, вторичный бак, содержащий воду, и топливную форсунку, впрыскивающую один или более компонентов из таких компонентов как топливо и вода в цилиндр двигателя.
Что касается ФИГ. 2, проиллюстрирована блок-схема способа 200 для определения количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. В одном из примеров топливная система может включать в себя первичное топливо и вторичную жидкость, такую как вода. Во время цикла сгорания в цилиндре только первичное топливо, только вторичная жидкость или как первичное топливо, так и вторичная жидкость могут впрыскиваться в цилиндр двигателя. Впрыск одного из таких компонентов как первичное топливо или вторичная жидкость, или обоих этих компонентов может осуществляться одной или более топливными форсунками цилиндра двигателя. В соответствии с дальнейшим раскрытием впрыск как первичного топлива, так и вторичной жидкости в цилиндры двигателя может относиться к впрыску как первичного топлива, так и вторичной жидкости в цилиндр двигателя во время одного и того же цикла сгорания в цилиндре или во время одной и той же части или такта цикла сгорания. Дополнительно, первичное топливо и вторичная жидкость может впрыскиваться одновременно одной и той же форсункой или специальными топливными форсунками, или друг за другом одной или более топливными форсунками. Инструкции для осуществления способа 200 могут храниться в запоминающем устройстве контроллера (например, чип 106 постоянного запоминающего устройства контроллера 12, как показано на ФИГ. 1). Таким образом, контроллер может осуществлять способ 200 на основе сигналов, получаемых от различных датчиков двигателя. Датчики могут включать в себя: датчик детонации, датчик кислорода в отработавших газах, такой как датчик 128 кислорода ПН, и/или датчик температуры отработавших газов. Все датчики двигателя могут передавать обратную связь контроллеру двигателя (например, контроллеру 12) о рабочем состоянии двигателя, такую как температура двигателя, содержание кислорода в отработавших газах, доля вторичной жидкости в отработавших газах, уровни детонации, соотношение первичного топлива к вторичной жидкости и т.д.
Способ 200 начинается с шага 202, где выполняется расчет и/или измерение рабочих условий двигателя на основе обратной связи от множества датчиков. Рабочие условия двигателя могут включать в себя температуру двигателя, содержание кислорода в отработавших газах, соотношение первичного топлива к вторичным жидкостям, частоту вращения и нагрузку, поток РОК, массовый расход воздуха, давление в коллекторе и т.д.
Способ 200 переходит к шагу 204, когда контроллер (например, контроллер 12) определяет, впрыскивается ли только первичное топливо в цилиндры двигателя на основе обратной связи от вышеуказанных датчиков и/или обратной связи от системы впрыска топлива. Если впрыскивается только первичное топливо, то способ 200 переходит к шагу 214, на котором датчик кислорода (например, датчик 128 кислорода ПН) определяет концентрацию воды в отработавших газах ниже по потоку от цилиндров двигателя, и генерируются первые выходные данные датчика кислорода. Опорное напряжение датчика кислорода (например, датчика кислорода в отработавших газах) может модулироваться между двумя различными опорными напряжениями. Получаемые значения тока накачки при различных двух опорных напряжениях затем могут сравниваться друг с другом для определения концентрации воды в отработавших газах (как указано далее со ссылкой на ФИГ. 3). Таким образом, первые выходные данные датчика кислорода - это первое изменение тока накачки датчика кислорода в отработавших газах, когда опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах увеличивается с более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения. Как только определяется концентрация воды в отработавших газах, когда впрыскивается только первичное топливо, контроллер определяет, впрыскивается ли первичное топливо и вторичная жидкость на шаге 216. Например, способ на шаге 216 может включать в себя определение, впрыскивается ли в цилиндр двигателя комбинация первичной и вторичной жидкостей. В одном из примеров впрыск как первичного топлива, так и вторичной жидкости может включать в себя впрыск первичного топлива и вторичной жидкости во время одного и того же цикла сгорания в цилиндре с помощью одной топливной форсунки. В другом примере впрыск как первичного топлива, так и вторичной жидкости может включать в себя впрыск первичного топлива и вторичной жидкости во время одного и того же цикла сгорания с помощью отдельных топливных форсунок.
Если вторичная жидкость не впрыскивается с первичным топливом, способ 200 переходит к шагу 218, на котором контроллер ждет до тех пор, пока не будет произведен одновременный впрыск первичного топлива и вторичных жидкостей (например, во время одного и того же цикла сгорания). В одном из вариантов осуществления вторичной жидкостью может быть смесь воды и спирта. В другом варианте осуществления вторичной жидкостью может быть вода, смешанная с одним или более неионными поверхностно-активными веществами (например, этоксилаты). В другом варианте осуществления вторичная жидкость - это только вода.
Когда контроллер обнаруживает, что как первичное топливо, так и вторичная жидкость впрыскивается в цилиндр(ы) двигателя, контроллер затем использует датчик кислорода для определения общей концентрации воды в отработавших газах со впрыском как первичного топлива, так и вторичной жидкости на шаге 224. В соответствии с вышеуказанным раскрытием и более подробным описанием способа, раскрытого на ФИГ. 3, датчик кислорода может функционировать с двумя различными опорными напряжениями, и получаемое изменение тока накачки между двумя опорными напряжениями может использоваться для определения концентрации воды в отработавших газах. Таким образом, контроллер может получать вторых выходные данные от датчика кислорода, причем вторые выходные данные - это второе изменение тока накачки датчика кислорода в отработавших газах, когда опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах увеличивается с более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения (например, с модуляцией между первым напряжением и вторым напряжением).
Вслед за этим, на шаге 226 контроллер определяет количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. Этого можно достичь путем сравнения концентрации воды, определенной на шаге 214, с концентрацией воды, определенной на шаге 224. Любое изменение концентрации воды, обнаруженное с шага 214 до шага 224 может относиться к воздействию вторичной жидкости, поскольку вторичная жидкость - это единственная субстанция, впрыскиваемая в цилиндры двигателя в дополнение к первичному топливу между шагами 214 и 224. Таким образом, концентрация воды в отработавших газах при впрыске только первичного топлива, определенная на шаге 214, может вычитаться из концентрации воды в отработавших газах при впрыске первичного топлива и вторичной жидкости, определенной на шаге 224. Получаемая концентрация воды затем может быть составным компонентом вторичной жидкости. Затем количество вторичной жидкости можно определить на основе определенного количества воды, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, и известного композиционного отношения воды во вторичной жидкости (например, вторичная жидкость может содержать 60% воды). Например, если вторичная жидкость содержит 60% воды, то общее количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в топливо - это определенное количество впрыскиваемой воды, поделенное на 0,6.
Если на шаге 204 контроллер определяет, что первичное топливо - это не единственная субстанция, впрыскиваемая в цилиндры двигателя, то способ 200 переходит к шагу 208, на котором контроллер определяет, впрыскивается ли в цилиндр двигателя как первичное топливо, так и вторичная жидкость с помощью одной или более топливных форсунок. Если первичное топливо и вторичное топливо не впрыскивается в цилиндры двигателя, то контроллер определяет, впрыскивается ли вторичная жидкость в цилиндры двигателя на шаге 210. Например, способ на шаге 210 может включать в себя определение, впрыскивается ли в цилиндры двигателя только вторичная жидкость. Если ни вторичная жидкость, ни первичное топливо не впрыскивается, то только окружающий воздух может проходить через цилиндр двигателя. В результате, способ 200 переходит к шагу 212, на котором контроллер продолжает управлять работой двигателя без расчета концентрации воды в отработавших газах. Поскольку только окружающий воздух может проходить через цилиндр двигателя, нет необходимости в том, чтобы контроллер измерял содержание воды в отработавших газах на шаге 212. Если на шаге 210 контроллер определяет, что вторичная жидкость в действительности впрыскивается в цилиндры двигателя (и не впрыскивается первичное топливо), то контроллер задействует датчик кислорода для определения концентрации воды в отработавших газах в условиях, когда только вторичная жидкость впрыскивается в цилиндры двигателя на шаге 222. В соответствии с вышеуказанным раскрытием датчик кислорода может использовать два различных опорных напряжения, и затем полученные токи накачки могут сравниваться для определения концентрации воды в отработавших газах (см. способ на ФИГ. 3 с раскрытием определения концентрации воды). Поскольку вторичная жидкость - это единственная субстанция, впрыскиваемая в цилиндры двигателя на шаге 222, концентрация воды в отработавших газах, определенная на шаге 222, напрямую соответствует количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. Количество впрыскиваемой вторичной жидкости может рассчитываться контроллером с использованием известного составного отношения воды во вторичной жидкости (например, вторичная жидкость может содержать 60% воды). Как только определено количество вторичной жидкости, контроллер может регулировать количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, на основе требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости на шаге 228. Требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может основываться на рабочих параметрах двигателя, таких как температура двигателя и содержание кислорода в отработавших газах, в соответствии с дальнейшим раскрытием со ссылкой на ФИГ. 4.
Если на шаге 208 контроллер определяет, что первичное топливо и вторичная жидкость впрыскиваются, то выполнение способа 200 продолжается с переходом к шагу 220, на котором контроллер задействует датчик кислорода для определения общей концентрации воды в отработавших газах как с первичным топливом, так и со вторичной жидкостью. В этом случае контроллер может определять количество впрыскиваемой воды с использованием такого же способа, как и способ, раскрытый выше, на шаге 214. Затем на шаге 226 контроллер может определять количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. При переходе к шагу 226 от шага 220 контроллер может воспользоваться уровнем концентрации воды, определенным ранее из предыдущего цикла, когда впрыскивалось только первичное топливо. Таким образом, количество вторичной жидкости может основываться на содержании воды в отработавших газах, когда впрыскивается первичное топливо и вторичная жидкость, в соответствии с определением на шаге 220, и предыдущим определением содержания воды в отработавших газах, когда только первичное топливо впрыскивалось в цилиндры двигателя. Поскольку способ 200 является повторяющимся и постоянным, если во время конкретного цикла способ 200 переходит от шага 204 к шагу 208 и к шагу 220, то для такого цикла контроллер не рассчитывает концентрацию воды во время впрыска только первичного топлива. Таким образом, контроллер может использовать расчет концентрации воды, определенной на шаге 214, от предыдущего цикла для расчета количества вторичной жидкости для цикла.
После определения количества вторичной жидкости на шаге 226 контроллер регулирует количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, на основе требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости на шаге 228. Если действительное или расчетное количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, в соответствии с определением на шаге 226 отличается от требуемого количества, контроллер может соответственно регулировать количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. В одном из примеров, если расчетное количество впрыскиваемой вторичной жидкости меньше требуемого количества, то контроллер может увеличивать количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. В другом примере контроллер может уменьшать количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, если расчетное впрыскиваемое количество больше требуемого количества. Требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может основываться на рабочих параметрах двигателя, таких как детонация, температура двигателя, температура отработавших газов, количество отработавших газов в цилиндре двигателя, содержание кислорода в отработавших газах (см. ФИГ. 4, со ссылкой на которую раскрывается определение требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости). Например, если температура двигателя превышает пороговый уровень, то требуемое количество вторичной жидкости можно увеличить в соответствии с более подробным раскрытием на ФИГ. 4.
Таким образом, способ 200 приводит к регулировке количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе первого изменения тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда только топливо впрыскивается в цилиндр двигателя, и второго изменения тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда топливо и вторичная жидкость впрыскивается в цилиндр двигателя. Например, изменение тока накачки датчика кислорода в отработавших газах может быть изменением тока накачки при увеличении опорного напряжения датчика кислорода в отработавших газах с первого опорного напряжения до второго опорного напряжения. Способ 200 дополнительно содержит определение расчетного количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе разности между вторым изменением тока накачки и первым изменением тока накачки. Разность между вторым изменением тока накачки и первым изменением тока накачки датчика кислорода может использоваться для расчета количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя. Другими словами, способ 200 содержит регулировку количества воды, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе разности между требуемым количеством впрыскиваемой воды и расчетным количеством впрыскиваемой воды, расчетное количество впрыскиваемой воды основывается на разности между первым изменением в изменении тока накачки датчики кислорода в отработавших газах, когда топливо и вода впрыскиваются в цилиндр двигателя, и вторым изменением в изменении тока накачки датчика кислорода в отработавших газах, когда только топливо впрыскивается в цилиндр двигателя.
Что касается ФИГ. 3, способ 300 проиллюстрирован для определения количества воды в отработавших газах с использованием датчика отработавших газов. Выполнение способа 300 может продолжаться от способа 200, раскрытого выше.
1
1
1
1
1
2
2
2
1
2
2
2
2
2
Способ 300 начинается с шага 302, на котором контроллер определяет ток 1р накачки, выдаваемый датчиком кислорода, работающим при первом опорном напряжении V. Датчиком кислорода может быть датчик кислорода в отработавших газах ПН (например, датчик 128 кислорода ПН), расположенный в выпускном канале двигателя ниже потоку от цилиндра двигателя. Первое опорное напряжение V может принимать значение, чтобы кислород перекачивался из ячейки датчика кислорода, но при этом достаточно низкое, чтобы не происходила диссоциация кислородсодержащих соединений, таких как вода, у датчика (в одном из примеров напряжение V может быть приблизительно 450 мВ). Подача первого опорного напряжения V может генерировать выходные данные датчика кислорода в форме первого тока Ip накачки, указывающего на количество кислорода в газовой пробе. Затем способ включает в себя увеличение опорного напряжения датчика кислорода до второго напряжения V и определение тока накачки, выдаваемого датчиком кислорода, при втором напряжении V на шаге 304. Второе напряжение V может превышать первое напряжение V, подаваемое на датчик. В частности, второе напряжение V может принимать значение, достаточно высокое для возникновения диссоциации требуемого кислородсодержащего соединения. Например, второе напряжение V может быть достаточно высоким для диссоциации молекул воды на водород и кислород (в одном из примеров напряжение V может быть приблизительно 1,1 В). Подача второго напряжения V может генерировать второй ток Ip накачки, указывающий на количество кислорода и воды в газовой пробе. Следует понимать, что термин «вода» во фразе «количество кислорода и воды», используемый в настоящем документе, относится к количеству кислорода, выделяемого в результате диссоциации молекул воды газовой пробы. Вслед за этим, на шаге 306 контроллер может определять количество воды в отработавших газах путем вычитания первого тока накачки на шаге 302 из второго тока накачки, полученного на шаге 304. В одном из примеров способ 300 может включать в себя непрерывное модулирование опорного напряжения датчика кислорода между первым и вторым напряжением. Среднее изменение тока накачки во время модуляции затем может использоваться контроллером для определения количества воды в отработавших газах.
Что касается ФИГ. 4, проиллюстрирован способ 400 для регулировки количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в двигатель. Инструкции для осуществления способа 400 могут храниться в запоминающем устройстве контроллера (например, чип 106 постоянного запоминающего устройства контроллера 12, как показано на ФИГ. 1). Таким образом, контроллер может осуществлять способ 400 на основе сигналов, получаемых от различных датчиков двигателя.
Способ 400 начинается с шага 402, на котором контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) рассчитывает и/или измеряет рабочие условия двигателя на основе обратной связи от множества датчиков двигателя. Рабочие условия двигателя могут включать в себя частоту вращения и нагрузку двигателя, температуру двигателя, температуру отработавших газов, детонацию, концентрацию кислорода в отработавших газах и т.д. На основе рабочих условий двигателя контроллер затем определяет на шаге 404, требуется ли впрыск вторичной жидкости. Впрыск вторичной жидкости может потребоваться, если рабочие условия двигателя (например, температура двигателя, детонация и концентрация кислорода в отработавших газах) превышают заранее заданные пороговые уровни, что может привести к ухудшению состояния одной или более топливных форсунок двигателя и/или цилиндров двигателя в соответствии дальнейшим раскрытием на ФИГ. 5 ниже. Например, если датчик детонации определяет возникновение детонации в любом из цилиндров двигателя с превышением порогового уровня, то контроллер может определять, требуется ли впрыск вторичной жидкости для уменьшения детонации двигателя. Если не требуется впрыск вторичной жидкости на основе рабочих условий двигателя, то контроллер поддерживает количество впрыскиваемого первичного топлива на шаге 406. Другими словами, способ на шаге 406 может включать в себя продолжение впрыскивания только первичного топлива, а не вторичной жидкости.
Если, однако, одно или более рабочих условий двигателя превышает пороговые уровни для впрыска вторичной жидкости (например, уровни концентрации кислорода в отработавших газах превышают пороговый уровень), то контроллер определяет требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости на шаге 408. Требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может основываться на одном или более рабочих условиях двигателя, таких как детонация двигателя, температура двигателя, температура отработавших газов, количество отработавших газов в цилиндре двигателя и содержание кислорода в отработавших газах. Таким образом, контроллер может определять требуемое количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, на основе одного или более вышеуказанных параметров двигателя. См. ФИГ. 5 ниже для более подробного раскрытия определения требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости. Например, если температура двигателя превышает первое пороговое значение, то контроллер может определять первое требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости. Если температура превышает пороговое значение, то контроллер может определять, что требуется впрыск большего второго количества вторичной жидкости. В другом варианте осуществления контроллер может определять требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости на основе заранее заданного отношения между рабочими условиями двигателя (например, температура двигателя, температура отработавших газов, содержание кислорода в отработавших газах и т.д.) и требуемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости. Таким образом, как только рабочие условия двигателя превышают один или более заранее заданных пороговых уровней, требуемое количество дополнительной впрыскиваемой вторичной жидкости может изменяться в соответствии с величиной превышения рабочих условий первого порогового значения. Например, если температура двигателя превышает первый пороговый уровень и продолжает увеличиваться до уровня свыше порогового уровня, то требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может быть пропорциональным величине увеличения температуры двигателя.
Кроме того, на шаге 408 требуемое количество вторичной жидкости может определяться на основе содержания воды вторичной жидкости (например, концентрация воды во вторичной жидкости). После долива вторичной жидкости во вторичный бак для жидкости, вторичная жидкость, находящаяся в баке и используемая для впрыска вторичной жидкости, может обладать содержанием воды, отличным от содержания воды, имеющегося до долива. Например, если вторичная жидкость - это жидкость стеклоомывателя, то различные марки жидкостей стеклоомывателя в различных регионах могут иметь разное содержание воды и метанола (например, разное соотношение воды к метанолу). Содержание воды во вторичной жидкости может повлиять на требуемое количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя. Таким образом, в соответствии с дальнейшим раскрытием на ФИГ. 6, количество впрыскиваемой вторичной жидкости можно регулировать на основе концентрации воды во вторичной жидкости. В одном из вариантов осуществления, если вторичная жидкость - это вода, предполагается, что в сущности содержание воды составляет 100% без необходимости расчета содержания воды из способа на ФИГ. 6.
Возвращаясь к способу 400, как только контроллер определил требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости, выполнение способа 400 продолжается с переходом к шагу 410, на котором контроллер впрыскиваем первое количество вторичной жидкости в цилиндры двигателя. Первое количество - это количество вторичной жидкости для впрыска, определенное на шаге 408. Контроллер может выполнить это действие путем отправления сигнала на форсунку (например, топливную форсунку 166) для впрыска требуемого первого количества вторичной жидкости. Далее, контроллер выполняет расчет действительного количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в двигатель (после впрыска первого количества вторичной жидкости) на шаге 412 с использованием способов, раскрытых на ФИГ. 2 и 3. В соответствии с раскрытием, проиллюстрированным на ФИГ. 2-3, первые выходные данные датчика кислорода в отработавших газах, когда только топливо (например, первичное топливо) впрыскивается в цилиндр двигателя, сравниваются со вторыми выходными данными датчика кислорода в отработавших газах, когда топливо и вторичная жидкость впрыскиваются в цилиндр двигателя.
После определения расчетного действительного количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, контроллер затем определяет, превышает ли требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости действительное количество, рассчитанное на шаге 412, на пороговую величину. Если действительное количество впрыскиваемой вторичной жидкости меньше требуемого количества на величину, превышающую пороговую величину, то контроллер может увеличить второе количество впрыскиваемой вторичной жидкости на шаге 420 до второго количества. Контроллер может определять, насколько увеличивать количество впрыскиваемой вторичной жидкости, на основе величины разности между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством, это может выполняться с использованием ряда пороговых значений или путем прямого отношения между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством. В одном из примеров осуществления может использоваться ряд пороговых значений, представляющих различную величину разности между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством. Таким образом, если разность между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством превышает меньшее первое пороговое значение, контроллер может увеличивать количество впрыскиваемой вторичной жидкости на более низкое первое количество. Если разность между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством достигает второго более высокого порогового значения, то контроллер может увеличивать количество впрыскиваемой вторичной жидкости на большее второе количество. В другом варианте осуществления количество, на которое контроллер увеличивает впрыск вторичной жидкости, может быть пропорциональным разности между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством. Таким образом, как только разность между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством достигает первого порогового значения, контроллер увеличивает количество впрыскиваемой вторичной жидкости на основе величины разности между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством. Таким образом, чем меньше действительное количество впрыскиваемой вторичной жидкости требуемого количества, тем больше увеличение впрыска вторичной жидкости.
Если контроллер определяет, что требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости не превышает действительное количество, то затем он определяет, меньше ли требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости действительного количества на шаге 416. Если действительное количество впрыскиваемой вторичной жидкости больше требуемого количества на величину, превышающую пороговую величину, то контроллер может уменьшать второе количество впрыскиваемой вторичной жидкости на шаге 422. Контроллер может определять, насколько уменьшать количество впрыскиваемой вторичной жидкости, на основе величины разности между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством, это может выполняться с использованием ряда пороговых значений или путем прямого пропорционального отношения между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством, в соответствии с вышеуказанным раскрытием.
Если на шаге 416 контроллер определяет, что требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости не меньше действительного количества, то затем выполнение способа 400 продолжается с переходом к шагу 418, на котором контроллер сохраняет количество впрыскиваемой вторичной жидкости. Если достигается шаг 418, то в сущности действительное количество впрыскиваемой вторичной жидкости может совпадать с требуемым количеством, и поэтому отсутствует необходимость в регулировке действительного количества впрыскиваемой вторичной жидкости. В другом примере, если расчетное действительное количество впрыскиваемой вторичной жидкости находится в пределах порогового значения требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости (например, первое количество), контроллер может сохранять количество впрыскиваемой вторичной жидкости на уровне первого количества (например, первый уровень) на шаге 418. Таким образом, способ 400 содержит регулировку количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, в ответ на расчетное количество вторичной жидкости, являющееся пороговым количеством, отличным от требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости, требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости основывается на рабочих условиях двигателя. Рабочие условия двигателя включают в себя одно или более таких условий как детонация двигателя, температура двигателя, температура отработавших газов, количество отработавших газов в цилиндре двигателя и содержание кислорода в отработавших газах.
Более конкретно, способ 400 приводит к впрыску первого количества вторичной жидкости в цилиндр двигателя, определяя расчетное количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе первого изменения тока накачки датчика кислорода, когда опорное напряжение датчика кислорода увеличивается с первого до второго опорного напряжения, датчик кислорода расположен ниже по потоку от цилиндра двигателя, во время впрыска первого количества вторичной жидкости, и второго изменения тока накачки датчика кислорода, когда опорное напряжение датчика кислорода увеличивается с первого до второго опорного напряжения во время впрыска только первого топлива в цилиндр двигателя, второе количество регулируется из первого количества на основе расчетного количества вторичной жидкости. Первое топливо - это первичное топливо, и вторичная жидкость - это вода. В другом примере вторичной жидкостью может быть жидкость стеклоомывателя или другая жидкость на основе спирта и воды. Датчик кислорода - это датчик кислорода переменного напряжения, выполненный с возможностью регулировки между более низким базовым напряжением (например, первое опорное напряжение), при котором не происходит диссоциации воды в датчике кислорода, и более высоким целевым напряжением (например, второе опорное напряжение), при котором в датчике происходит диссоциация воды. Способ 400 включает в себя впрыск первого топлива вместе со вторичной жидкостью во время впрыска первого количества вторичной жидкости.
Способ 400 дополнительно содержит определение расчетного количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе разноси между первым изменением тока накачки и вторым изменением тока накачки, причем первое изменение тока накачки указывает на первое количество воды в первом топливе и вторичной жидкости, и причем второе изменение тока накачки указывает на второе количество воды в первом топливе. Впрыск второго количества вторичной жидкости включает в себя увеличение впрыска вторичной жидкости с первого количества до второго количества, когда разность между первыми выходными данными и вторыми выходными данными меньше требуемого количества впрыскиваемой воды. Впрыск второго количества вторичной жидкости включает в себя уменьшение впрыска вторичной жидкости с первого количества до второго количества, когда разность между первыми выходными данными и вторыми выходными данными превышает требуемое количество впрыскиваемой воды. Требуемое количество впрыскиваемой воды основывается на одном или более рабочих условий двигателя, таких как уровень детонации двигателя, частота детонации двигателя, температура двигателя, температура отработавших газов, количество отработавших газов в цилиндре двигателя и содержание кислорода в отработавших газах. Первое количество вторичной жидкости основывается на требуемом количестве впрыскиваемой воды, а второе количество вторичной жидкости основывается на расчетном количестве вторичной жидкости и требуемом количестве впрыскиваемой воды.
Другими словами, способ 400 включает в себя регулировку количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе первого изменения тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда только топливо впрыскивается в цилиндр двигателя, и второго изменения тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда топливо и вторичная жидкость впрыскивается в цилиндр двигателя. Датчиком кислорода в отработавших газах может быть датчик кислорода переменного напряжения, выполненный с возможностью регулировки между первым и вторым опорным напряжением, причем второе опорное напряжение превышает первое опорное напряжение. Датчик кислорода в отработавших газах расположен в выпускном канале двигателя ниже по потоку от цилиндра двигателя.
В одном из вариантов осуществления контроллер может определять ухудшение состояния одной или более топливных форсунок, если разность между расчетным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством впрыскиваемой жидкости сохраняется в течение порогового периода времени. Например, условия, когда расчетное количество впрыскиваемой вторичной жидкости значительно отличается количества впрыскиваемой жидкости на протяжении нескольких циклов двигателя, могут указывать на ухудшение состояния одной или более топливных форсунок. Таким образом, в соответствии с одним из вариантов осуществления способ 400 может дополнительно содержать указание на условие системы впрыска вторичной жидкости двигателя, включая цилиндр двигателя, когда расчетное количество вторичной жидкости - это пороговое количество, отличное от требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости в течение периода времени, период времени включает в себя одно или более из следующего: некоторое количество циклов двигателя, некоторый промежуток времени и продолжительность использования двигателя. Условие системы впрыска вторичной жидкости включает в себя в себя ухудшение состояния одного или более из следующего: топливной форсунки впрыска вторичной жидкости в цилиндр двигателя и альтернативного компонента системы впрыска вторичной жидкости.
Что касается ФИГ. 5, проиллюстрирован график 500 с изображением регулировок количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в двигатель, на основе рабочих условий двигателя. В частности, на графике 500 проиллюстрированы изменения уровня кислорода в отработавших газах (например, содержание кислорода в отработавших газах) на графике 508, изменения уровня детонации двигателя на графике 510 и изменения температуры двигателя на графике 512. Уровни кислорода в отработавших газах можно измерять с помощью датчика кислорода в отработавших газах (например, датчик 128 кислорода ПН), уровень детонации можно измерять с помощью датчика детонации, расположенного в цилиндре двигателя, а температуру двигателя можно измерять с помощью датчика температуры, расположенного в камере сгорания. Кроме того, на графике 500 проиллюстрированы изменения задаваемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости на графике 502, изменения действительного расчетного (например, измеренного) количества вторичной жидкости на графике 504 и требуемого количества вторичной жидкости на графике 506. Действительное расчетное количество вторичной жидкости определяется на основе выходных данных датчика кислорода в отработавших газах в соответствии с вышеуказанным раскрытием в способах со ссылкой на ФИГ. 2 и 3. Задаваемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости может быть количество вторичной жидкости, впрыскиваемое топливными форсунками в цилиндры двигателя. Например, задаваемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости может быть количество вторичной жидкости, задаваемое контроллером, для впрыска с помощью топливных форсунок. Контроллер может регулировать задаваемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости на графике 502, когда действительное расчетное количество впрыскиваемой вторичной жидкости отличается от требуемого количества впрыскиваемой вторичной жидкости, как указано выше в способе со ссылкой на ФИГ. 4. Требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может определяться контроллером на основе рабочих условий двигателя, например, таких как детонация, температура двигателя, температура отработавших газов, количество отработавших газов в цилиндре двигателя, содержание кислорода в отработавших газах.
В соответствии с вышеуказанным раскрытием требуется использование вторичных жидкостей, когда детонация двигателя достигает порогового уровня, который может привести к ухудшению состояния двигателя. Датчик детонации может использоваться для прямого измерения детонации двигателя, при этом температура двигателя и содержание кислорода в отработавших газах также могут указывать на ненормальные условия сгорания. Если температура двигателя достигает порогового уровня, топливо в цилиндре двигателя может воспламеняться из-за высокой окружающей температуры в цилиндре, а не от искры, создаваемой искрой зажигания. Таким образом, это может привести к непредусмотренным событиям сгорания (например, преждевременное зажигание) и привести к ухудшению состояния двигателя. Дополнительно, высокая температура двигателя может приводить к дополнительным непредусмотренным событиям сгорания после события начальной искры зажигания (например, детонация). Впрыск вторичной жидкости в цилиндр двигателя может охлаждать двигатель и уменьшать детонацию. Содержание кислорода в отработавших газах выше порогового уровня может указывать на то, что топливо захватывается в цилиндрах двигателя. Если продолжается впрыск топлива в двигатель, но повышается содержание кислорода в отработавших газах, составные компоненты газа, образуемого из первичного топлива, могут не достигать датчика отработавших кислорода в отработавших газах. Такая ситуация может возникнуть, когда не весь газ и топливо в цилиндре выходят через выпускной клапан после события сгорания. Остатки топлива или газа в цилиндре двигателя могут привести к ненормальным событиям сгорания. Впрыск вторичной жидкости в цилиндр двигателя может удалить оставшееся топливо или газ из цилиндра благодаря эффекту продувки. Таким образом, если детонация двигателя, температура двигателя, содержание кислорода в отработавших газах достигает соответствующих пороговых значений, контролер может определять, что требуется впрыск вторичной жидкости и направить команду для впрыска вторичной жидкости в цилиндры двигателя через топливные форсунки.
В соответствии с вышеуказанным раскрытием три изображенных рабочих параметра двигателя (детонация двигателя, температура двигателя и содержание кислорода в отработавших газах) показаны на графиках 508, 510 и 512. Следует отметить, что изображенные рабочие параметры двигателя не отражают все возможные рабочие параметры двигателя, другие или дополнительные рабочие параметры двигателя могут измеряться с помощью других или дополнительных датчиков двигателя (например, датчик температуры отработавших газов).
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Начиная до t, уровни кислорода в отработавших газах, уровни детонации двигателя и температура двигателя находятся на более низких первых уровнях O, K и T соответственно. Таким образом, требуемое количество вторичной жидкости остается неизменным на более низком первом уровне D (график 506), и контроллер поддерживает количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, на более низком первом уровне F (график 502). Действительное расчетное количество впрыскиваемой вторичной жидкости также остается неизменным на более низком первом уровне M (график 504), эквивалентном D. В одном из вариантов осуществления низкий первый уровень D может приблизительно равняться нулю, а рабочие параметры двигателя могут достигать соответствующего порогового уровня до того как контроллер определяет, что требуется впрыск вторичной жидкости в цилиндры двигателя. В другом варианте осуществления может потребоваться впрыск вторичной жидкости в прямой зависимости от рабочих параметров двигателя. Например, температура двигателя должна достигать порогового уровня до того как контроллер определяет, что требуется впрыск вторичной жидкости. В другом примере контроллер может определять, что требуется впрыск вторичной жидкости, если обнаружен любой уровень детонации, или, в других случаях, детонация должна достигать первого порогового уровня K детонации до того как контроллер определяет, что требуется впрыск вторичной жидкости.
1
2
2
1
1
2
2
2
1
1
1
1
1
2
1
2
1
1
2
1
2
2
2
1
1
1
1
1
3
1
2
1
2
1
2
1
2
2
3
1
1
1
1
1
Во время t уровни кислорода в отработавших газах увеличиваются до более высокого второго уровня O (график 508), и контроллер определяет, что требуется впрыск второго количества D, большего, чем количество D. В ответ контроллер направляет команду увеличения количества впрыскиваемой вторичной жидкости с более низкого уровня F до более высокого второго уровня F (график 502). Действительное расчетное количество вторичной жидкости увеличивается с более низкого первого уровня до более высокого второго уровня М (график 504), эквивалентного более высокому второму количеству D. Как только содержание кислорода в отработавших газах возвращается к уровню, сходному с уровнем до времени t (например, О), требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости возвращается к первому более низкому уровню D, и количество впрыскиваемой вторичной жидкости возвращается к первому более низкому уровню Расчетное количество вторичной жидкости также возвращается к уровню, относительно эквивалентному D (например, М). Во время t уровни детонации увеличиваются с первого более низкого уровня К до более высокого второго уровня К. В результате контроллер определяет, что требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости следует увеличить с более низкого первого уровня D до более высокого второго уровня, и, вслед за этим, направляет команду для увеличения количества впрыскиваемой вторичной жидкости (направляя команду для топливных форсунок) на соответствующее количество с более низкого первого уровня D до более высокого второго уровня F. Действительное расчетное количество вторичной жидкости увеличивается с более низкого первого уровня M до более высокого второго уровня М, эквивалентного более высокому второму количеству D. Как только уровни детонации возвращаются к уровню, схожему с уровнем до времени t (например, К), требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости и количество впрыскиваемой вторичной жидкости, полученное от контроллера, возвращается к уровням, схожим с соответствующими более низкими первыми уровнями D и F. Расчетное количество вторичной жидкости также возвращается к уровню, относительно эквивалентному D (например, М). Во время t температура двигателя увеличивается с более низкой первой температуры T до более высокой второй температуры Т. Контроллер определяет, что требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости следует увеличить с более низкого первого уровня D до более высокого второго уровня D, и, вслед за этим, направляет команду для увеличения количества впрыскиваемой вторичной жидкости на соответствующее количество с F до F. Действительное расчетное количество вторичной жидкости увеличивается с более низкого первого уровня M до более высокого второго уровня М, эквивалентного более высокому второму количеству D. Как только температура двигателя возвращается к уровню, схожему с уровнем до времени t (например, Т), требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости возвращается к уровню, схожему с первым более низким уровнем D, и второе количество впрыскиваемой вторичной жидкости, заданное сигналом, возвращается к уровню, схожему с первым более низким уровнем F. Расчетное количество вторичной жидкости также возвращается к уровню, относительно эквивалентному D (например, M).
4
1
1
2
2
1
3
2
1
3
3
4
5
1
1
1
1
1
Перемещаясь вперед по шкале времени к времени t, как уровень детонации, таки и температура двигателя увеличивается с более низких первых уровней К и T соответственно до более высоких вторых уровней К и Т соответственно. В результате требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может увеличиваться с более низкого первого уровня D до более высокого третьего уровня D, который даже может превышать второй уровень D. Таким образом, одновременное увеличение температуры и детонации может потребовать использование большего количества вторичной жидкости по сравнению с независимым увеличением каждого из этих параметров в отдельности для уменьшения детонации. Увеличение действительного расчетного количества вторичной жидкости отражает увеличение требуемого количества. Таким образом, расчетное количество впрыскиваемой вторичной жидкости увеличивается с более низкого первого уровня M до более высокого второго уровня М, эквивалентного более высокому третьему количеству D. Как только температура двигателя и уровни детонации возвращаются к уровням, схожим с уровнями до времени t, во время t (например, T и К), требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости возвращается к уровню, схожему с первым более низким уровнем и второе количество впрыскиваемой вторичной жидкости, заданное сигналом, возвращается к уровню, схожему с первым более низким уровнем F. Расчетное количество вторичной жидкости также возвращается к уровню, относительно эквивалентному D (например, М).
5
2
2
3
3
5
Следует отметить, что до времени t действительное расчетное количество вторичной жидкости, как показано на графике 504, отражает требуемое вторичной жидкости, как показано на графике 506. Действительное расчетное количество вторичной жидкости определяется с помощью способа, раскрытого выше, на ФИГ. 2 и 3. Таким образом, действительное расчетное количество М вторичной жидкости - это то же самое количество, что и требуемое количество D вторичной жидкости, и, аналогично, значение М такое же, как и значение D. Однако после t на графике 500 проиллюстрировано регулирование количества впрыскиваемой вторичной жидкости с помощью контроллера, когда действительное расчетное количество впрыскиваемой вторичной жидкости отличается от требуемого количества, как указано выше в способе со ссылкой на ФИГ. 4.
6
1
2
1
2
1
2
4
2
4
2
2
3
7
2
3
4
2
2
3
6
1
1
1
1
1
Во время t температура двигателя увеличивается с более низкого первого уровня T до более высокого второго уровня Т (график 512). В результате, требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости увеличивается с более низкого первого количества D до более высокого второго количества D (график 506). Вслед за этим, контроллер увеличивает количество вторичной жидкости, впрыскиваемой топливными форсунками цилиндра двигателя, с более низкого первого уровня F до более высокого второго уровня F. Однако количество впрыскиваемой вторичной жидкости, которое в соответствии с расчетом должно быть действительным впрыскиваемым количеством, может быть количеством М, меньшим, чем требуемое количество D. Разность между расчетным количеством М впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством D может быть больше порогового значения разности. В ответ на эту разность между расчетным уровнем впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости контроллер может увеличить количество впрыскиваемой вторичной жидкости со второго уровня F до более высокого третьего уровня F (график 502) по время t. В соответствии с вышеуказанным раскрытием в способе со ссылкой на ФИГ. 4 контроллер может определять величину увеличения с F до F на основе величины разности между расчетным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством. В одном из вариантов осуществления увеличение может быть пропорциональным разности между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством. В другом варианте осуществления величина разности между М и D может достигать порогового значения разности, которое определяет величину увеличения с F до F (см. способ на ФИГ. 4). Как только температура двигателя возвращается к уровню, схожему с уровнем до времени t (например, Т), требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости возвращается к уровню, схожему с первым более низким уровнем D, и второе количество впрыскиваемой вторичной жидкости, заданное сигналом, возвращается к уровню, схожему с первым более низким уровнем F. Расчетное количество вторичной жидкости также возвращается к уровню, относительно эквивалентному D (например, M).
8
1
2
1
2
1
2
5
2
2
4
4
1
4
1
4
1
2
4
2
4
5
2
2
4
8
1
1
1
1
1
Затем, во время t детонация двигателя увеличивается с более низкого первого уровня К до более высокого второго уровня К. В ответ контроллер может определять, что требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости следует увеличить с более низкого первого количества D до более высокого второго количества D. Вслед за этим, контроллер направляет команду топливным форсункам для увеличения количества впрыскиваемой вторичной жидкости с более низкого уровня F до более высокого второго уровня F (график 502). Однако действительной количество впрыскиваемой вторичной жидкости, рассчитанное на основе выходных данных датчика кислорода в отработавших газах, может быть количеством М, превышающим требуемое количество D на пороговое количество. В ответ на эту разность между действительным расчетным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости контроллер уменьшает задаваемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости с более высокого второго уровня F до более низкого четвертого уровня F, который приблизительно может быть равен нулю. Например, F в сущности может быть тем же самым, что и F. В другом варианте осуществления F может быть больше, чем F. В другом варианте осуществления F может быть меньше, чем F. В соответствии с вышеуказанным раскрытием в способе со ссылкой на ФИГ. 4 контроллер может определять величину уменьшения с F до F на основе величины разности между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством. В одном из вариантов осуществления снижения с F до F может быть пропорциональным разности между действительным количеством впрыскиваемой вторичной жидкости и требуемым количеством. В другом варианте осуществления величина разности между М и D может достигать порогового значения разности, которое определяет величину увеличения с F до F в соответствии с более подробным раскрытием в способе со ссылкой на ФИГ. 4. Как только уровень детонации двигателя возвращается к уровню, схожему с уровнем до времени t (например, К) требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости возвращается к уровню, схожему с первым более низким уровнем D, и второе количество впрыскиваемой вторичной жидкости, заданное сигналом, возвращается к уровню, схожему с первым более низким уровнем F. Расчетное количество вторичной жидкости также возвращается к уровню, относительно эквивалентному D (например, М).
На графике 500 проиллюстрировано, как контроллер может регулировать количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. Контроллер может увеличивать количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, в ответ на увеличение температуры двигателя, детонацию двигателя или содержание кислорода в отработавших газах. Если расчетное количество впрыскиваемой вторичной жидкости не совпадает с требуемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости, контроллер может регулировать количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, до тех пор, пока разность между расчетным и требуемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости не установится на уровне меньше порогового значения разности. В одном из примеров пороговая разность может возникать с сохраняться в течение некоторого периода времени до того как контроллер выполнит регулировку количества впрыскиваемой вторичной жидкости, период времени включает в себя одно или более из следующего: некоторое количество циклов двигателя, некоторый промежуток времени или продолжительность использования двигателя. Дополнительно, требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может основываться рабочих условиях двигателя, включая одно или более таких условий, как детонация двигателя, температура двигателя, количество отработавших газов в цилиндре двигателя и содержание кислорода в отработавших газах.
Что касается ФИГ. 6, проиллюстрирован способ 600 для определения содержания воды во вторичной жидкости, используемой для впрыска в цилиндр двигателя. Когда уровень вторичной жидкости во вторичном баке для жидкости мал или ниже нижнего порогового уровня, пользователь может долить вторичную жидкость, когда двигатель не запущен. Однако вторичные жидкости различных марок или используемые в различных географических регионах могут иметь разное содержание воды (например, различные соотношения воды к метанолу). В соответствии с вышеуказанным, количество впрыскиваемой вторичной жидкости может основываться на требуемом количестве впрыскиваемой воды для предотвращения детонационного сгорания или основываться на дополнительных рабочих условиях двигателя. Таким образом, количество вторичной жидкости, используемое для впрыска в цилиндры двигателя, может нуждаться в регулировки при использовании вторичных жидкостей с разным содержанием воды для того чтобы обеспечить впрыск подходящего количества воды для рабочих условий двигателя. Таким образом, принятие во внимание концентрации воды любой доливаемой вторичной жидкости может оказаться полезным при определении требуемого количества вторичной жидкости, которое необходимо впрыскивать в двигатель, в соответствии с раскрытием со ссылкой на ФИГ. 4. Инструкции для осуществления способа 600 могут храниться в запоминающем устройстве контроллера (например, чип 106 постоянного запоминающего устройства контроллера 12, как показано на ФИГ. 1). Таким образом, контроллер может осуществлять способ 600 на основе сигналов, получаемых от различных датчиков двигателя.
Способ 600 начинается с шага 602, на котором контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) рассчитывает и/или измеряет рабочие условия двигателя на основе обратной связи от множества датчиков двигателя. Рабочие условия двигателя могут включать в себя частоту вращения и нагрузку двигателя, температуру двигателя, температуру отработавших газов, детонацию, концентрацию кислорода в отработавших газах и т.д. На основе рабочих условий двигателя контроллер затем определяет, произошло ли событие долива вторичной жидкости с момента последнего расчета содержания воды во вторичной жидкости. В одном из примеров для того чтобы определить, произошло ли событие долива, контроллер может сравнить количество вторичной жидкости, находящейся во вторичном баке для жидкости (например, бак 76) с последним расчетом количества вторичной жидкости. Поскольку пользователь может доливать вторичную жидкость, когда двигатель не запущен, в одном из вариантов осуществления контроллер может рассчитывать количество вторичной жидкости во вторичном баке для жидкости каждый раз, когда выполняется запуск двигателя. Например, вторичный бак для жидкости может включать в себя датчик уровня жидкости. В другом варианте осуществления контроллер может рассчитывать количество вторичной жидкости во вторичном баке для жидкости по истечении периода времени с момента последнего расчета количества имеющейся вторичной жидкости. Периодом времени может быть промежуток времени, количество циклов двигателя или количество запусков двигателя. Если количество вторичной жидкости меньше порогового количества и отличается от последнего расчета имеющегося количества вторичной жидкости, то контроллер может определять, что событие долива не происходило, и перейти к шагу 606. На шаге 606 контроллер может использовать ранее определенный расчет содержания воды во вторичной жидкости (например, доля воды во вторичной жидкости) для определения требуемого количества вторичной жидкости, которое необходимо впрыскивать в цилиндры двигателя, как указано выше в способе со ссылкой на ФИГ. 4.
Если контроллер определяет, что произошло событие долива вторичной жидкости с момента расчета содержания воды во вторичной жидкости, то способ может перейти к шагу 608. На шаге 608 контроллер может впрыснуть известную долю вторичной жидкости в цилиндр двигателя. Известной долей вторичной жидкости может быть доля впрыскиваемой вторичной жидкости в общем количестве впрыскиваемой жидкости для одного события впрыска в цилиндр двигателя. Например, общее количество впрыскиваемой жидкости может включать в себя количество вторичной жидкости и количество первичного топлива, или может включать в себя только вторичную жидкость (в которой доля вторичной жидкости составляет 100%). В одном из примеров в цилиндр двигателя может впрыскиваться 60% вторичной жидкости и 40% первичного топлива. Может впрыскиваться любое соотношение вторичной жидкости к первичному топливу, при условии, что доля вторичной жидкости больше нуля.
На шаге 610 способ может включать в себя определение общей концентрации воды в отработавших газах вслед за впрыском известной доли вторичной жидкости в цилиндр двигателя. Способ на шаге 610 может выполняться в соответствии со способом, обозначенным со ссылкой на ФИГ. 3, в соответствии с вышеуказанным раскрытием. Например, после впрыска известной доли вторичного топлива в цилиндр двигателя способ может включать в себя увеличение опорного напряжения датчика кислорода (например, датчик кислорода в отработавших газах) с более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения и определять изменение тока накачки между первым и вторым опорным напряжением. Изменение тока накачки затем может преобразовываться в общую концентрацию воды в отработавших газах от сгорания доли вторичной жидкости. Другими словами, изменение тока накачки на шаге 610 может представлять общее количество воды в отработавших газах.
Способ продолжается с переходом к шагу 612 для определения количества воды во вторичной жидкости на основе общей концентрации воды в отработавших газах, определенной на шаге 610, доли вторичной жидкости, впрыснутой на шаге 608, и концентрации воды (например, состав или доля) в первичном топливе. Концентрация воды в первичном топливе может быть известным и постоянным значением, основанным на типе топлива. Таким образом, концентрация воды в первичном топливе может храниться в памяти контроллера. В другом примере контроллер может находить сохраненное значение концентрации воды в первичном топливе на основе типа первичного топлива. Способ на шаге 612 может включать в себя определение содержания воды во вторичной жидкости, используя следующую зависимость:
,
2
2
2
где HO_SF - это содержание воды во вторичной жидкости, HO_total - это общая концентрация воды в отработавших газах (определенная на шаге 610), HO_primary - это концентрация воды в первичном топливе и SF_frac - это доля вторичной жидкости, впрыснутой на шаге 608. Доля воды во вторичной жидкости затем может использоваться для определения доли другим составных компонентов во вторичной жидкости. Например, если вторичная жидкость - это жидкость стеклоомывателя, состоящая из воды и метанола, то определенная доля воды во вторичной жидкости затем может использоваться для определения доли метанола во вторичной жидкости. Способ на шаге 612 может включать в себя сохранение определенной доли воды во вторичном топливе в запоминающем устройстве контроллера (например, в справочной таблице).
После определения содержания воды во вторичной жидкости выполнение способа продолжается с переходом к шагу 614 для регулировки количества впрыскиваемой вторичной жидкости на основе определенной концентрации воды во вторичной жидкости в способе 400 со ссылкой на ФИГ. 4. Например, способ на шаге 408 может включать в себя нахождение в запоминающем устройстве контроллера последнего сохраненного значения содержания воды во вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. Например, если содержание воды во вторичной жидкости уменьшилось с момента предыдущего расчета, требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости, определенное в соответствии со способом 400, может быть больше, чем предыдущее количество. Аналогично, если содержание воды во вторичной жидкости увеличилось с момента предыдущего расчета, требуемое количество впрыскиваемой вторичной жидкости может быть меньше, чем предыдущее количество. Таким образом, оптимальное количество воды для текущих рабочих условий двигателя может определяться и использоваться для большего контроля двигателя, включая уменьшение детонационного сгорания, при этом также уменьшая разбавление моторного масла.
Таким образом, способ может включать в себя регулировку количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, до требуемого количества, впрыскиваемого в двигатель, такой как двухтопливный двигатель. Требуемое количество вторичной жидкости может для впрыска в цилиндр двигателя может определяться различными рабочими условиями двигателя, такими как детонация двигателя, температура двигателя, количество отработавших газов в цилиндре двигателя и содержание кислорода в отработавших газах. Требуемое количество вторичной жидкости может также основываться на содержании воды во вторичной жидкости. В одном из примеров содержание воды во вторичной жидкости может основываться на выходных данных датчика кислорода в отработавших газах переменного напряжения (ПН) при впрыске известной доли вторичной жидкости в цилиндр двигателя. В частности, количество впрыскиваемой вторичной жидкости может регулироваться на основе доли воды во вторичной жидкости, доля воды во вторичной жидкости основывается на изменении тока накачки датчика кислорода в отработавших газах между первым и вторым опорным напряжением, когда известное соотношение вторичной жидкости к топливу впрыскивается в цилиндр двигателя после события долива вторичной жидкости.
Расчет действительного количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, может определяться на основе обратной связи от датчика кислорода в отработавших газах ПН. Во-первых, возможно выполнение расчета концентрации воды в отработавших газах путем регулировки опорного напряжения датчика кислорода переменного напряжения между более низким первым напряжением, при котором не происходит диссоциации воды в датчике, и более высоким вторым напряжением, при котором происходит диссоциация воды в датчике, и сравнения соответствующих токов накачки. Во-вторых, возможен расчет концентраций воды в отработавших газах при двух различных условиях, одно из которых - когда только первичное топливо впрыскивается в цилиндр двигателя, и второе - когда как первичное топливо, так и вторичная жидкость впрыскиваются в цилиндр двигателя. Путем сравнения двух концентраций воды возможен расчет действительного количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя. Технический результат достигается путем регулировки количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, до более близкого совпадения с требуемым количеством на основе рабочих параметров двигателя. Количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, регулируется на основе разности между расчетным количество впрыскиваемой вторичной жидкости, полученным на основе выходных данных датчика кислорода, и требуемым количеством впрыскиваемой вторичной жидкости, определенным рабочими условиями двигателя. В результате количество впрыскиваемой вторичной жидкости может контролироваться с большей точностью до уровня, который позволяет уменьшить детонацию, при этом также уменьшая образование конденсата в цилиндре. В частности, детонацию в двигателе можно уменьшить путем увеличения количества впрыскиваемой вторичной жидкости, если расчетное количество вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндры двигателя, меньше, чем требуемое количество (например, меньше определенного требуемого количества). Кроме того, возможно предотвращение условий, при которых происходит разбавление масла водой или вода конденсируется в цилиндре двигателя путем уменьшения количества впрыскиваемой вторичной жидкости, если расчетное количество превышает требуемое количество. Таким образом, путем более точного измерения количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, количество впрыскиваемой вторичной жидкости может регулироваться с достижением более точного совпадения с требуемым количеством, которое уменьшает детонацию, разбавление масла и конденсацию воды в двухтопливном двигателе, таким образом, предотвращая ухудшение состояния двигателя.
В другом представлении способ для двигателя содержит: во время первого условия, когда только первое топливо впрыскивается в цилиндр двигателя, использование датчика кислорода в отработавших газах для определения первой концентрации воды в отработавших газах; во время второго условия, когда первое топливо и вторичная жидкость впрыскивается в цилиндр двигателя, использование датчика кислорода в отработавших газах для определения второй концентрации воды в отработавших газах, и регулировку количества вторичной жидкости, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на основе первой концентрации воды и второй концентрации воды.
Следует отметить, что примерное управление и алгоритмы расчета, указанные в настоящем документе, могут использоваться с различными конфигурациями двигателей и/или системами автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящем документе, могут сохраняться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться системой управления, включая 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, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут пропускаться. Точно так же, указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ, описываемых в настоящем документе вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память 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 объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.