СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ С СИСТЕМОЙ ДВОЙНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF CONTROLLING ENGINE WITH DUAL FUEL INJECTION SYSTEM (VERSIONS)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА на РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Настоящая патентная заявка притязает на приоритет по предварительной заявке на патент США, №62/186171, под названием «Способ и система управления впрыском топлива во впускные каналы», поданной 29 июня 2015 г.; полный текст этой предварительной заявки включен для любого использования в содержание настоящего описания посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системам и способам регулировки работы двигателя внутреннего сгорания, содержащего форсунки впрыска топлива под высоким давлением - как впрыска во впускные каналы, так и прямого впрыска.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ и СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Системы Прямого Впрыска ПВ (DI) топлива обеспечивают некоторые преимущества перед системами впрыска топлива во впускные каналы. Например, системы прямого впрыска топлива могут улучшать охлаждение заряда цилиндра, так что цилиндры двигателя могут работать при более высоких степенях сжатия, не вызывая нежелательных перебоев в работе двигателя. Однако форсунки прямого впрыска могут оказаться не в состоянии обеспечить требуемую подачу топлива в цилиндр при повышенных частотах вращения и нагрузках двигателя, так как время такта цилиндра сокращается, и этого времени может не хватить для впрыскивания требуемого количества топлива. Соответственно, двигатель может развивать меньшую мощность, чем требуется при повышенных частотах вращения двигателя (ЧВД) и нагрузках. Кроме того, системы прямого впрыска могут быть более склонны к выбросам твердых частиц. В отличие от упомянутых систем, системы впрыска во впускные каналы могут обеспечить улучшенное смешивание и меньшую дымность при небольших нагрузках. В результате, обе топливные системы могут быть включены в систему двигателя, чтобы использовать преимущества обоих типов впрыска.
В попытке снизить выбросы твердых частиц и разжижение масла топливом были разработаны системы прямого впрыска очень высокого давления. Например, если характеристические максимальные давления прямого впрыска находятся в пределах 150 бар, системы ПВ (DI) повышенного давления могут работать в диапазоне 250-800 бар, используя поршневой высоконапорный насос с механическим приводом от двигателя через кулачковый вал. В двигателях, оснащенных системами двойного впрыска, то есть в двигателях, использующих оба вида топливных форсунок - для впрыска во впускные каналы и в цилиндры, - топливо из топливного бака может быть закачано и в Топливный Высоконапорный Насос ТВН (HPFP) прямого впрыска, и в топливную рампу впрыска во впускные каналы. Чтобы снизить сложность оборудования, топливо может подаваться в топливную рампу впрыска во впускные каналы или через ТВН (HPFP), или через ответвление до насоса, таким образом, снижается надобность в специальном насосе для топливной рампы впрыска во впускные каналы.
Однако одна из проблем, связанных с конструкциями таких систем двойного впрыска топлива, заключается в том, что при отсутствии потока топлива через систему впрыска во впускные каналы (то есть когда разрешен только прямой впрыск) в указанной системе могут образовываться пары топлива. Это может привести к ошибкам подачи топлива и работе с бедной смесью при разрешенном впрыске во впускные каналы.
Проблемы, описанные выше, могут быть решены в одном из примеров применением для двигателя, содержащего систему двойного впрыска топлива, способа, включающего следующие шаги: топливным высоконапорным насосом, приводимым от двигателя, подают топливо под давлением в топливную рампу впрыска во впускные каналы, а также в топливную рампу прямого впрыска; и в режиме без неисправности системы впрыска топлива (например, при любых условиях работы прогретого двигателя в режиме без неисправности) подают в двигатель топливо путем впрыска во впускные каналы по меньшей мере некоторого дозированного минимального количества топлива, большего нуля, на каждый цикл горения. Таким образом может быть снижено образование горячих паров топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы.
Один пример: система двигателя может содержать топливную систему, в которую входит топливный высоконапорный насос с приводом от двигателя, подающий топливо как в топливную рампу прямого впрыска, так и в топливную рампу впрыска во впускные каналы. Когда топливная система работает в режиме без неисправности (то есть когда ни один из элементов топливной системы не поврежден), во всех непусковых диапазонах условий работы прогретого двигателя, впрыском во впускные каналы в двигатель может подаваться по меньшей мере некоторое дозированное минимальное количество топлива (например по меньшей мере 10%). Далее, в процессе эксплуатации двигателя по меньшей мере это дозированное количество топлива может подаваться впрыском во впускные каналы даже при изменении ЧВД/нагрузок. Остальная часть требуемого топлива может подаваться прямым впрыском. В результате могут быть получены непусковые режимы работы двигателя, когда двигатель эксплуатируется с частичным прямым впрыском или без прямого впрыска (только с впрыском во впускные каналы). И даже в тех случаях, когда запрашивается подача топлива только прямым впрыском (например, в области высоких ЧВД/нагрузок, где для двигателя существует детонационный предел), потребность в топливе удовлетворяют подачей этого дозированного минимального количества топлива во впускные каналы двигателя и затем подачей остального объема топлива преимущественно прямым впрыском. Например, при горячем запуске двигателя подача топлива может осуществляться только впрыском во впускные каналы. В области низких ЧВД/низких нагрузок, двигатель может эксплуатироваться с подачей дозированного минимального количества топлива во впускные каналы и подачей основного объема топлива прямым впрыском. Затем, в области высоких ЧВД/низких нагрузок, в подаче топлива в двигатель может осуществляться переход к впрыску большей части топлива во впускные каналы и вводу меньшей части прямым впрыском. В области от средних до высоких нагрузок, в подаче топлива в двигатель может осуществляться обратный переход к впрыску дозированного минимального количества топлива во впускные каналы и вводу остальной части топлива прямым впрыском. Далее, в области высоких ЧВД/высоких нагрузок может осуществляться переход к впрыску меньшей части топлива (но большей дозированного минимального количества) во впускные каналы и большей части -прямым впрыском. В принципе, дозированное минимальное количество может быть откалибровано для удержания температуры топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы ниже температуры, вызывающей образование горячих паров, например, ниже примерно 100°С, в зависимости от типа топлива и давления всасывающего насоса. Следует понимать, что когда двигатель эксплуатируется в режиме неисправности, топливо в двигатель может подаваться с другим профилем подачи, причем профиль в таком режиме выбирается с учетом того, какой элемент неисправен.
Таким образом, могут быть снижены ошибки подачи топлива из-за парообразования в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Технический эффект малой подачи по меньшей мере дозированного минимального количества топлива через топливную рампу впрыска во впускные каналы, даже когда преимущественно подают топливо в двигатель прямым впрыском, заключается в том, что температура топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы может сохраняться на достаточно низком уровне. В результате снижается кипение топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Кроме того, отпадает необходимость во встроенном в топливную рампу впрыска во впускные каналы температурном датчике. В принципе, это обеспечивает выгоду сокращения числа элементов. Кроме того, благодаря сохранению подачи по меньшей мере дозированного минимального количества топлива при любых условиях эксплуатации двигателя, в частности при изменении ЧВД/нагрузок, упрощается и удешевляется регулирование температуры.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На ФИГ. 1 схематически представлен пример осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
На ФИГ. 2 схематически представлен пример осуществления топливной системы, выполненной для впрыска под высоким давлением во впускные каналы и прямого впрыска под высоким давлением; система может использоваться с двигателем ФИГ. 1.
На ФИГ. 3A-3B представлена блок-схема способа регулирования части топлива, впрыскиваемой во впускные каналы, при изменении условий эксплуатации двигателя; регулирование осуществляется независимо от температуры в топливной рампе в случае, когда элементы топливной системы не повреждены.
На ФИГ. 4 представлен пример диаграммы дозирования впрыска во впускные каналы.
На ФИГ. 5 представлен пример регулирования части топлива, подаваемого впрыском во впускные каналы, - для снижения образования горячих паров топлива.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее подробное описание раскрывает информацию, относящуюся к системе двойного впрыска топлива и способу снижения образования паров топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Пример осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания представлен на ФИГ. 1, в то время как на ФИГ. 2 представлен пример топливной системы, которая может использоваться с двигателем ФИГ. 1. Контроллер может быть выполнен для отработки программы управления, например программы ФИГ. 3A-3B, для регулировки количества топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, в зависимости от ЧВД/нагрузок двигателя, определяемых вводами согласно диаграмме дозирования (ФИГ. 4) и независимо от температуры в топливной рампе, - с целью снижения образования паров топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Пример регулирования впрыска во впускные каналы представлен на ФИГ. 5.
Оговорим сквозное использование терминологии в данном подробном описании; высоконапорный насос, или насос прямого впрыска, может обозначаться с использованием следующих аббревиатур: насос ПВ (DI) или насос ВД (HP). Аналогично, насос низкого давления, или всасывающий насос, может обозначаться с использованием следующей аббревиатуры: насос НД (LP). Впрыск топлива во Впускные Каналы может обозначаться аббревиатурой ВВК (PFI), в то время как прямой впрыск может обозначаться аббревиатурой ПВ (DI). Кроме того, Давление в Топливной Рампе, или величина давления топлива внутри топливной рампы, может обозначаться аббревиатурой ДТР (FRP). Далее, механически управляемый впускной обратный клапан регулировки подачи топлива в насос ВД (HP) может также называться делительным клапаном. Как будет подробнее раскрыто ниже, насос ВД (HP), в котором давление регулируется механически, без использования электронноуправляемого впускного клапана, может называться механически управляемым насосом ВД (HP), или насосом ВД (HP) с механической регулировкой давления. Механически управляемые насосы ВД (HP), хотя в них и не используются электронноуправляемые впускные клапаны для регулирования объема подаваемого топлива, могут обеспечивать одно или несколько дискретных значений давления в зависимости от электронного выбора режима.
На ФИГ. 1 представлен пример камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, включающей контроллер 12, и посредством ввода команд водителем 130 транспортного средства через устройство ввода 132. В данном примере устройство ввода 132 содержит педаль акселератора и датчик 134 Положения Педали для генерирования сигнала ПП (РР), пропорционального смещению педали. Цилиндр (в настоящем описании также называемый "камерой сгорания") 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным внутри поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через трансмиссионную систему. Далее, стартерный двигатель (не показан) может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для обеспечения возможности запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух из ряда впускных воздуховодов 142, 144 и 146. Впускной воздуховод 146 может соединяться с другими цилиндрами двигателя 10, кроме цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления один или несколько впускных каналов могут содержать устройство наддува, например нагнетатель или турбонагнетатель. К примеру, на ФИГ. 1 представлен двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142, 144 и выхлопной турбиной 176, размещенной по ходу газоотводного канала 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере частично, приводиться от выхлопной турбины 176 через вал 180, если устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако в других примерах, например, когда двигатель 10 снабжен нагнетателем, выхлопная турбина 176 может опционно отсутствовать, а компрессор 174 может приводиться механически от приводного мотора или от двигателя. Дроссель 162, включающий дроссельную заслонку 164, может быть расположен во впускном канале двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или может альтернативно быть расположен выше по потоку от компрессора 174.
Газоотводный канал 148 может получать отработавшие газы от других цилиндров двигателя 10, помимо цилиндра 14. Датчик 128 выхлопных газов показан соединенным с газоотводным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 очистки выхлопных газов. Датчик 128 может быть выбран из разного рода датчиков, подходящих для выдачи значений соотношения воздух-топливо в выхлопных газах, например, это может быть линейный кислородный датчик, или УКВГ (UEGO - Универсальный, или широкодиапазонный, датчик содержания Кислорода в Выхлопных Газах), бистабильный кислородный датчик, или КВГ (EGO) (как показано), ПКВГ (HEGO - Подогреваемый КВГ), датчики оксидов азота NOx, углеводородов НС или окиси углерода СО. Устройство 178 очистки выхлопных газов может представлять собой ТрехХодовое Каталитическое ТХК (TWC) устройство, ловушку NOx, различные другие устройства очистки выхлопных газов или их комбинации.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан содержащим по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенные в верхней части цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 с помощью исполнительного механизма 152. Аналогично, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 с помощью исполнительного механизма 154. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые исполнительным механизмам 152 и 154 для управления открытием и закрытием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положения впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 могут определяться соответственными датчиками положения клапанов (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут быть электрическими, или кулачковыми, или комбинациями тех и других. Установки фаз распределения впускных и выпускных клапанов могут управляться параллельно или могут быть использованы любые из возможных вариантов: регулирование фаз впускных кулачков, регулирование фаз выпускных кулачков, сдвоенное независимое регулирование фаз кулачков или фиксированная установка фаз кулачков. Каждая система кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько систем Переключателей Профиля Кулачка ППК (CPS), Регулирования Фаз Кулачков РФК (VCT), Регулирования Фаз Клапанного Распределения РФКР (VVT) и/или Регулирования Подъема Клапанов РПК (VVL), - которые могут управляться контроллером 12 регулирования работы клапанов. Например, цилиндр 14 может альтернативно содержать впускной клапан, управляемый электрическим клапанным приводом, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом, включающим системы ППК (CPS) и/или РФК (VCT). В других вариантах осуществления впускные и выпускные клапаны могут управляться общим клапанным приводом/приводной системой, или приводом/приводной системой регулирования фаз клапанного распределения.
Цилиндр 14 может давать ту или иную степень сжатия, равную отношению объема рабочего тела при нахождении поршня 138 в нижней мертвой точке к объему в верхней мертвой точке. В одном из примеров степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых случаях, при использовании других видов топлива, степень сжатия может быть повышена. Это может иметь место, например, при использовании высокооктанового топлива или топлива с высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может быть повышена также при использовании прямого впрыска благодаря его влиянию на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициирования горения. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры сгорания 14, используя свечу 192 зажигания, управляемую сигналом Опережения Зажигания ОЗ (SA) от контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, если двигатель 10 может инициировать горение путем самовоспламенения или посредством впрыска топлива, как это может иметь место в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими топливными форсунками для подачи топлива в цилиндр. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 показан содержащим две топливные форсунки 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены для подачи топлива, полученного из топливной системы 8. Как показано на ФИГ. 2, топливная система 8 может содержать один или несколько топливных баков, один или несколько топливных насосов и одну или несколько топливных рамп. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 14 для впрыска топлива прямо в цилиндр пропорционально Ширине Импульса Впрыска Топлива ШИВТ-1 (FPW-1), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемый «прямой впрыск» (далее обозначаемый ПВ "DI") топлива в цилиндр 14. На ФИГ. 1 показана форсунка 166, расположенная сбоку цилиндра 14, но она может быть альтернативно расположена над поршнем, например около свечи 192 зажигания. Такое положение может улучшить смешивание и горение при работе двигателя на спиртовом топливе из-за меньшей летучести некоторых видов топлива на спиртовой основе. Альтернативно, форсунка может быть расположена над впускным клапаном и вблизи от него, - чтобы улучшить смешивание. Топливо может подаваться к топливной форсунке 166 из топливного бака системы 8 через топливный высоконапорный насос и топливную рампу. Далее, топливный бак может содержать датчик давления, выдающий сигнал контроллеру 12.
Топливная форсунка 170 показана расположенной, скорее, во впускном канале 146, чем в цилиндре 14, - в компоновке, обеспечивающей так называемый «впрыск топлива во впускной канал» (далее обозначаемый ВТВК "PFI"), причем во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо, полученное из топливной системы 8, пропорционально Ширине Импульса Впрыска Топлива ШИВТ-2 (FPW-2), поступившего от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Заметим, что для обеих систем впрыска топлива может использоваться один драйвер 168 или 171 - или могут использоваться несколько драйверов, например, как показано, драйвер 168 для топливной форсунки 166 и драйвер 171 для топливной форсунки 170.
В одном из альтернативных примеров обе топливные форсунки, 166 и 170, могут быть выполнены как форсунки прямого впрыска для впрыскивания топлива непосредственно в цилиндр 14. В еще одном примере обе топливные форсунки, 166 и 170, могут быть выполнены как топливные форсунки впрыска во впускные каналы для впрыскивания топлива выше по потоку от впускного клапана 150. В других примерах цилиндр 14 может содержать только одну топливную форсунку, выполненную для приема разных видов топлива из топливных систем в переменных относительных количествах в виде топливной смеси и дополнительно выполненную для впрыскивания этой топливной смеси или непосредственно в цилиндр - в качестве топливной форсунки прямого впрыска, или выше по потоку от впускных клапанов - в качестве топливной форсунки впрыска во впускные каналы. В принципе, следует понимать, что топливные системы, раскрытые в настоящем описании, не ограничиваются конкретными вариантами топливных форсунок, раскрытых в настоящем описании в качестве примеров.
Топливо может подаваться в цилиндр обеими форсунками в ходе одного цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть общего количества впрыскиваемого топлива, которое сжигается в цилиндре 14. Далее, распределение топлива и/или относительное количество топлива, подаваемого каждой форсункой, могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации, например от нагрузки двигателя, от наличия детонации и от температуры отработавших газов, - в частности так, как раскрыто ниже в настоящем документе. Во впускные каналы топливо может подаваться при открытых впускных клапанах, закрытых впускных клапанах (например, существенно до такта впуска, скажем, в ходе такта выпуска), а также при работе как с открытыми, так и с закрытыми впускными клапанами. Аналогично, прямым впрыском топливо может подаваться, например, в такте впуска, а также, частично, в предшествующем такте выпуска; в такте впуска и, частично, в такте сжатия. В принципе, даже для одного эпизода горения впрыскиваемое топливо может впрыскиваться «канальной» и «прямой» форсунками в различные моменты. Далее, в ходе одного эпизода горения, в одном цикле может быть выполнено несколько впрысков подаваемого топлива. Эти несколько впрысков могут быть выполнены в такте сжатия, в такте впуска или в любой подходящей их комбинации.
Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. В принципе, подобным же образом каждый цилиндр может содержать свой собственный набор элементов, включающий впускные/выпускные клапаны, топливную форсунку(форсунки), свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее число цилиндров, в частности 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более цилиндров. Далее, каждый из этих цилиндров может содержать некоторые или все разнообразные элементы, раскрытые и показанные на ФИГ. 1 со ссылкой на цилиндр 14.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. В частности, они могут различаться размерами, например, одна форсунка может иметь большее отверстие для впрыска, чем другая. К другим различиям относятся, но не ограничительно, углы струи, рабочие температуры, ориентации, моменты впрыска, характеристики струи, места размещения и т.д. Кроме того, разные эффекты могут быть получены в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива между форсунками 170 и 166.
Топливные баки топливной системы 8 могут содержать разные виды топлива, то есть виды топлива, различающиеся качественными характеристиками и составом. К числу этих различий могут относиться разные содержания спирта, разные содержания воды, разные октановые числа, разные величины теплоты парообразования, разные составы топливной смеси и/или комбинации вышеперечисленных различий и т.д. В одном из примеров разные виды топлива, характеризуемые различными значениями теплоты парообразования, могут включать бензин в качестве первого вида топлива с меньшей теплотой парообразования и этанол в качестве второго вида топлива с более высокой теплотой парообразования. В другом примере двигатель может потреблять бензин в качестве первого вида топливо и спиртосодержащую топливную смесь, например Е85 (содержащую приблизительно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (содержащую приблизительно 85% метанола и 15% бензина). К другим веществам, которые можно использовать, относятся вода, метанол, водно-спиртовая смесь, водно-метаноловая смесь, спиртовые смеси и т.д.
В еще одном примере оба вида топлива могут быть спиртовыми смесями с меняющимся сочетанием спиртов, причем первым видом топлива может быть бензино-спиртовая смесь с меньшей концентрацией спирта, например Е10 (в которой приблизительно 10% этанола), тогда как вторым видом топлива может быть бензино-спиртовая смесь с более высокой концентрацией спирта, например Е85 (в которой приблизительно 85% этанола). Кроме того, первый и второй виды топлива могут также различаться другими топливными характеристиками, например температурой, вязкостью, октановым числом и т.д. Помимо этого, характеристики топлива одного или обоих топливных баков могут часто изменяться, например, вследствие повседневных изменений из-за доливки баков.
Контроллер 12 на ФИГ. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного долговременного запоминающего устройства 110 (ПЗУ) для хранения исполняемых инструкций, оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика ДВК можно использовать для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков ФИГ. 1 (и ФИГ. 2) и использует различные исполнительные механизмы ФИГ. 1 (и ФИГ. 2) для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера.
На ФИГ. 2 схематически представлен пример 200 осуществления топливной системы, например топливной системы 8 ФИГ. 1. Топливная система 200 может использоваться для подачи топлива в двигатель, например в двигатель 10 ФИГ. 1. Топливная система 200 может управляться контроллером для выполнения некоторых или всех операций, раскрытых со ссылкой на схему техпроцесса ФИГ.3.
Топливная система 200 содержит топливный бак 210 для хранения топлива на борту транспортного средства, топливный Насос Низкого Давления ННД (LPP) 212 (в настоящем описании также называемый: всасывающий топливный насос 212), и топливный Высоконапорный Насос ВН (НРР) 214 (в настоящем описании также называемый: нагнетательный топливный насос 214). Топливо может подаваться в топливный бак 210 через заправочный топливопровод 204. В одном из примеров ННД (LPP) 212 может представлять собой топливный насос низкого давления с электроприводом, расположенный, по меньшей мере частично, в топливном баке 210. ННД (LPP) 212 может управляться контроллером 222 (например, контроллером 12 ФИГ. 1) для подачи топлива в ВН (НРР) 214 через топливопровод 218. ННД (LPP) 212 может быть выполнен как устройство, которое может называться «всасывающий топливный насос». Один пример: ННД (LPP) 212 может представлять собой турбонасос (например, центробежный насос), содержащий электропривод (например, электродвигатель постоянного тока) насоса, причем повышение напора насоса и/или объемного расхода через насос может регулироваться путем изменения электрической мощности питания привода насоса, то есть путем увеличения или уменьшения частоты вращения двигателя. Например, величина объемного расхода и/или напора всасывающего насоса может быть уменьшена в результате снижения контроллером электрической мощности питания всасывающего насоса 212. Но объемный расход и/или напор насоса могут быть и повышены путем увеличения электрической мощности питания всасывающего насоса 212. Один пример: электроэнергия, подводимая к приводу всасывающего топливного насоса, может быть получена от генератора переменного тока или другого источника энергии на борту транспортного средства (не показан), причем система управления может регулировать электрическую нагрузку, то есть мощность, используемую для питания всасывающего топливного насоса. Таким образом, путем изменения напряжения и/или тока питания топливного насоса низкого давления регулируют расход и давление топлива, подаваемого на вход топливного высоконапорного насоса 214.
ННД (LPP) 212 может быть гидравлически соединен с фильтром 217, способным удалять содержащиеся в топливе мелкие частицы загрязнений, которые потенциально представляют опасность неисправности элементов топливной системы. Обратный клапан 213, который способен облегчать подачу топлива и поддерживать давление в топливопроводе, может быть, расположен выше по потоку от фильтра 217. При наличии обратного клапана 213 выше по потоку от фильтра 217, эластичность топливопровода низкого давления 218 может быть повышена, так как фильтр может физически иметь большой объем. Кроме того, редукционный клапан 219 может быть использован для ограничения давления топлива в топливопроводе низкого давления 218 (например, на выходе всасывающего насоса 212). Редукционный клапан 219 может содержать пружинно-шариковый механизм, который, например, при заданном перепаде давлений закрыт и обеспечивает герметизацию. В качестве перепада давлений, при котором редукционный клапан 219 может быть открыт, могут быть установлены те или иные подходящие величины; неограничивающими примерами таких установок могут быть 6,4 бар или 5 бар избыточного давления. Для возможности стравливания воздуха и/или паров топлива из всасывающего насоса 212 может быть использован диафрагменный клапан 223. Это просачивание через клапан 223 может также использоваться для питания струйного насоса, применяемого для перемещения топлива из одного места бака 210 в другое. В одном из примеров последовательно с диафрагменным клапаном 223 может быть включен диафрагменный обратный клапан (не показан). В некоторых вариантах осуществления топливная система 8 может содержать один или несколько (например, цепочку) обратных клапанов, гидравлически соединенных с топливным насосом низкого давления 212 и препятствующих обратной утечке топлива в зону выше по потоку от клапанов. В данном контексте течением выше по потоку считается движение топлива из топливных рамп 250, 260 к ННД (LPP) 212, в то время как течением ниже по потоку считается штатная подача топлива от ННД (LPP) к ВН (НРР) 214 и также в топливные рампы.
Топливо, всосанное насосом ННД (LPP) 212, может быть подано под низким давлением в топливопровод 218, ведущий к входу 203 насоса ВН (НРР) 214. ВН (НРР) 214 может затем подать топливо в первую топливную рампу 250, соединенную с одной или несколькими топливными форсунками первой группы 252 форсунок прямого впрыска (в настоящем описании также называемых первой группой форсунок). Топливо, всосанное насосом ННД (LPP) 212, может также быть подано во вторую топливную рампу 260, соединенную с одной или несколькими топливными форсунками второй группы 262 форсунок впрыска во впускные каналы (в настоящем описании также называемых второй группой форсунок). Как раскрыто ниже, ВН (НРР) 214 может управляться для подъема давления топлива, подаваемого в каждую, первую и вторую, топливную рампу выше давления всасывающего насоса, причем первая топливная рампа, соединенная с группой форсунок прямого впрыска, работает с переменным высоким давлением, в то время как вторая топливная рампа, соединенная с группой форсунок впрыска во впускные каналы, работает с фиксированным высоким давлением. В результате под высоким давлением может осуществляться и прямой впрыск, и впрыск во впускные каналы. Топливный высоконапорный насос ниже по потоку от всасывающего насоса низкого давления не соединяется ни с каким дополнительным насосом, поскольку таковых между топливным высоконапорным насосом и всасывающим насосом низкого давления не имеется.
Хотя показано, что каждая топливная рампа - первая 250 и вторая 260 - выдает топливо в четыре топливные форсунки соответственных групп 252, 262 форсунок, следует понимать, что каждая топливная рампа 250, 260 может выдавать топливо для любого подходящего числа топливных форсунок. Один пример: первая топливная рампа 250 может выдавать топливо в одну топливную форсунку первой группы 252 форсунок для каждого цилиндра двигателя, в то время как вторая топливная рампа 260 может выдавать топливо в одну топливную форсунку второй группы 262 форсунок для каждого цилиндра двигателя. Контроллер 222 может по отдельности активировать каждую из форсунок 262 впрыска во впускные каналы через драйвер 237 впрыска во впускные каналы и активировать каждую из форсунок 252 прямого впрыска через драйвер 238 прямого впрыска. Контроллер 222, драйверы 237, 238 и другие соответствующие контроллеры системы двигателя могут содержать систему управления. Хотя драйверы 237, 238 показаны отдельно от контроллера 222, следует понимать, что в других примерах контроллер 222 может содержать драйверы 237, 238 или может быть выполнен для исполнения функций драйверов 237, 238. Контроллер 222 может содержать не показанные дополнительные элементы, например элементы, содержащиеся в контроллере 12 ФИГ. 1.
ВН (НРР) 214 может быть объемным насосом с приводом от двигателя. Один неограничивающий пример: ВН (НРР) 214 может представлять собой «Высоконапорный насос BOSCH HDP5», в котором используется электромагнитный контрольный клапан (например, регулятор объема топлива, магнитный соленоидно-управляемый клапан и т.д.) 236 для изменения рабочего объема насоса при каждом ходе насоса. Выпускной обратный клапан насоса ВН (НРР) управляется механически, а не электронно от внешнего контроллера. ВН (НРР) 214 может механически приводиться от двигателя, в отличие от ННД (LPP) 212 с электроприводом. ВН (НРР) 214 содержит насосный поршень 228, насосную камеру сжатия 205 (в настоящем описании также называемую камерой сжатия) и цилиндр 227. Насосный поршень 228 механически приводится от коленчатого вала двигателя или от кулачкового вала через кулачок 230, тем самым управление ВН (НРР) осуществляется по принципу одноцилиндрового насоса с кулачковым приводом. Датчик (не показан на ФИГ. 2) может быть, расположен возле кулачка 230, чтобы можно было определить угловое положение кулачка (например, от 0 до 360 градусов), которое может быть передано контроллеру 222.
Топливная система 200 может также опционно содержать аккумулятор 215. Аккумулятор 215, когда он есть, может располагаться ниже по потоку от топливного насоса низкого давления 212 и выше по потоку от топливного высоконапорного насоса 214 и может быть выполнен для удержания некоторого объема топлива, который уменьшает скорость повышения или понижения давления топлива между топливными насосами 212 и 214. Например, аккумулятор 215 может быть соединен с топливопроводом 218, как показано, или с обводным каналом 211, соединяющим топливопровод 218 с цилиндром 227 насоса ВН (НРР) 214. Объем аккумулятора 215 может быть рассчитан так, чтобы двигатель мог работать на холостом ходу в течение заранее заданного промежутка времени между интервалами работы топливного насоса низкого давления 212. Например, аккумулятор 215 может быть рассчитан так, чтобы, когда двигатель работает на холостом ходу, требовалась одна - или несколько минут на снижение давления в аккумуляторе до уровня, при котором топливный высоконапорный насос 214 уже не способен поддерживать достаточно высокое давление топлива для топливных форсунок 252, 262. Аккумулятор 215 может, таким образом, обеспечивать периодический режим (или импульсный режим) работы топливного насоса низкого давления 212. Благодаря снижению частоты включений в работу ННД (LPP) потребляемая мощность снижается. В других вариантах осуществления аккумулятор 215 может сразу изготавливаться вместе с топливным фильтром 217 и топливопроводом 218 и, таким образом, может не представлять собой отдельный элемент.
Датчик 231 давления топлива всасывающего насоса может располагаться по ходу топливопровода 218 между всасывающим насосом 212 и топливным высоконапорным насосом 214. В такой компоновке показания датчика 231 могут интерпретироваться как замеры давления топлива всасывающего насоса 212 (например, выходного давления топлива всасывающего насоса) и/или входного давления топливного высоконапорного насоса. Показания датчика 231 могут использоваться для оценки работы различных элементов топливной системы 200 с целью определения, достаточно ли давление топлива, подаваемого в топливный высоконапорный насос 214, для того, чтобы топливный высоконапорный насос всасывал жидкое топливо, а не пары топлива, и/или для минимизации средней электрической мощности, подводимой к всасывающему насосу 212. Хотя датчик 231 давления топлива всасывающего насоса показан расположенным ниже по потоку от аккумулятора 215, в других вариантах осуществления датчик может располагаться выше по потоку от аккумулятора.
Первая топливная рампа 250 содержит первый датчик 248 давления топливной рампы для выдачи замера давления в топливной рампе прямого впрыска контроллеру 222. Аналогично, вторая топливная рампа 260 содержит второй датчик 258 давления топливной рампы для выдачи контроллеру 222 замера давления в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Датчик 233 частоты вращения двигателя может использоваться для выдачи замера частоты вращения двигателя контроллеру 222. Замер частоты вращения двигателя может использоваться для определения скорости работы топливного высоконапорного насоса 214, так как насос 214 механически приводится от двигателя 202, например, через коленчатый вал или через кулачковый вал.
Первая топливная рампа 250 соединена с выходом 208 насоса ВН (НРР) 214 топливопроводом 278. Соответственно, вторая топливная рампа 260 соединена с входом 203 насоса ВН (НРР) 214 топливопроводом 288. Между выходом 208 насоса ВН (НРР) 214 и первой топливной рампой могут располагаться обратный клапан и редукционный клапан. Кроме того, редукционный клапан 272 в обводном канале 279, установленный параллельно обратному клапану 274, может ограничивать давление в топливопроводе 278 ниже по потоку от насоса ВН (НРР) 214 и выше по потоку от первой топливной рампы 250. Например, редукционный клапан 272 может ограничивать давление в топливопроводе 278 до 200 бар. В принципе, редукционный клапан 272 может ограничивать давление, которое в противном случае создавалось бы в топливопроводе 278 при открытом (намеренно или ненамеренно) контрольном клапане 236 и работающем топливном высоконапорном насосе 214.
Один или несколько обратных и редукционных клапанов могут также быть соединены с топливопроводом 218 ниже по потоку от ННД (LPP) 212 и выше по потоку от ВН (НРР) 214. Например, обратный клапан 234 может быть включен в топливопровод 218, чтобы снизить или предотвратить обратный поток топлива из высоконапорного насоса 214 в насос низкого давления 212 и топливный бак 210. Кроме того, редукционный клапан 232 может быть включен в обводной канал, идущий параллельно обратному клапану 234. Редукционный клапан 232 может ограничивать давление слева от него уровнем на 10 бар выше, чем давление у датчика 231.
Контроллер 222 может быть выполнен для регулировки подачи топлива в ВН (НРР) 214 через контрольный клапан 236 включением или выключением соленоидно-управляемого клапана (в зависимости от исполнения этого соленоидно-управляемого клапана) синхронно с приводящим кулачком. Соответственно, электромагнитный контрольный клапан 236 может управляться в первом режиме, когда клапан 236 расположен на входе 203 насоса ВН (НРР) для ограничения (например, отсечки) расхода топлива через электромагнитный контрольный клапан 236. В зависимости от времени активации соленоидно-управляемого клапана, изменяется объем топлива, поступившего в топливную рампу 250. Соленоидно-управляемый клапан может также управляться во втором режиме, когда электромагнитный контрольный клапан 236 фактически не работает и топливо может течь выше по потоку и ниже по потоку от клапана, в насос ВН (НРР) 214 и из насоса 214.
В принципе, электромагнитный контрольный клапан 236 может быть выполнен для регулировки массы (или объема) топлива, сжимаемого в топливном насосе прямого впрыска. В одном из примеров, для дозирования массы сжимаемого топлива контроллер 222 может управлять моментом закрытия соленоидно-управляемого обратного клапана регулировки давления. Например, позднее закрытие этого клапана регулировки давления может уменьшить массу топлива, всасываемого в камеру сжатия 205. Моменты открытия и закрытия соленоидно-управляемого обратного клапана могут быть согласованы по времени с рабочими ходами топливного насоса прямого впрыска.
Редукционный клапан 232 позволяет топливу течь из электромагнитного контрольного клапана 236 к ННД (LPP) 212, когда давление между редукционным клапаном 232 и соленоидно-управляемым контрольным клапаном 236 выше, чем заранее заданное давление (например, 10 бар). Когда соленоидно-управляемый контрольный клапан 236 отключен (например, обесточен), этот соленоидно-управляемый контрольный клапан работает в проходном режиме, и редукционный клапан 232 регулирует давление в камере сжатия 205 на единственное заданное значение сброса давления редукционного клапана 232 (например, на 10 бар выше давления у датчика 231). Регулирование давления в камере сжатия 205 позволяет создать перепад давлений между зонами выше и ниже поршня. Давление в цилиндре 227 находится на уровне выходного давления насоса низкого давления (например, 5 бар), в то время как давление выше поршня находится на уровне, регулируемом редукционным клапаном (например, 15 бар). Этот перепад давлений позволяет топливу просачиваться через зазор между поршнем и стенкой цилиндра насоса, перетекая между зонами выше и ниже поршня и смазывая тем самым ВН (НРР) 214.
Поршень 228 совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз. ВН (НРР) 214 находится в такте сжатия, когда поршень 228 смещается в направлении, которое уменьшает объем камеры сжатия 205. ВН (НРР) 214 находится в такте всасывания, когда поршень 228 смещается в направлении, которое увеличивает объем камеры сжатия 205.
Выходной обратный клапан 274 прямого потока может быть подсоединен ниже по потоку от выхода 208 камеры сжатия 205. Выходной обратный клапан 274 открывается, позволяя топливу течь от выхода 208 высоконапорного насоса в топливную рампу, только когда давление на выходе топливного насоса прямого впрыска 214 (например, выходное давление камеры сжатия) выше, чем давление в топливной рампе. Таким образом, в условиях, когда работы топливного насоса прямого впрыска не требуется, контроллер 222 может отключить электромагнитный контрольный клапан 236, и тогда редукционный клапан 232 регулирует давление в камере сжатия 205 на единственное существенно постоянное давление в течение большей части такта сжатия. В такте всасывания давление в камере сжатия 205 падает примерно до уровня давления всасывающего насоса (212). Смазка насоса ПВ (DI) 214 может происходить, когда давление в камере сжатия 205 превышает давление в цилиндре 227. Этот перепад давлений может также способствовать смазке насоса, когда контроллер 222 отключает электромагнитный контрольный клапан 236. Одно из следствий такого способа регулировки состоит в том, что топливная рампа регулируется на минимальное давление, приблизительно равное давлению сброса редукционного клапана 232. Таким образом, если редукционный клапан 232 установлен на сброс при 10 бар, давление в топливной рампе становится равным 15 бар, так как эти 10 бар добавляются к 5 бар давления всасывающего насоса. Конкретно, давление топлива в камере сжатия 205 регулируется в течение такта сжатия топливного насоса прямого впрыска 214. Таким образом, обеспечивается смазка насоса в течение по меньшей мере такта сжатия топливного насоса прямого впрыска 214. Когда топливный насос прямого впрыска начинает такт всасывания, давление топлива в камере сжатия может уменьшиться, хотя некоторое количество смазки все еще может подаваться, пока сохраняется перепад давлений. Еще один редукционный клапан 272 может быть включен параллельно обратному клапану 274. Когда давление в топливной рампе выше, чем заранее заданное давление, этот редукционный клапан 272 позволяет топливу течь от топливной рампы 250 ПВ (DI) к выходу 208 насоса. В принципе, в процессе возвратно-поступательного движения поршня топливного насоса прямого впрыска течение топлива между поршнем и стенкой отверстия обеспечивает достаточную смазку и охлаждение насоса.
Всасывающий насос может кратковременно управляться в импульсном режиме, когда его работу регулируют исходя из оценки давления на выходе всасывающего насоса и на входе высоконапорного насоса. В частности, при падении входного давления высоконапорного насоса ниже давления паров топлива, всасывающий насос может работать до тех пор, пока упомянутое входное давление не сравняется с давлением паров топлива или не превысит его. Это снижает риск всасывания топливным высоконапорным насосом паров топлива (вместо топлива), вследствие чего двигатель может заглохнуть.
Здесь следует заметить, что высоконапорный насос 214 ФИГ. 2 представлен в качестве иллюстративного примера одного возможного исполнения высоконапорного насоса. Элементы, показанные на ФИГ. 2, могут быть исключены и/или изменены, а не показанные на ФИГ. дополнительные элементы могут быть добавлены к насосу 214, - при сохранении возможности подачи топлива под высоким давлением в топливную рампу прямого впрыска и топливную рампу впрыска во впускные каналы.
Электромагнитный контрольный клапан 236 может также управляться для направления обратного потока топлива от высоконапорного насоса к редукционному клапану 232 или аккумулятору 215. Например, контрольный клапан 236 может управляться для создания и поддержания давления топлива в аккумуляторе 215 с целью позднейшего использования. Один из вариантов использования аккумулятора 215 - отвод той части потока топлива, которая возникает при открытии редукционного клапана сжатия 232. Аккумулятор 227 отдает топливо, когда обратный клапан 234 открывается в ходе такта всасывания насоса 214. Другой вариант использования аккумулятора 215 - поглощение/отдача, компенсирующие изменения объема топлива в цилиндре 227. И еще одно использование аккумулятора 215 - обеспечение периодической работы всасывающего насоса 212 для снижения средней потребляемой мощности насоса, сравнительно с непрерывным режимом работы.
Если первая топливная рампа 250 прямого впрыска соединяется с выходом 208 насоса ВН (НРР) 214 (а не с входом ВН (НРР) 214), то вторая топливная рампа 260 впрыска во впускные каналы соединяется с входом 203 насоса ВН (НРР) 214 (а не с выходом ВН (НРР) 214). Хотя входы, выходы и т.д. раскрыты в настоящем описании относительно камеры сжатия 205, следует понимать, что в камеру сжатия 205 может вести один канал. Этот единственный канал может служить и входом, и выходом. В частности, вторая топливная рампа 260 соединена с входом 203 насоса ВН (НРР) выше по потоку от электромагнитного контрольного клапана 236 и ниже по потоку от обратного клапана 234 и редукционного клапана 232. Далее, между всасывающим насосом 212 и топливной рампой 260 впрыска во впускные каналы может не требоваться дополнительных насосов. Как раскрыто ниже, конкретные исполнения топливной системы с топливной рампой впрыска во впускные каналы, соединенной с входом высоконапорного насоса через редукционный клапан и обратный клапан, дают возможность повысить давление во второй топливной рампе с помощью высоконапорного насоса до фиксированного стандартного давления, то есть выше стандартного давления всасывающего насоса. Иначе говоря, фиксированное высокое давление в топливной рампе впрыска во впускные каналы определяется поршневым высоконапорным насосом.
Когда высоконапорный насос 214 не работает, например при настройке перед запуском, обратный клапан 244 позволяет второй топливной рампе подавать топливо при 5 бар. Когда рабочий объем камеры насоса уменьшается вследствие того, что поршень смещается вверх, топливо течет в одном из двух направлений. Если делительный клапан 236 закрыт, топливо идет в топливную рампу 250 высокого давления. Если делительный клапан 236 открыт, топливо идет или в топливную рампу 250 низкого давления или через редукционный клапан сжатия 232. Таким образом, топливный высоконапорный насос управляется для подачи топлива под переменным высоким давлением (например от 15 до 200 бар) к форсункам 252 прямого впрыска через первую топливную рампу 250, при одновременной подаче топлива под фиксированным высоким давлением (например 15 бар) к топливным форсункам 262 впрыска во впускные каналы через вторую топливную рампу 260. Упомянутое переменное давление может включать минимальное, то есть фиксированное давление (как в системе ФИГ. 2). В варианте исполнения, представленном на ФИГ. 2, фиксированное давление топливной рампы впрыска во впускные каналы соответствует минимальному давлению для топливной рампы прямого впрыска, причем оба давления выше стандартного давления всасывающего насоса. В настоящем изобретении подача топлива из высоконапорного насоса управляется расположенным выше по потоку (электромагнитным) контрольным клапаном и дополнительно различными обратными и редукционными клапанами, соединенными с входом высоконапорного насоса. Посредством регулировки работы электромагнитного контрольного клапана, давление топлива в первой топливной рампе повышается от фиксированного давления до переменного давления, в то время как во второй топливной рампе сохраняется фиксированное давление. Клапаны 244 и 242 работают совместно для подъема давления топливной рампы 260 низкого давления до 15 бар в течение такта всасывания насоса. Редукционный клапан 242 просто ограничивает давление, которое может нарасти в топливной рампе 250 вследствие теплового расширения топлива. Типовой установкой сброса давления могут быть 20 бар.
Контроллер 12 может также управлять работой обоих топливных насосов, 212 и 214, для регулировки количества, давления, расхода и т.д. топлива, подаваемого в двигатель. Один пример: контроллер 12 может изменять установку давления, величину хода насоса, команду рабочего цикла насоса и/или расход топлива топливных насосов для подачи топлива в разные элементы топливной системы. Для посылки к насосу низкого давления управляющего сигнала, требуемого для регулировки производительности (например скорости работы) насоса низкого давления, может использоваться драйвер (не показан), электронно соединенный с контроллером 222.
В варианте осуществления, представленном на ФИГ. 2, показан первый вариант осуществления топливной системы, причем топливо подается в топливную рампу впрыска во впускные каналы из топливного бака через ответвление перед топливным высоконапорным насосом ТВН (HPFP) для прямого впрыска. Следует, однако, понимать, что в альтернативных вариантах осуществления топливо может подаваться в топливную рампу впрыска во впускные каналы из топливного бака через топливный высоконапорный насос для прямого впрыска.
Обратимся теперь к ФИГ. 3A-3B; на них представлен пример способа 300 эксплуатации двигателя по меньшей мере с дозированным минимальным количеством топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, при всех непусковых режимах работы двигателя, в частности, при изменении ЧВД/нагрузок. Этот способ позволяет снизить образование паров топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы.
На шаге 302 согласно способу оценивают и/или замеряют эксплуатационные характеристики двигателя. Набор соответствующих параметров может включать, например, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, температуру двигателя, требуемый приводной крутящий момент, окружающие условия (температуру, давление и влажность окружающего воздуха) и т.д.
На шаге 303 согласно способу подтверждают установку флага неисправности топливной системы. В одном из примеров флаг неисправности топливной системы может быть установлен при неисправности какого-либо элемента топливной системы, например, при неисправности топливной форсунки или топливного насоса. Если флаг установлен, режим неисправности (или режим отказа) топливной системы может быть подтвержден, и программа регулирует работу топливной системы и профили впрыска топлива соответственно типу выявленной неисправности элемента, как раскрыто на ФИГ. 3B. Если же флаг не был установлен, может быть подтвержден режим без неисправности (или штатный режим) топливной системы, и программа переходит к шагу 304.
На шаге 304, после подтверждения того, что топливная система работает в режиме без неисправности, согласно способу подают топливо под давлением в топливную рампу впрыска во впускные каналы и в топливную рампу прямого впрыска с помощью высоконапорного топливного насоса с приводом от двигателя. Например, насос может управляться для подъема давления топлива в топливной рампе прямого впрыска до 20-250 бар, а давление топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы может регулироваться всасывающим насосом в диапазоне 400-500 кРа, и топливо в рампу впрыска во впускные каналы может проводиться через высоконапорный насос в зависимости от сигнала обратной связи датчика давления и температуры, смонтированного на рампе впрыска во впускные каналы.
Далее, для определения рабочего диапазона двигателя могут быть оценены условия ЧВД/нагрузка. Затем, исходя из этого рабочего диапазона, регулируют подачу топлива в двигатель, обеспечивая при любых условиях работы прогретого двигателя по меньшей мере некоторое дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы двигателя.
Конкретно, на шаге 306 может быть определено, находятся ли условия ЧВД/нагрузка прогретого двигателя в первом диапазоне. Этот первый диапазон включает ЧВД, превышающие первый порог ЧВД (например, свыше 500 об/мин), и нагрузки двигателя, превышающие первый порог нагрузки (например, свыше 6 бар). В принципе, первый диапазон соответствует непусковому режиму работы двигателя - когда двигатель прогрет.Если определено, что условия ЧВД/нагрузка двигателя находятся в первом диапазоне, то на шаге 308 согласно способу эксплуатируют двигатель с дозированным минимальным количеством топлива, впрыскиваемого во впускные каналы и подают остальное топливо прямым впрыском. Дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, не равно нулю, конкретно, больше нуля. Это дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть определено независимо от замеренной температуры топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Например, дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть определено исходя из смоделированной температуры топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Вообще говоря, если не требовать замера температуры топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы, потребность во встроенном датчике температуры (или давления) снижается, обеспечивая преимущество уменьшения количества элементов. В принципе, это позволяет решить проблемы кипения топлива в рампе впрыска во впускные каналы - без необходимости активной оценки или замера температуры топлива.
Далее, эксплуатация двигателя может включать сохранение впрыска во впускные каналы дозированного минимального количества топлива при изменении условий частоты вращения и нагрузки двигателя в пределах первого диапазона. Например, при работе в первом диапазоне, в двигатель может подаваться 10% топлива впрыском во впускные каналы и 90% топлива прямым впрыском даже при изменении ЧВД и нагрузки (например, при изменении ЧВД от 500 об/мин до 4500 об/мин и/или при изменении нагрузки двигателя от 6 бар до 24 бар).
Когда условия ЧВД/нагрузка не находятся в первом диапазоне - или после установки топливных параметров как раскрыто выше для первого диапазона, способ переходит к шагу 310, на котором может быть определено, находятся ли условия ЧВД/нагрузка прогретого двигателя во втором диапазоне. Этот второй диапазон включает ЧВД, превышающие второй порог ЧВД, который выше, чем первый порог ЧВД (например, свыше 2500 об/мин), и нагрузки двигателя, которые ниже, чем первый порог нагрузки (например, ниже 7 бар). Второй диапазон может альтернативно содержать два поддиапазона, например: первый поддиапазон, включающий ЧВД, превышающие второй порог ЧВД, который выше, чем первый порог ЧВД (например, свыше 2500 об/мин), и нагрузки двигателя, которые ниже, чем первый порог нагрузки (например, ниже 7 бар), а также второй поддиапазон, включающий ЧВД от первого до второго порога ЧВД (например, от 750 об/мин) и нагрузки двигателя, лежащие ниже первого порога, но выше третьего порога нагрузки (например, от 5 бар до 7 бар, но не ниже 5 бар и не выше 7 бар).
В принципе, второй диапазон соответствует непусковому режиму работы двигателя - когда двигатель прогрет или работает на холостом ходу. Если определено, что условия ЧВД/нагрузка находятся во втором диапазоне, то на шаге 312 согласно способу эксплуатируют двигатель с первым количеством топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, причем это первое количество больше, чем дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, - и подают остальное топливо прямым впрыском. Например, контроллер двигателя может послать топливным форсункам сигнал регулировки рабочих циклов форсунок впрыска во впускные каналы и прямого впрыска для перевода впрыска во впускные каналы с дозированного минимального количества на первое количество, в ответ на изменение ЧВД/нагрузок двигателя от первого диапазона ко второму диапазону. Причем этот перевод может включать посылку контроллером сигнала на увеличение ширины импульса рабочего цикла форсунки впрыска во впускные каналы и соответственное уменьшение ширины импульса рабочего цикла форсунки прямого впрыска. Далее, контроллер может сохранить впрыск во впускные каналы на уровне первого количества при изменении условий частоты вращения и нагрузки двигателя в пределах второго диапазона. Например, при работе во втором диапазоне, в двигатель может подаваться 80% топлива впрыском во впускные каналы и 20% топлива прямым впрыском - даже при изменении ЧВД и нагрузки (например, при изменении ЧВД от 2500 об/мин до 6000 об/мин и/или при изменении нагрузки двигателя от 1 бар до 7 бар).
Далее, между первым и вторым диапазонами может быть первый переходный диапазон ЧВД/нагрузок. В одном из примеров этот первый переходный диапазон ЧВД/нагрузок может быть поддиапазоном первого диапазона. В альтернативном примере этот первый переходный диапазон ЧВД/нагрузок может быть поддиапазоном второго диапазона. Если условия ЧВД/нагрузка определены как находящиеся в первом переходном диапазоне, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть установлено на значение, определяемое линейной интерполяцией на интервале между величинами дозированного минимального количества, подаваемого в первом диапазоне, и первого количества, подаваемого во втором диапазоне. Например, первый диапазон ЧВД/нагрузок может содержать диапазон ЧВД/нагрузок от 500 об/мин до 6000 об/мин по ЧВД и от 8 бар до 24 бар по нагрузкам двигателя (но не включая комбинацию значений больше 4500 об/мин и больше 16 бар), тогда как второй диапазон может содержать диапазон ЧВД/нагрузок от 750 об/мин до 6000 об/мин по ЧВД и от 1 бар до 7 бар по нагрузкам двигателя (но не включая комбинацию значений ниже 2500 об/мин и ниже 5 бар). Первый переходный диапазон может также соответствовать полосе между первым и вторым диапазонами, конкретно, между 7 бар и 8 бар по нагрузкам двигателя при всех ЧВД между 750 об/мин и 6000 об/мин. Исходя из положения рабочей точки двигателя в пределах первого переходного диапазона, может быть отрегулировано количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Например, когда рабочая точка двигателя находится в пределах первого переходного диапазона ближе к первому диапазону (например, ближе к 7 бар, чем к 8 бар), количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть линейно экстраполировано (в данном случае увеличено) на интервале от дозированного минимального количества (первого диапазона) до первого количества (второго диапазона). В другом примере, когда рабочая точка двигателя находится в пределах первого переходного диапазона ближе ко второму диапазону (например, ближе к 8 бар, чем к 7 бар), количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть линейно экстраполировано (в данном случае уменьшено) на интервале от первого количества (второго диапазона) до уровня дозированного минимального количества (первого диапазона).
Когда условия ЧВД/нагрузка не находятся во втором диапазоне - или после установки топливных параметров как раскрыто выше для второго диапазона, способ переходит к шагу 314, на котором может быть определено, находятся ли условия ЧВД/нагрузка прогретого двигателя в третьем диапазоне. Этот третий диапазон включает ЧВД, превышающие третий порог ЧВД, который выше, чем второй (и поэтому также выше, чем первый порог ЧВД, например, выше 4500 об/мин), и нагрузки двигателя, превышающие второй порог нагрузки, который выше, чем первый порог нагрузки (например, выше 17 бар). В принципе, третий диапазон соответствует непусковому режиму работы двигателя - когда двигатель прогрет и дополнительно когда двигатель может достигать детонационного предела. Если определено, что условия ЧВД/нагрузка находятся в третьем диапазоне, то на шаге 316 согласно способу эксплуатируют двигатель со вторым количеством топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, причем это второе количество меньше, чем первое количество и больше, чем дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, - и подают остальное топливо прямым впрыском. Например, контроллер двигателя может послать топливным форсункам сигнал регулировки рабочих циклов форсунок впрыска во впускные каналы и прямого впрыска для перевода впрыска во впускные каналы с дозированного минимального количества на второе количество, в ответ на изменение ЧВД/нагрузок от первого диапазона к третьему диапазону. Причем этот перевод может включать посылку контроллером сигнала на увеличение ширины импульса рабочего цикла форсунки впрыска во впускные каналы и соответственное уменьшение ширины импульса рабочего цикла форсунки прямого впрыска. Далее, контроллер может сохранить впрыск во впускные каналы на уровне второго количества при изменении условий частоты вращения и нагрузки двигателя в пределах третьего диапазона. Например, при работе в третьем диапазоне, в двигатель может подаваться 20% топлива впрыском во впускные каналы и 80% топлива прямым впрыском - даже при изменении ЧВД и нагрузки (например, при изменении ЧВД от 4500 об/мин до 6000 об/мин и/или при изменении нагрузки двигателя от 17 бар до 24 бар).
Далее, между первым и третьим диапазонами может быть второй переходный диапазон ЧВД/нагрузок. В одном из примеров этот второй переходный диапазон ЧВД/нагрузок может быть поддиапазоном первого диапазона. В альтернативном примере этот второй переходный диапазон ЧВД/нагрузок может быть поддиапазоном третьего диапазона. Если условия ЧВД/нагрузка определены как находящиеся во втором переходном диапазоне, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть установлено на значение, определяемое линейной интерполяцией на интервале между величинами дозированного минимального количества, подаваемого в первом диапазоне, и второго количества, подаваемого в третьем диапазоне. Например, первый диапазон ЧВД/нагрузок может содержать диапазон ЧВД/нагрузок от 500 об/мин до 6000 об/мин по ЧВД и от 8 бар до 24 бар по нагрузкам двигателя (но не включая комбинацию значений больше 4500 об/мин и больше 16 бар), тогда как третий диапазон может содержать диапазон ЧВД/нагрузок от 4500 об/мин до 6000 об/мин по ЧВД и от 17 бар до 24 бар по нагрузкам двигателя (с большими нагрузками двигателя третьего диапазона при меньших ЧВД третьего диапазона и меньшими нагрузками двигателя при больших ЧВД третьего диапазона). Второй переходный диапазон может также соответствовать полосе между первым и третьим диапазонами. Исходя из положения рабочей точки двигателя в пределах второго переходного диапазона, может быть отрегулировано количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Например, когда рабочая точка двигателя находится в пределах второго переходного диапазона ближе к первому диапазону, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть линейно экстраполировано (в данном случае увеличено) на интервале от дозированного минимального количества (первого диапазона) до второго количества (третьего диапазона). В другом примере, когда рабочая точка двигателя находится в пределах первого переходного диапазона ближе к третьему диапазону, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть линейно экстраполировано (в данном случае уменьшено) на интервале от второго количества (третьего диапазона) до уровня дозированного минимального количества (первого диапазона).
Когда условия ЧВД/нагрузка не находятся в третьем диапазоне - или после установки топливных параметров как раскрыто выше для третьего диапазона, способ переходит к шагу 318, на котором может быть определено, находятся ли условия ЧВД/нагрузка прогретого двигателя в четвертом диапазоне. Этот четвертый диапазон включает ЧВД ниже второго порога ЧВД (например, ниже 2500 об/мин) и нагрузки двигателя ниже третьего порога нагрузки, меньшего, чем первый порог нагрузки (например, ниже 5 бар). В принципе, четвертый диапазон соответствует непусковому режиму работы двигателя - когда двигатель прогрет. Если определено, что условия ЧВД/нагрузка находятся в четвертом диапазоне, то на шаге 320 согласно способу эксплуатируют двигатель с подачей топлива только впрыском во впускные каналы. Например, контроллер двигателя может послать топливным форсункам сигнал регулировки рабочих циклов форсунок впрыска во впускные каналы и прямого впрыска на перевод впрыска во впускные каналы с дозированного минимального количества на подачу всего требуемого топлива впрыском во впускные каналы, в ответ на изменение ЧВД/нагрузок от первого диапазона к четвертому диапазону. Причем этот перевод может включать посылку контроллером сигнала на увеличение ширины импульса рабочего цикла форсунки впрыска во впускные каналы и соответственное уменьшение ширины импульса рабочего цикла форсунки прямого впрыска. Далее, контроллер может сохранить подачу топлива впрыском только во впускные каналы при изменении условий частоты вращения и нагрузки двигателя в пределах четвертого диапазона. Например, при работе в четвертом диапазоне, в двигатель может подаваться 100% топлива впрыском во впускные каналы и 0% топлива прямым впрыском - даже при изменении ЧВД и нагрузки (например, при изменении ЧВД от 500 об/мин до 2500 об/мин и/или при изменении нагрузки двигателя от 1 бар до 5 бар).
Далее, в некоторых вариантах осуществления может быть третий переходный диапазон ЧВД/нагрузок между первым и четвертым диапазонами или между четвертым и вторым диапазонами. Этот третий переходный диапазон ЧВД/нагрузок может быть поддиапазоном первого диапазона, второго диапазона или четвертого диапазона. Если условия ЧВД/нагрузка определены как находящиеся в третьем переходном диапазоне, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть установлено на значение, определяемое линейной интерполяцией на интервале между величинами дозированного минимального количества, подаваемого в первом диапазоне, и всего впрыска во впускные каналы, - или между первым количеством, подаваемым во втором диапазоне, и всем впрыском во впускные каналы. Исходя из положения рабочей точки двигателя в пределах третьего переходного диапазона, может быть отрегулировано количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Например, когда рабочая точка двигателя находится в пределах третьего переходного диапазона ближе к четвертому диапазону, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть линейно экстраполировано (в данном случае увеличено) на интервале от дозированного минимального количества (первого диапазона) до всего впрыска во впускные каналы (четвертого диапазона). В другом примере, когда рабочая точка двигателя находится в пределах третьего переходного диапазона ближе к четвертому диапазону, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть линейно экстраполировано (в данном случае уменьшено) на интервале от всего впрыска во впускные каналы до уровня дозированного минимального количества (первого диапазона).
Если условия ЧВД/нагрузка не находятся в четвертом диапазоне, то на шаге 322 согласно способу подают топливо в двигатель с профилем впрыска, определяемым условиями эксплуатации двигателя. Это может, в частности, предусматривать эксплуатацию двигателя без впрыска во впускные каналы и/или менее, чем дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы.
Пример схемы диапазонов, раскрытых со ссылкой на способ ФИГ. 3, графически представлен на диаграмме ФИГ. 4 в координатах ЧВД-нагрузки. На диаграмме 400 показан первый диапазон ЧВД/нагрузок 408, в котором двигатель эксплуатируется с дозированным минимальным количеством топлива, впрыскиваемого во впускные каналы (например, 10%), а остальная часть топлива подается прямым впрыском. Далее, в пределах первого диапазона 408, при увеличении или уменьшении ЧВД или нагрузки двигателя, сохраняется впрыск во впускные каналы на уровне упомянутого дозированного количества.
Следует понимать, что в дальнейших примерах при отсечке топлива в режиме замедления (например, когда транспортное средство замедляется или потребность в приводном усилии падает ниже порогового значения) контроллер двигателя может также послать сигнал топливным форсункам прекратить впрыск топлива в цилиндр как через форсунку впрыска во впускные каналы, соединенную с топливной рампой впрыска во впускные каналы, так и через форсунку прямого впрыска, соединенную с топливной рампой прямого впрыска топлива. Например, контроллер может селективно отключать топливные форсунки. Позднее сжигание топлива в цилиндре может быть вновь разрешено в ответ на увеличение запроса водителя при первом условии, а при втором условии сжигание может быть вновь разрешено в соответствии с оценкой температуры топливной рампы и без увеличения запроса водителя. Например, сжигание топлива может быть вновь разрешено при некотором падении или подъеме температуры топливной рампы. Кроме того, когда сжигание топлива в цилиндре вновь разрешено, в двигатель может снова подаваться по меньшей мере дозированное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, при любых условиях работы двигателя.
На диаграмме 400 также показан второй диапазон ЧВД/нагрузок 404, в котором двигатель эксплуатируется с первым количеством топлива, впрыскиваемого во впускные каналы (например, 80%), большим, чем дозированное минимальное количество, а остальная часть топлива подается прямым впрыском. Далее, в пределах второго диапазона 404, при увеличении или уменьшении ЧВД или нагрузки двигателя, впрыск во впускные каналы сохраняется на уровне первого количества.
Диаграмма 400 также включает первый переходный диапазон 406 между первым и вторым диапазонами. В пределах этого первого переходного диапазона количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может изменяться с изменением нагрузки двигателя, оставаясь в то же время неизменным для данной нагрузки при изменении ЧВД. Конкретно, с изменением нагрузки двигателя количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть установлено на значение, определяемое линейной интерполяцией на интервале между дозированным минимальным количеством, подаваемым в первом диапазоне, и первым количеством, подаваемым во втором диапазоне. Например, при уменьшении нагрузки двигателя (при движении от верха переходного диапазона 406 к низу этого диапазона) количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть линейно увеличено в интервале от дозированного минимального количества до первого количества.
На диаграмме 400 также показан третий диапазон ЧВД/нагрузок 410, в котором двигатель эксплуатируется со вторым количеством топлива, впрыскиваемого во впускные каналы (например, 20%), большим, чем дозированное минимальное количество, но меньшим, чем первое количество. Остальная часть топлива подается прямым впрыском. Далее, в пределах второго диапазона 410, при увеличении или уменьшении ЧВД или нагрузки двигателя, впрыск во впускные каналы сохраняется на уровне первого количества.
Далее, второй переходный диапазон 412 расположен между первым диапазоном 406 и третьим диапазоном 410. В пределах этого второго переходного диапазона 412 количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может изменяться с изменением нагрузки двигателя, а также при изменении ЧВД. Конкретно, когда нагрузка двигателя увеличивается от пороговой нагрузки первого диапазона и когда ЧВД поднимается к верхнему краю первого диапазона, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может быть установлено на значение, определяемое линейной интерполяцией на интервале между дозированным минимальным количеством, подаваемым в первом диапазоне, и вторым количеством, подаваемым в третьем диапазоне. Например, когда нагрузка двигателя увеличивается (при движении из первого диапазона в переходный диапазон 412), количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может линейно увеличиваться от дозированного минимального количества до второго количества.
На диаграмме 400 также показан четвертый диапазон ЧВД/нагрузок 402, в котором двигатель эксплуатируется с подачей всего топлива впрыском во впускные каналы и без подачи топлива прямым впрыском. Далее, в пределах четвертого диапазона 402, при увеличении или уменьшении ЧВД или нагрузки двигателя, сохраняется впрыск только во впускные каналы, а прямой впрыск остается отключенным.
Следует понимать, что в контексте настоящего раскрытия дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, может представлять собой абсолютное количество топлива, или относительное количество, или пропорцию (или долю) топлива. Например, это дозированное минимальное количество топлива может составлять 10% (или 0,1), и при любых условиях эксплуатации двигателя общее количество топлива определяется в зависимости от ЧВД/нагрузок двигателя, а затем по меньшей мере 10% этого общего количества подается впрыском во впускные каналы, в то время как остальная часть (90% или менее) топлива подается прямым впрыском.
Вернемся к шагу 303 (ФИГ. 3A); если флаг неисправности топливной системы установлен, способ переходит к определению характера неисправности и соответственно регулирует работу топливной системы и профиль впрыска топлива. В частности, на шаге 330 (ФИГ. 3B) согласно способу определяют, установлен ли флаг из-за указания на снижение параметров форсунки прямого впрыска. Если ответ ДА, то на шаге 332 согласно способу отключают прямой впрыск топлива и эксплуатируют двигатель с впрыском топлива только во впускные каналы. В принципе, когда топливо не подается через форсунку прямого впрыска, возможен разогрев наконечника форсунки. Поэтому при подаче топлива только впрыском во впускные каналы, температура наконечника форсунки прямого впрыска может непрерывно отслеживаться, и впрыск топлива во впускные каналы может продолжаться до тех пор, пока температура наконечника форсунки прямого впрыска не достигнет пороговой. После этого впрыск во впускные каналы также может быть отключен. Кроме того, когда форсунка прямого впрыска отключена, крутящий момент двигателя может быть ограничен сильнее, например, некоторым первым уровнем крутящего момента.
Если флаг не установлен из-за указания на снижение параметров форсунки прямого впрыска, на шаге 334 согласно способу определяют, установлен ли флаг из-за указания на снижение параметров форсунки впрыска во впускные каналы. Если ДА, то на шаге 336 согласно способу отключают впрыск топлива во впускные каналы и эксплуатируют двигатель только с прямым впрыском топлива. Когда форсунка прямого впрыска отключена, крутящий момент двигателя может быть ограничен меньше, например, некоторым вторым уровнем крутящего момента, превосходящим упомянутый первый уровень крутящего момента.
Если флаг не установлен из-за указания на снижение параметров форсунки впрыска во впускные каналы, на шаге 338 согласно способу определяют, установлен ли флаг из-за указания на снижение параметров высоконапорного насоса ВН (НРР). В принципе, высоконапорный насос может использоваться для подачи топлива под повышенным давлением в форсунку прямого впрыска и связанную с ней топливную рампу. Если ВН (НРР) неисправен, то на шаге 340 согласно способу отключают компрессионный прямой впрыск топлива (то есть прямой впрыск топлива в такте сжатия) и допускают только впускной прямой впрыск топлива (то есть прямой впрыск топлива в такте впуска).
Если флаг не установлен из-за указания на снижение параметров ВН (НРР), на шаге 342 согласно способу определяют, установлен ли флаг из-за указания на снижение параметров насоса низкого давления ННД (LPP). В принципе, насос низкого давления может представлять собой всасывающий насос, используемый для подъема топлива из топливного бака и последующей подачи топлива в форсунку впрыска во впускные каналы и связанную с ней топливную рампу, а также в высоконапорный насос и дополнительно в форсунку прямого впрыска и связанную с ней топливную рампу. Если ННД (LPP) неисправен, то на шаге 344 согласно способу выключают двигатель, так как подача топлива может быть нарушена.
Таким образом, при эксплуатации прогретого двигателя в области нагрузок, превышающих пороговую, когда нагрузка двигателя увеличивается до верхнего предела нагрузки и когда ЧВД увеличивается до верхнего предела ЧВД, впрыском во впускные каналы может подаваться в двигатель дозированное минимальное количество топлива, а основной объем топлива подается прямым впрыском. Затем, когда нагрузка двигателя возрастает выше верхнего предела нагрузки и когда ЧВД возрастает выше верхнего предела ЧВД, доля топлива, подаваемого в двигатель впрыском во впускные каналы, может быть увеличена выше дозированного минимального количества для впрыска топлива во впускные каналы, а остальная часть топлива подается прямым впрыском. В отличие от вышеуказанных случаев, в области нагрузок ниже порогового значения нагрузки и ЧВД выше нижнего предела ЧВД, во впускные каналы двигателя может подаваться несколько больше дозированного минимального количества топлива, а остальное, основной объем топлива подается прямым впрыском. Однако в области ниже порогового значения нагрузки и ниже нижнего предела ЧВД, например, при горячем запуске двигателя или при работе прогретого двигателя на холостом ходу, топливо в двигатель может подаваться только впрыском во впускные каналы - без подачи топлива прямым впрыском. Другими словами, при любых условиях работы прогретого двигателя, его можно эксплуатировать или с частичным прямым впрыском, или без прямого впрыска. То есть при любых условиях работы прогретого двигателя, он эксплуатируется или с частичным впрыском во впускные каналы, или с впрыском всего топлива во впускные каналы.
Таким образом, как раскрыто со ссылкой на диаграмму ФИГ. 4, количество топлива, подаваемого впрыском во впускные каналы, относительно количества топлива, подаваемого прямым впрыском, может меняться при изменении ЧВД/нагрузок. Конкретно, при данной ЧВД, когда нагрузка двигателя увеличивается от минимальной до максимальной нагрузки (то есть при перемещении по прямой вверх и вниз на диаграмме 400), отношение впрыска топлива во впускные каналы к прямому впрыску топлива меняется, при сохранении впрыска во впускные каналы по меньшей мере на уровне минимального дозированного количества. При этом упомянутое изменение включает изменение от некоторого первого соотношения при данной ЧВД и минимальной нагрузке до некоторого второго, другого соотношения при данной ЧВД и максимальной нагрузке, причем как первое, так и второе соотношение включает по меньшей мере минимальное дозированное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Например, как видно из ФИГ. 4, в ответ на увеличение нагрузок двигателя при данной ЧВД упомянутое соотношение меняется (в данном случае уменьшается) от первого соотношения во втором диапазоне (диапазон 404) до второго соотношения в первом диапазоне (диапазон 408). В другом примере со ссылкой на ФИГ. 4, соотношение меняется (в данном случае увеличивается) от первого соотношения в первом диапазоне (диапазон 408) до второго соотношения в третьем диапазоне (диапазон 410) - в ответ на увеличение нагрузок двигателя при данной ЧВД, когда данная ЧВД больше пороговой ЧВД. Ниже порогового значения ЧВД, когда нагрузка двигателя увеличивается при данной ЧВД, упомянутое соотношение сохраняется на уровне первого соотношения.
В одном из альтернативных примеров, также со ссылкой на ФИГ. 4, отношение количества топлива, подаваемого впрыском во впускные каналы, к количеству топлива, подаваемому прямым впрыском, меняется при данной нагрузке двигателя, когда ЧВД увеличивается от минимальной ЧВД до максимальной ЧВД (то есть при перемещении по прямой слева направо на диаграмме 400), при сохранении впрыска во впускные каналы по меньшей мере на уровне минимального дозированного количества. При этом упомянутое изменение включает изменение от некоторого первого соотношения при данной нагрузке двигателя и минимальной ЧВД до некоторого второго, другого соотношения при данной нагрузке двигателя и максимальной ЧВД, причем как первое, так и второе соотношение включает по меньшей мере минимальное дозированное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Например, со ссылкой на ФИГ. 4, в ответ на увеличение ЧВД при данной нагрузке двигателя упомянутое соотношение меняется (в данном случае уменьшается) от некоторого первого соотношения в четвертом диапазоне (диапазон 402) до некоторого второго соотношения во втором диапазоне (диапазон 404). В другом примере со ссылкой на ФИГ. 4, упомянутое соотношение меняется (в данном случае увеличивается) от некоторого первого соотношения в первом диапазоне (диапазон 408) до некоторого второго соотношения в третьем диапазоне (диапазон 410) - в ответ на увеличение ЧВД при данной нагрузке двигателя, когда данная нагрузка двигателя больше пороговой нагрузки. В области ниже порогового значения нагрузки, с увеличением ЧВД для данной нагрузки упомянутое соотношение сохраняется на уровне первого соотношения.
Обратимся теперь к ФИГ. 5; на ней представлен пример регулировки впрыска топлива для двигателя, установленного в транспортное средство. Набор графиков 500 показывает положение педали ПП (РР) - график 502, ЧВД - график 504, часть общего количества топлива, подаваемую впрыском во впускные каналы, - график 506, (остальную) часть общего количества топлива, подаваемую прямым впрыском, - график 508 и смоделированную температуру топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы - график 510. Все графики представлены в зависимости от времени, отложенного по оси х.
До момента t0 двигатель транспортного средства может быть выключен. В момент t1 может происходить запуск двигателя. Однако запуск двигателя может быть горячим запуском, если двигатель запускается до истечения порогового времени с момента последнего выключения (или если окружающая температура достаточно высока). При запросе на перезапуск двигателя его раскрутка может осуществляться стартером в интервале между моментами t0 и t1. В момент t1 может быть определено, что двигатель работает в четвертом диапазоне ЧВД/нагрузок диаграммы ФИГ. 4, так как ЧВД ниже второго порога ЧВД и нагрузка двигателя ниже третьего порога нагрузки. Соответственно, в интервале времени от t1 до t2 подача топлива в двигатель может осуществляться только впрыском во впускные каналы. То есть между моментами t1 и t2 топливо не подается прямым впрыском, даже когда ЧВД и нагрузки в интервале между t1 и t2 изменяются (оставаясь в пределах четвертого диапазона).
В момент t2, при резком нажатии на педаль акселератора, двигатель может перейти из четвертого диапазона во второй диапазон ЧВД/нагрузок диаграммы (ФИГ. 4). То есть ЧВД может возрасти выше второго порога ЧВД, тогда как нагрузка двигателя может возрасти выше третьего порога нагрузок, оставаясь ниже первого порога нагрузки. Соответственно, в подаче топлива в двигатель может осуществляться переход от подачи топлива только впрыском во впускные каналы к подаче преимущественно впрыском во впускные каналы (то есть на уровне выше дозированного минимального количества 507, например, на уровне 80%), с подачей остальной части топлива (например, 20%) прямым впрыском в интервале времени от t2 до t3. То есть в интервале между моментами t2 и t3 упомянутое соотношение сохраняется на уровне выше дозированного минимального количества, даже когда ЧВД и нагрузки изменяются (оставаясь в пределах второго диапазона).
В момент t3, при следующем резком нажатии на педаль акселератора, двигатель может перейти из второго в первый диапазон ЧВД/нагрузок диаграммы (ФИГ. 4). То есть ЧВД может быть выше второго порога ЧВД, тогда как нагрузка двигателя может возрасти выше первого порога нагрузок двигателя. Соответственно, в подаче топлива в двигатель может осуществляться переход от подачи топлива преимущественно (но не исключительно) впрыском во впускные каналы к подаче топлива преимущественно прямым впрыском. Конкретно, в данном случае впрыск во впускные каналы в интервале времени от t3 до t4 снижается до уровня дозированного минимального количества 507 (например, до 10%), а основной объем топлива (например, 90%) подается прямым впрыском. В принципе, в пределах первого диапазона может быть область ЧВД/нагрузок, в которой запрашивается только прямой впрыск топлива (например, для контроля детонации). Однако такой запрос отклоняется, и топливо подается преимущественно прямым впрыском, с сохранением впрыска во впускные каналы дозированного минимального количества топлива - чтобы можно было регулировать температуру в топливной рампе впрыска во впускные каналы (без необходимости использовать специальный температурный датчик топливной рампы). То есть в интервале между моментами t3 и t4 упомянутое соотношение сохраняется на уровне дозированного минимального количества топлива, даже когда ЧВД и нагрузки изменяются (оставаясь в пределах первого диапазона).
В момент t4, при следующем резком нажатии на педаль акселератора, двигатель может перейти из первого в третий диапазон ЧВД/нагрузок диаграммы (ФИГ. 4). То есть ЧВД может быть выше третьего порога ЧВД, тогда как нагрузка двигателя может возрасти выше второго порога нагрузки двигателя. Соответственно, в подаче топлива в двигатель может осуществляться переход от подачи топлива преимущественно (но не исключительно) прямым впрыском к подаче топлива, в большей степени, впрыском во впускные каналы. Конкретно, в данном случае впрыск во впускные каналы в интервале времени от t4 до t5 увеличивается от дозированного минимального количества 507 до большего количества, например, до 20% впрыска во впускные каналы, с подачей остальной части топлива (например, 80%) прямым впрыском. То есть в интервале между моментами t4 и t5 упомянутое соотношение сохраняется, и во впускные каналы подают несколько больше дозированного минимального количества топлива, даже когда ЧВД и нагрузки изменяются (оставаясь в пределах третьего диапазона).
В момент t5, при резком отпускании педали акселератора, двигатель может перейти из третьего в первый диапазон ЧВД/нагрузок диаграммы (ФИГ. 4). То есть ЧВД может снизиться сильнее, в то время как нагрузка двигателя может снизиться меньше. Соответственно, в подаче топлива в двигатель может осуществляться обратный переход к подаче топлива преимущественно (но не исключительно) прямым впрыском. Конкретно, в данном случае после момента t5 впрыск во впускные каналы возвращается к уровню дозированного минимального количества 507, с подачей основного объема топлива прямым впрыском.
В одном из примеров способ для двигателя включает следующие шаги: в режиме без неисправности топливной системы подают топливо под давлением в топливную рампу впрыска во впускные каналы и в топливную рампу прямого впрыска с помощью высоконапорного топливного насоса с приводом от двигателя; и подают в двигатель по меньшей мере дозированное минимальное количество топлива, большее нуля, впрыском во впускные каналы на каждый цикл горения. В одном из дальнейших вариантов осуществления вышеприведенного примера подачу во впускные каналы по меньшей мере дозированного минимального количества топлива выполняют независимо от замеренной температуры топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Во всех вышеприведенных примерах, дополнительно или альтернативно, подача топлива включает сохранение впрыска во впускные каналы дозированного минимального количества топлива при изменении условий частоты вращения и нагрузки двигателя в пределах первого диапазона условий частоты вращения и нагрузки двигателя двигателя. Во всех вышеприведенных примерах первый диапазон включает ЧВД, превышающие первый порог ЧВД, и нагрузки двигателя, превышающие первый порог нагрузки. Во всех вышеприведенных примерах способ может дополнительно или альтернативно включать шаг, на котором переводят впрыск во впускные каналы с дозированного минимального количества на некоторое первое количество в ответ на изменение условий частоты вращения и нагрузки двигателя от первого диапазона ко второму диапазону, причем второй диапазон включает нагрузки двигателя, которые ниже первого порога нагрузки, и ЧВД, превышающие второй порог ЧВД, который выше, чем первый порог ЧВД, а упомянутое первое количество превосходит дозированное минимальное количество. Во всех предшествующих примерах, включающих упомянутый перевод, этот перевод может включать подачу некоторого количества топлива впрыском во впускные каналы, причем это количество получают линейной экстраполяцией значений в интервале от дозированного минимального количества в первом диапазоне до первого количества во втором диапазоне. Во всех вышеприведенных примерах способ может дополнительно или альтернативно включать шаг, на котором переводят впрыск во впускные каналы с дозированного минимального количества на некоторое второе количество, в ответ на изменение условий частоты вращения и нагрузки двигателя от первого диапазона к третьему диапазону, причем третий диапазон включает нагрузки двигателя, превышающие второй порог нагрузки, который выше, чем первый порог нагрузки, и ЧВД, превышающие третий порог ЧВД, который выше, чем второй порог ЧВД, а упомянутое второе количество меньше, чем упомянутое первое количество, и превосходит дозированное минимальное количество. Во всех предшествующих примерах, включающих упомянутый перевод, этот перевод может включать перевод от подачи в двигатель дозированного минимального количества топлива впрыском во впускные каналы к подаче топлива в двигатель только впрыском во впускные каналы в четвертом диапазоне, причем этот четвертый диапазон включает ЧВД ниже второго порога ЧВД и нагрузки двигателя ниже третьего порога нагрузки, меньшего, чем первый порог нагрузки. Во всех вышеприведенных примерах дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, определяют независимо от замеренной температуры топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы, но исходя из смоделированной температуры топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы.
Во всех предшествующих примерах способ дополнительно или альтернативно включает шаг, на котором подают оставшуюся часть общего количества впрыскиваемого топлива прямым впрыском. Во всех предшествующих примерах способ дополнительно или альтернативно включает шаг, на котором изменяют соотношение количества топлива, подаваемого впрыском во впускные каналы, и количества топлива, подаваемого прямым впрыском, при данной ЧВД, когда нагрузка двигателя увеличивается от минимальной до максимальной нагрузки, при сохранении впрыска во впускные каналы по меньшей мере на уровне минимального дозированного количества. Во всех примерах, содержащих изменение, это изменение включает переход от первого соотношения при данной ЧВД и минимальной нагрузке ко второму, другому соотношению при данной ЧВД и максимальной нагрузке, причем как первое, так и второе соотношение включает по меньшей мере упомянутое минимальное дозированное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы.
Во всех предшествующих примерах способ дополнительно или альтернативно включает шаг, на котором изменяют соотношение количества топлива, подаваемого впрыском во впускные каналы, и количества топлива, подаваемого прямым впрыском, при данной нагрузке двигателя, когда ЧВД увеличивается от минимальной до максимальной ЧВД, при сохранении впрыска во впускные каналы по меньшей мере на уровне минимального дозированного количества. Во всех примерах, содержащих изменение, это изменение включает переход от первого соотношения при данной нагрузке двигателя и минимальной ЧВД ко второму, другому соотношению при данной нагрузке двигателя и максимальной ЧВД, причем как первое, так и второе соотношение включает по меньшей мере минимальное дозированное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы.
Во всех предшествующих примерах способ дополнительно или альтернативно включает следующие шаги: если выполнены условия отсечки топлива в режиме замедления, то прекращают впрыск топлива как через форсунку впрыска во впускные каналы, соединенную с топливной рампой впрыска во впускные каналы, так и через форсунку прямого впрыска, соединенную с топливной рампой прямого впрыска топлива, и вновь разрешают сжигание топлива в цилиндре исходя из увеличения запроса водителя при первом условии, а при втором условии вновь разрешают сжигание в соответствии с оценкой температуры топливной рампы без увеличения запроса водителя.
В другом примере способ для системы двойного впрыска топлива включает следующие шаги: если запрашивается подача топлива только прямым впрыском, такой запрос отклоняют и подают первое, дозированное минимальное количество топлива впрыском во впускные каналы, а второе, оставшееся количество - прямым впрыском. Предыдущий пример дополнительно или опционно включает следующие шаги: изменяют соотношение упомянутых первого и второго количеств топлива при данной ЧВД, когда нагрузка двигателя увеличивается от минимальной до максимальной, при сохранении первого дозированного минимального количества топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Во всех предшествующих примерах упомянутое изменение дополнительно или опционно включает переход от первого соотношения при данной ЧВД и минимальной нагрузке ко второму, другому соотношению при данной ЧВД и максимальной нагрузке, причем как первое, так и второе соотношение включает по меньшей мере упомянутое первое дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Во всех предшествующих примерах способ дополнительно или опционно включает следующие шаги: изменяют соотношение упомянутых первого и второго количеств при данной нагрузке двигателя, когда ЧВД увеличивается от минимальной до максимальной, при сохранении впрыска во впускные каналы по меньшей мере на уровне упомянутого первого дозированного минимального количества топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Во всех предшествующих примерах упомянутое изменение дополнительно или опционно включает переход от первого соотношения при данной нагрузке двигателя и минимальной ЧВД ко второму, другому соотношению при данной нагрузке двигателя и максимальной ЧВД, причем как первое, так и второе соотношение включает по меньшей мере упомянутое первое дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы. Во всех предшествующих примерах условия дополнительно или опционно включают режим без неисправности системы впрыска топлива и прогрев двигателя. Во всех предшествующих примерах способ дополнительно или опционно включает следующие шаги: моделируют температуру топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы и оценивают дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, исходя из смоделированной температуры топлива.
Еще один пример способа для двигателя с возможностью двойного впрыска топлива включает следующие шаги: при всех непусковых режимах работы двигателя подают в двигатель по меньшей мере некоторое дозированное минимальное количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы и только часть топлива в рабочем режиме эксплуатации двигателя подают прямым впрыском. Предыдущий пример способа может дополнительно или альтернативно включать следующий шаг: в ответ на переход из одной области ЧВД/нагрузок в другую подают во впускные каналы больше дозированного минимального количества топлива - и соответственно меньше топлива подают в двигатель прямым впрыском. Во всех предшествующих примерах шаг, на котором подают во впускные каналы больше дозированного минимального количества топлива, дополнительно или опционно включает шаг, на котором подают топливо в двигатель только впрыском во впускные каналы и не подают топливо в двигатель прямым впрыском.
Таким образом, путем сохранения впрыска во впускные каналы по меньшей мере некоторого дозированного минимального количества топлива при любых условиях работы двигателя, когда двигатель прогрет и топливо подают в непусковом режиме, могут быть снижены ошибки подачи топлива вследствие нагрева (или кипения) подаваемого топлива и образования паров топлива в топливной рампе впрыска во впускные каналы. Благодаря малой подаче по меньшей мере дозированного минимального количества топлива через топливную рампу впрыска во впускные каналы, возможна регулировка температуры в топливной рампе впрыска во впускные каналы даже при изменении ЧВД/нагрузок двигателя - без необходимости использовать специальный температурный датчик или сложные программы регулировки температуры топлива. Благодаря подаче дозированного минимального количества топлива впрыском во впускные каналы, более экономичное регулирование температуры достигается даже в тех диапазонах ЧВД/нагрузок, где, в других способах выдается команда только на прямой впрыск топлива.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько 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 графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме 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 схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. 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 они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.