СПОСОБ ДЛЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ (ВАРИАНТЫ) И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА
METHOD FOR FUEL SYSTEM (EMBODIMENTS) AND FUEL SYSTEM

Область техники
Настоящая заявка относится к реализации смазывания с нулевым расходом (СНР) для топливного насоса высокого давления в двигателе внутреннего сгорания, принимая во внимание изменения модуля объемной деформации топливной системы.
Уровень техники
Некоторые системы двигателей автомобилей используют одновременно систему непосредственного впрыска топлива и систему распределенного впрыска. Система подачи топлива может включать в себя несколько топливных насосов для подачи давления топлива на топливные форсунки. В качестве одного из примеров, система подачи топлива может содержать топливный насос низкого давления (или топливоподкачивающий насос) и топливный насос высокого давления, устанавливаемые между топливным баком и топливными форсунками. Топливный насос высокого давления может быть установлен в системе непосредственного впрыска, выше по потоку от топливной рампы для повышения давления топлива, подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки непосредственного впрыска. Однако, когда топливный насос высокого давления находится в выключенном состоянии, например в таких случаях когда не запрашивается непосредственный впрыск топлива, может пострадать долговечность насоса, так как насос может быть запущен механически с использованием коленчатого вала двигателя или распределительного вала. В особенности, в то время как насос высокого давления находится в нерабочем состоянии, может быть ограничено смазывание и охлаждение насоса, вследствие чего это может привести к ухудшению состояния насоса.
Различные методики смазывания с нулевым расходом (СНР) могут быть применены для решения данной проблемы. В одном из примерных подходов в методике смазывания с нулевым расходом может использоваться известное соотношение между давлением в топливной рампе и коэффициентом заполнения насоса для данной жидкости при данном температурном режиме. Изученная передаточная функция затем используется для определения коэффициента заполнения, выдаваемого на основе давления в топливной рампе, чтобы не увеличивалось давление в топливной рампе, когда применяется определенный коэффициент заполнения. В частности, применяемый коэффициент заполнения может регулироваться для обеспечения требуемого смазывания насоса высокого давления без увеличения давления в рампе.
Раскрытие изобретения
Однако, авторы изобретения выявили возможную проблему, связанную с таким подходом. Передаточную функцию изучают с модулем объемной деформации топливной системы при изучаемых состояниях для уменьшения вариативности между деталями. Например, передаточную функцию можно изучать с модулем объемной деформации при номинальных состояниях. Однако, когда изученная передаточная функция применяется при состояниях, при которых модуль объемной деформации отличается от изучаемых состояний, это может привести к погрешностям. Например, передаточная функция может применяться при состояниях, отличных от номинальных. Таким образом, модуль объемной деформации может значительно изменяться с изменением температуры топлива, давления топлива, а также типа топлива. Погрешности могут быть таковыми, что применяемый коэффициент заполнения не будет обеспечивать требуемое смазывание. Дополнительно, погрешность может привести к увеличению давления топлива, когда не требуется его увеличение. В целом, ухудшаются рабочие характеристики топливного насоса.
В одном из примеров вышеуказанные недостатки могут быть устранены с помощью способа для топливной системы двигателя, содержащего: изучение передаточной функции между коэффициентом заполнения для топливного насоса высокого давления и давлением в топливной рампе для форсунки непосредственного впрыска топлива при номинальных состояниях модуля объемной деформации; и при состояниях, при которых не производят непосредственного впрыска топлива в двигатель, работу топливного насоса с коэффициентом заполнения, основанным на изученной передаточной функции и расчете мгновенного модуля объемной деформации. Таким образом, передаточная функция для смазывания с нулевым расходом топливного насоса высокого давления может изучаться более надежным способом, улучшая смазывание топливного насоса.
В одном из вариантов осуществления способа по настоящему изобретению расчет мгновенного модуля объемной деформации может быть основан на состояниях топлива, содержащих одно или более таких состояний топлива как температура топлива, давление топлива и состав топлива.
Еще в одном варианте осуществления способа состав топлива подразумевает содержание спирта в топливе.
Еще в одном варианте осуществления способа передаточная функция содержит аффинное соотношение.
Еще в одном варианте осуществления способа работа подразумевает работу топливного насоса с коэффициентом заполнения, основанным на обновленной передаточной функции, причем обновленная передаточная функция подразумевает изученную передаточную функцию, скорректированную с помощью поправочного коэффициента, причем поправочный коэффициент основан на расчете мгновенного модуля объемной деформации относительно номинального модуля объемной деформации.
Еще в одном варианте осуществления способа форсунка непосредственного впрыска топлива соединена с топливным насосом высокого давления, и причем двигатель дополнительно содержит форсунку распределенного впрыска, причем при состояниях, при которых не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель, топливо в двигатель подают только через форсунку распределенного впрыска.
Еще в одном варианте осуществления способам состояния, при которых не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель, предполагают частоту вращения и нагрузку двигателя ниже соответствующих пороговых значений.
Еще в одном варианте осуществления способа состояния, при которых не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель, предполагают одно из следующих состояний: состояние режима холостого хода двигателя, при котором давление в топливной рампе ниже порогового значения, состояние останова двигателя и состояние прекращения подачи топлива при замедлении, при котором давление в топливной рампе ниже порогового значения.
Еще в одном варианте осуществления способа работа с коэффициентом заполнения подразумевает работу с коэффициентом заполнения для обеспечения управления в режиме замкнутого контура давлением в топливной рампе.
Еще в одном варианте осуществления способа изучение передаточной функции для номинальных состояний модуля объемной деформации предполагает изучение первоначальной передаточной функции при состояниях модуля объемной деформации, отличных от номинальных, и регулировку первоначальной передаточной функции с помощью поправочного коэффициента, основанного на состояниях модуля объемной деформации, отличных от номинальных, относительно номинальных состояний модуля объемной деформации.
Например, в системе двигателя, в которую топливо подается как с помощью распределенного впрыска, так и непосредственного впрыска, насос высокого давления может использоваться для увеличения давления топлива в топливной рампе (непосредственного впрыска), соединенной с форсунками непосредственного впрыска. Насос низкого давления может быть соединен выше по потоку от насоса высокого давления и может подавать давление на форсунки распределенного впрыска на другой рампе, в дополнение к подаче топлива на впуск топливного насоса высокого давления. При состояниях, при которых не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель, например, когда осуществляют только распределенный впрыск топлива в двигатель, нулевой коэффициент заполнения может применяться к топливному насосу высокого давления в течение периода времени для измерения среднего изменения давления в топливной рампе непосредственного впрыска с течением времени в связи с колебаниями температуры топлива. Таким образом, оно может быть опорным (например, базовым) изменением давления в топливной рампе. Как только нормализуется давление в топливной рампе, и при этом пока все еще не производится непосредственный впрыск топлива во вращающийся двигатель, первый коэффициент заполнения может применяться к топливному насосу высокого давления, и может регистрироваться получаемое изменение давления в топливной рампе непосредственного впрыска. Коэффициент заполнения насоса высокого давления может пошагово изменяться в небольшом количестве (например, 1%, 2%, 3%), и точки данных давления в топливной рампе могут регистрироваться, как только прекращается изменение давления в камере. Соотношение между коэффициентом заполнения и давлением в рампе может быть изучено при имеющихся состояниях топлива, которые могут отличаться от номинальных состояний модуля объемной деформации. Передаточная функция коэффициента заполнения при номинальных состояниях модуля объемной деформации может быть изучена адаптивно на основе соотношения путем компенсации, используемой для изменения состояний топлива во время изучения по сравнению с состояниями объемной деформации. Затем, при состояниях, при которых запрашивается смазывание с нулевым расходом топливного насоса высокого давления, например, когда производится только распределенный впрыск топлива во вращающийся двигатель, изученная передаточная функция при номинальных состояниях модуля объемной деформации может применяться после регулировки передаточной функции с поправочным коэффициентом для компенсации различий между расчетом номинального модуля объемной деформации и расчетом мгновенного модуля объемной деформации. Таким образом, модуль объемной деформации топлива во время смазывания с нулевым расходом может отличаться от модуля объемной деформации топлива во время изучения передаточной функции, при этом в обоих случаях с отличием разной степени от расчета номинального модуля объемной деформации топлива. Расчет мгновенного модуля объемной деформации может определяться в зависимости от температуры топливной рампы, текущего давления в топливной рампе и типа топлива в топливной рампе. Коэффициент заполнения может применяться к топливному насосу высокого давления на основе передаточной функции, отрегулированной по топливу, чтобы не повышать давление в топливной рампе и обеспечивать достаточное смазывание насоса.
Таким образом, путем изучения передаточной функции между коэффициентом заполнения и давлением в рампе для топливного насоса высокого давления улучшается надежность контроля смазывания с нулевым расходом для топливного насоса высокого давления с целью адаптации к различным топливным системам и типам топлива. Путем определения передаточной функции для номинальных состояний модуля объемной деформации и, затем, применения передаточной функции к состояниям, отличным от номинальных, при этом используя поправку для разности между номинальным модулем объемной деформации и модулем объемной деформации во время применения передаточной функции, уменьшаются погрешности коэффициента заполнения в контроле СНР, связанные с различиями, вызванными типами топлива и конфигурациями топливных систем. Благодаря возможности изучения передаточной функции при первом состоянии топлива, и, затем, применяя ее ко второму, другому состоянию топлива, смазывание с нулевым расходом может быть с легкостью адаптировано к различным топливным системам и различным типам топлива без необходимости изучения передаточной функции при каждом состоянии топлива. В целом, требуемое смазывание достигается, а давление топлива не увеличивается выше требуемого давления.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрыты более подробно. Оно не предназначено для определения ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, объем которого определен пунктами формулы, приведенными после раскрытия. Далее, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 схематически иллюстрирует примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
ФИГ. 2 схематически иллюстрирует примерный вариант осуществления топливной системы, которую можно использовать с двигателем согласно ФИГ. 1.
ФИГ. 3 иллюстрирует пример топливного насоса высокого давления (НВД) непосредственного впрыска топливной системы со ссылкой ФИГ. 2.
ФИГ. 4 изображает изменение давления в топливной рампе с изменением коэффициента заполнения НВД при состояниях СНР.
ФИГ. 5 изображает сбор данных для теста смазывания с нулевым расходом в ходе повторяющихся циклов алгоритма изучения передаточной функции СНР, как, например, алгоритма на ФИГ. 10.
ФИГ. 6 показывает подробный пример изменений давления в топливной рампе непосредственного впрыска и давления камеры топливного насоса высокого давления с изменениями коэффициента заполнения, применяемого к топливному насосу высокого давления.
ФИГ. 7 изображает изменения передаточной функции СНР в зависимости от температуры топливной рампы.
ФИГ. 8 изображает различия передаточной функции СНР с использованием и без использования поправки для изменений модуля объемной деформации топлива.
ФИГ. 9 изображает примерный алгоритм для изучения передаточной функции СНР и применения изученной передаточной функции СНР для обеспечения смазывания НВД.
ФИГ. 10 изображает примерный алгоритм для изучения передаточной функции СНР при состояниях модуля объемной деформации топлива, отличных от номинальных, путем пошагового увеличения коэффициента заполнения, применяемого к НВД.
Осуществление изобретения
В последующем подробном раскрытии приводится информация, относящаяся к топливному насосу высокого давления, соответствующим топливным системам и системам двигателя и изучению передаточной функции для обеспечения смазывания с нулевым расходом насоса. Примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания представлен на ФИГ. 1, причем на ФИГ. 2-3 изображены примерные варианты топливной системы, которые могут быть использованы с двигателем на ФИГ. 1. Пример насоса высокого давления, выполненного с возможностью обеспечения непосредственного впрыска топлива в двигатель, показан в подробностях на ФИГ. 3. Контроллер может выполнять алгоритм управления, такой как алгоритм на ФИГ. 9-10, для изучения передаточной функции между коэффициентом заполнения топливного насоса высокого давления и давлением в топливной рампе непосредственного впрыска, присоединенной ниже по потоку от насоса. Передаточная функция может изучаться при состояниях модуля объемной деформации топлива, отличных от номинальных, путем пошагового увеличения коэффициента заполнения насоса высокого давления и изучения соответствующего давления в топливной рампе, как только давление в камере насоса стабилизируется (ФИГ. 5-6). Путем повторения шагов возможно создание графика, который в дальнейшем может быть использован для вычисления передаточной функции (ФИГ. 4). Изученная передаточная функция может преобразовываться и сохраняться в качестве передаточной функции номинальных состояний модуля объемной деформации топлива, которая в дальнейшем применяется, когда запрашивается использование смазывания с нулевым расходом. Изученная передаточная функция может корректироваться с использованием поправочного коэффициента, основанного на текущих состояниях модуля объемной деформации топлива с целью компенсации эффекта, возникающего от изменения состояний топлива, для изученной передаточной функции (ФИГ. 7-8). Таким образом, возможно уменьшение погрешностей управления давлением в топливной рампе.
Что касается терминологии, используемой в этом раскрытии изобретения, представлено несколько графов, на которых точки данных построены на 2-мерных графах. Термин «граф» или «график» используется как для обозначения графика в целом, так и отдельной кривой/линии. Дополнительно, термин «насос высокого давления» или «насос непосредственного впрыска» может быть сокращен как «насос НВ», «насос ВД» или «НВД». Подобным же образом, термин «насос низкого давления» или «топливоподкачивающий насос» может быть сокращен до терминов «насос НД» или «ННД». Также, термин «давление в топливной рампе» или значение давления топлива в топливной рампе для форсунок непосредственного впрыска может быть сокращено до аббревиатуры ДТР. Смазывание с нулевым расходом (СНР) может относится к схемам работы насоса высокого давления, в которых, по существу, не происходит перекачивания топлива в топливную рампу (которая может содержать топливную рампу непосредственного впрыска), при этом сохраняя давление в топливной рампе на уровне, близком к постоянному, или с пошаговым увеличением давления в топливной рампе. СНР может использоваться для получения данных нулевого расхода, в соответствии с дальнейшим раскрытием. В соответствии с вышеуказанным кратким описанием коэффициент заполнения насоса используется со ссылкой на насос высокого давления и также относится к закрытию перепускного клапана или фазам газораспределения. Кроме того, перепускной клапан является эквивалентом впускного обратного клапана с электромагнитным приводом.
ФИГ. 1 иллюстрирует примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере, частично с помощью системы 12 управления, и с помощью входных данных от водителя 130 автомобиля через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для создания пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 14 (далее по тексту в настоящей заявке также именуемый как «камера сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенными внутри них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен, по крайней мере, с одним приводным колесом пассажирского автомобиля через трансмиссионную систему. Дополнительно, стартер (не показано) может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для возможности пуска двигателя 10.
Впуск воздуха в цилиндр 14 может осуществляться через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может быть выполнен с возможностью сообщения с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя нагнетающее устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, Фиг. 1 иллюстрирует двигатель 10, сконструированный с турбонагнетателем 174, предусмотренным между впускным воздушным каналом 142 и 144, а также газовой турбиной 176, предусмотренной на выпускном канале 148. Компрессор 174 может быть по меньшей мере частично приведен в действие газовой турбиной 176 через вал 180, если устройство наддува выполнено как турбонагнетатель. Однако, в других примерах, когда двигатель 10 оснащается нагнетателем, газовая турбина 176 не является обязательной и может быть исключена, если компрессор 174 может быть приведен в действие механически при помощи мотора или двигателя. Дроссель 162, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть установлен на впускном канале двигателя для изменения уровня расхода и/или давления воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку относительно компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или в другом варианте осуществления он может быть установлен выше по потоку относительно компрессора 174.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10, дополнительно к цилиндру 14. Датчик 128 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности. Датчик 128 выбирается из различных подходящих датчиков, показывающих воздушно-топливное отношение в отработавших газах, например, линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (в соответствии с изображением), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота (OA), углеводородов (НС) или монооксида углерода (СО). Устройством 178 контроля токсичности может быть трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель оксидов азота (OA), различные устройства контроля токсичности или их сочетания.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 изображен с как минимум одним впускным тюльпанообразным клапаном 150 и как минимум одним выпускным тюльпанообразным клапаном 156, установленными в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый из цилиндров двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может содержать как минимум два выпускных тюльпанообразных клапана, установленных в верхней части цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством привода 152. Подобным же образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством привода 154. При определенных состояниях контроллер 12 может изменять сигналы, отправляемые приводам 152 и 154 для управления открытием и закрытием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно определять с помощью соответствующих датчиков положения клапана (не показаны). Приводы клапанов могут быть электрического типа или кулачкового типа или их комбинацией. Фазы газораспределения для впускного и выпускного клапана могут контролироваться одновременно или может быть использован любой вариант изменения фаз кулачкового распределения впускных клапанов, выпускных клапанов, двойное независимое изменение фаз кулачкового распределения или фиксированные фазы кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12 для регулировки работы клапанов. Например, цилиндр 14 в других случаях может содержать впускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, включая ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления впускным и выпускным клапаном можно управлять с помощью общего привода клапана или приводной системы, или с помощью привода изменения фаз газораспределения или приводной системы.
Цилиндр 14 может обладать степенью сжатия, т.е. соотношением объемов, когда поршень 138 находится в нижней точке и верхней точке. В одном из примеров степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании различных видов топлива, степень сжатия может быть увеличена. Это происходит, например, при использовании видов топлива с более высоким октановым числом или с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может быть также увеличена при непосредственном впрыске из-за его влияния на детонацию.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (03) для свечи от контроллера 12 при выбранном рабочем режиме. Однако, в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, когда в двигателе 10 сгорание инициируется путем самовозгорания или впрыском топлива, как, например, в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для впрыска топлива. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 показан с двумя топливными форсунками 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, полученного от топливной системы 8. Как показано на ФИГ. 2 и 3, топливная система 8 может содержать один или более топливных баков, топливных насосов и топливных рамп. Топливная форсунка 166 изображена присоединенной напрямую к цилиндру 14 для непосредственного впрыска топлива в него пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ШИВТ-1), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что называется непосредственным впрыском (далее именуемый «НВ») топлива в цилиндр 14. На ФИГ. 1 показана топливная форсунка 166, расположенная на одной из сторон цилиндра 14, но в качестве альтернативы она может быть установлена над поршнем, например рядом со свечой 192 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание, когда двигатель работает на топливе на основе спирта, поскольку некоторые виды топлива на основе спирта имеют более низкую испаряемость. В альтернативном варианте осуществления, топливная форсунка устанавливается над и рядом с впускным клапаном, улучшая смешивание. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливного бака топливной системы 8 через топливный насос высокого давления и топливную рампу. Дополнительно, топливный бак может иметь датчик давления, передающий сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана установленной во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, и такая конфигурация обеспечивает так называемый распределенный впрыск топлива (здесь и далее называемые РВТ) во впускной канал выше по потоку относительно цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо, полученное от топливной системы 8, пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ШИВТ-2), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Следует отметить, что единый драйвер 168 или 171 может использоваться для обеих системы впрыска топлива, или могут использоваться несколько драйверов, например драйвер 168 для топливной форсунки 166 и драйвер 171 для топливной форсунки 170, как показано.
В другом примере каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как форсунка непосредственного впрыска топлива для непосредственного впрыска топлива в цилиндр 14. В другом примере каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как топливная форсунка для распределенного впрыска топлива выше по потоку от впускного клапана 150. В других примерах цилиндр 14 может содержать только одну топливную форсунку, выполненную с возможностью получения разных типов топлива из топливной системы в разных относительных количествах как топливную смесь и далее выполнена с возможностью впрыска этой топливной смеси либо непосредственно в цилиндр как топливная форсунка непосредственного впрыска, либо выше по потоку от впускных клапанов как форсунка распределенного впрыска. Таким образом, следует понимать, что топливные системы, раскрытые в настоящей заявке, не ограничиваются конкретными конфигурациями топливных форсунок, раскрытых в настоящей заявке в качестве примеров.
Топливо может подаваться в цилиндр обеими форсунками за один цикл цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть от общего количества впрыскиваемого топлива, которое сгорает в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительный объем топлива, подаваемого каждой форсункой, может изменяться в зависимости от рабочих условий, например, нагрузки двигателя, детонации и температуры отработавших газов, как раскрыто далее в настоящей заявке. Топливо распределенного впрыска может подаваться при открытии впускного клапана, закрытии впускного клапана (например, фактически перед тактом впуска), так же как при работе с открытым и с закрытым впускным клапаном. Подобным же образом, топливо, впрыскиваемое непосредственно, может подаваться во время такта впуска и частично во время предшествующего такта выпуска, во время такта впуска и частично во время такта сжатия, например. Таким образом, даже для одного события по сгоранию топлива поданное топливо может быть впрыснуто с различными настройками синхронизации для форсунки распределенного впрыска топлива и для форсунки непосредственного впрыска. Более того, для одного события по сгоранию топлива в течение цикла может выполняться несколько актов впрыска подаваемого топлива. Несколько актов впрыска могут выполняться в такте сжатия, такте впуска или в любом подходящем их сочетании.
В соответствии с вышеуказанным описанием, ФИГ. 1 изображает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Соответственно, каждый из цилиндров может таким же образом содержать собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров, включая варианты с 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или большим количеством цилиндров. Более того, каждый из таких цилиндров может содержать несколько или все из различных компонентов, раскрытых и изображенных на ФИГ. 1 применительно к цилиндру 14.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Такие отличия могут подразумевать отличия в размере, например одна форсунка может иметь отверстие увеличенного размера по сравнению с другой. Другие отличия включают, не ограничиваясь, различные углы распыления, различные рабочие температуры, различную направленность, различную регулировку впрыска по времени, различные характеристики распыления, различные места расположения и т.д. Более того, в зависимости от коэффициента распределения впрыснутого топлива между форсунками 170 и 166 могут достигаться различные результаты.
Топливные баки в топливной системе 8 могут содержать топливо различных типов, например, типы топлива, обладающие различными качествами или различным составом. Эти различия могут подразумевать различные содержания спирта, различные содержания воды, разные октановые числа, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их сочетания и т.д. Один из примеров топлива с разной теплотой парообразования может содержать бензин в качестве первого типа топлива с меньшей теплотой парообразования и этанол в качестве второго типа топлива с большей теплотой парообразования. В другом примере в двигателе может использоваться бензин в качестве первого типа топлива и спиртосодержащая топливная смесь, такая как Е85 (приблизительно состоящая из 85% этанола и 15% бензина), или М85 (приблизительно состоящая из 85% метанола и 15% бензина) в качестве второго типа топлива. Прочие подходящие вещества включают воду, метанол, смесь спирта и воды, смесь воды и метанола, смесь спиртов и т.д.
В другом примере оба типа топлива могут быть спиртосодержащими смесями с различным содержанием спирта, причем первый тип топлива может быть смесью бензина и спирта с меньшей концентрацией спирта, такой как ЕЮ (с приблизительным содержанием 10% этанола), а второй тип топлива может быть смесью бензина и спирта с большей концентрацией спирта, такой как Е85 (с приблизительным содержанием 85% этанола). Кроме того, первый и второй вид топлива также могут различаться по другим качествам топлива, таким как разная температура, вязкость, октановое число и т.д. Более того, топливные характеристики одного или обоих топливных баков могут часто варьироваться, например, из-за ежедневных изменений, вызванных доливом топлива в бак. Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорное устройство (МПУ) 106, порты 108 ввода-вывода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 110 в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 112, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, 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; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. На основе сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД). Сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика давления в коллекторе может использоваться для предоставления указания на вакуум или давления во впускном коллекторе.
ФИГ. 2 схематически изображает пример топливной системы 8 в соответствии с ФИГ. 1. Топливная система 8 может управляться для подачи топлива в двигатель, такой как двигатель 10 на ФИГ. 1. Топливная система 8 может управляться контроллером для выполнения некоторых или всех операций, описываемых со ссылкой на технологические последовательности на ФИГ. 10-11.
Топливная система 8 может подавать топливо в двигатель из одного или более различных источников топлива. В качестве неограничивающего примера может использоваться первый топливный бак 202 и второй топливный бак 212. Несмотря на то, что топливные баки 202 и 212 раскрываются в контексте раздельных емкостей для хранения топлива, следует понимать, что эти топливные баки вместо этого могут быть выполнены в качестве одного топливного бака с раздельными областями хранения топлива, разделенными стенкой или другой подходящей мембраной. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления эта мембрана может быть выполнена с возможностью избирательной передачи выбранных компонентов топлива между двумя или более областями хранения топлива, тем самым обеспечивая, по меньшей мере, частичное разделение топливной смеси мембраной на первый тип топлива в первой области хранения топлива и второй тип топлива во второй области хранения топлива.
В некоторых примерах в первом топливном баке 202 может хранится топливо первого типа, при этом во втором топливном баке 212 может хранится топливо второго типа, причем первый и второй типы топлива отличаются друг от друга составом. В качестве неограничивающего примера второй тип топлива, содержащийся во втором топливном баке 212, может иметь более высокую концентрацию одного или более компонентов, придающих второму типу топлива относительно большую способность подавления детонации по сравнению с первым топливом.
Например, как первое топливо, так и второе топливо может содержать один или более углеводородных компонентов, но второе топливо может также содержать более высокую концентрацию спиртового компонента по сравнению с первым топливом. В некоторых состояниях такой спиртовой компонент может способствовать подавлению детонации в двигателе при присутствии его в соответствующем количестве в отношении первого типа топлива и может содержать любой подходящий спирт, например, этанол, метанол и т.д. Так как спирт способен обеспечивать более эффективное подавление детонации, чем некоторые виды топлива на основе углеводородов, например, бензиновое и дизельное, в силу повышенной скрытой теплоты от выпаривания и мощности охлаждения заряда воздушно-топливной смеси спирта, топливо, содержащее повышенную концентрацию спиртового компонента может выборочно использоваться для обеспечения более эффективного подавления детонации двигателя в определенных рабочих условиях.
В качестве другого примера, к спирту (например, этанолу, метанолу) могут добавлять воду. Таким образом, вода снижает воспламеняемость спиртового топлива, обеспечивая дополнительные возможности для хранения топлива. Кроме того, теплота от выпаривания водного компонента усиливает способность спиртового топлива действовать как антидетонатор. Вода может также действовать в качестве разбавителя для контроля температуры в камере сгорания, такой как камера 14 сгорания на ФИГ. 1. А также водный компонент может сократить общую себестоимость топлива.
В качестве конкретного неограничивающего примера первый тип топлива в первом топливном баке может содержать бензин, а второй тип топлива во втором топливном баке может содержать этанол. В качестве другого неограничивающего примера первый тип топлива может содержать бензин, а второй тип топлива может содержать смесь бензина и этанола. В других примерах как первый тип топлива, так и второй тип топлива может содержать бензин и этанол, при этом второй тип топлива содержит большую концентрацию такого компонента как этанол по сравнению с первым топливом (например, ЕЮ в качестве первого типа топлива и Е85 в качестве второго типа топлива). В другом примере второй тип топлива может иметь относительно более высокое октановое число в сравнении с первым типом топлива, тем самым делая второе топливо более эффективным антидетонатором по сравнению с первым топливом. Следует понимать, что эти примеры следует рассматривать в качестве неограничивающих примеров, поскольку возможно использование других подходящих типов топлива с относительно разными характеристиками подавления детонации. В других примерах как в первом, так и во втором топливном баке может содержаться одно и то же топливо. Несмотря на то, что на изображенном примере проиллюстрировано два топливных бака с двумя различными типами топлива, следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления может использоваться только один топливный бак с одним типом топлива.
Вместительность топливных баков 202 и 212 может отличаться. На изображенном примере, на котором во втором топливном баке 212 хранится топливо с более высокой способностью подавления детонации, второй топливный бак 212 может иметь меньшую вместительность по сравнению с первым топливным баком 202. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления вместительность топливных баков 202 и 212 может быть одинаковой.
Топливо может подаваться в топливные баки 202 и 212 по соответствующим топливным заправочным каналам 204 и 214. В одном из примеров, в котором в топливных баках хранится топливо различных типов, топливные заправочные каналы 204 и 214 могут содержать идентификационную маркировку топлива для идентификации типа топлива, которое необходимо доливать в соответствующий бак.
Первый топливный насос 208 низкого давления (ННД), связанный с первым топливным баком 202, может подавать первый тип топлива из первого топливного бака 202 в первую группу форсунок 242 распределенного впрыска, через первый топливный канал 230. В одном из примеров первый топливный насос 208 может быть электрическим топливным насосом низкого давления, расположенным, по меньшей мере, частично в пределах первого топливного бака 202. Топливо, подаваемое первым топливным насосом 208, может направляться под низким давлением в первую топливную рампу 240, соединенную с одной или более топливными форсунками первой группы форсунок 242 распределенного впрыска топлива (далее также именуемой первой группой форсунок). Как изображено, первая топливная рампа 240 распределяет топливо между четырьмя топливными форсунками первой группы форсунок 242, при этом следует понимать, что первая топливная рампа 240 может распределять топливо между любым необходимым количеством топливных форсунок. В одном из примеров первая топливная рампа 240 может направлять топливо в одну топливную форсунку первой группы форсунок 242 для каждого цилиндра двигателя. Следует обратить внимание, что в других примерах первый топливный канал 230 может подавать топливо в топливные форсунки первой группы форсунок 242 через две или более топливные рампы. Например, если цилиндры двигателя расположены в V-образной конфигурации, могут использоваться две топливные рампы для распределения топлива из первого топливного канала в каждую топливную форсунку первой группы форсунок. Топливный насос 228 непосредственного впрыска, содержащийся во втором топливном канале 232, и в который может подаваться топливо через ННД 208 или ННД 218. В одном примере топливный насос 228 непосредственного впрыска может быть представлен вытеснительным насосом с приводом от двигателя. Топливный насос 228 непосредственного впрыска может быть соединен с группой форсунок 252 непосредственного впрыска через вторую топливную рампу 250 и группой форсунок 242 распределенного впрыска через электромагнитный клапан 236. Таким образом, топливо под низким давлением, подаваемое первым топливным насосом 208, может далее сжиматься топливным насосом 228 непосредственного впрыска для подачи топлива под повышенным давлением для непосредственного впрыска во вторую топливную рампу 250, соединенную с одной или более форсунками 252 непосредственного впрыска топлива (далее также именуемыми второй группой форсунок). В некоторых примерах выше по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска могут располагать топливный фильтр (не показан) для удаления твердых частиц из топлива. Дополнительно, в некоторых примерах накопитель давления топлива (не показан) может быть присоединен ниже по потоку от топливного фильтра между насосом низкого давления и насосом высокого давления.
Второй топливный насос 218 низкого давления, соединенный со вторым топливным баком 212, может подавать второй тип топлива из второго топливного бака 202 на форсунки 252 непосредственного впрыска через второй топливный канал 232. Таким образом, второй топливный канал 232 гидравлически соединяет как первый топливный бак, так и второй топливный бак с группой форсунок непосредственного впрыска. В одном из примеров второй топливный насос 218 может также быть электрическим топливным насосом низкого давления (ННД), расположенным, по меньшей мере, частично в пределах второго топливного бака 212. Таким образом, топливо под низким давлением, подаваемое топливным насосом 218 низкого давления, может далее под более высоким давлением, создаваемым топливным насосом 228 высокого давления для подачи топлива под более высоким давлением для непосредственного впрыска во вторую топливную рампу 250, соединенную с одной или более форсунками непосредственного впрыска топлива. В одном из примеров второй топливный насос 218 низкого давления и топливный насос 228 непосредственного впрыска может подавать второй тип топлива при более высоком давлении топлива во вторую топливную рампу 250 по сравнению с давлением топлива первого типа, подаваемого в первую топливную рампу 240 первым топливным насосом 208 низкого давления.
Гидравлическое сообщение между первым топливным каналом 230 и вторым топливным каналом 232 может быть достигнуто через первый и второй перепускной канал 224 и 234. В частности, первый перепускной канал 224 может соединять первый топливный канал 230 со вторым топливным каналом 232 выше по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска, при этом второй перепускной канал 234 может соединять первый топливный канал 230 со вторым топливным каналом 232 ниже по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска. Один или более клапанов сброса давления могут быть предусмотрены в топливных каналах и/или перепускных каналах для воспрепятствования или уменьшения обратного потока топлива в топливные баки. Например, первый клапан 226 сброса давления может быть предусмотрен в первом перепускном канале 224 для уменьшения или предотвращения обратного потока топлива из второго топливного канала 232 в первый топливный канал 230 и первый топливный бак 202. Второй клапан 222 сброса давления может быть предусмотрен во втором топливном канале 232 для уменьшения или предотвращения обратного потока топлива из первого или второго топливного канала во второй топливный бак 212. В одном из примеров насосы 208 и 218 низкого давления могут быть оснащены клапанами сброса давления, встроенными в насосы. Встроенные клапаны сброса давления могут ограничивать давление в топливных линиях соответствующих насосов. Например, клапан сброса давления, встроенный в первый топливный насос 208, может ограничивать давление, которое бы в противном случае создавалось в первой топливной рампе 240, если бы электромагнитный клапан 236 (намеренно или ненамеренно) был бы открыт и топливный насос 228 непосредственного впрыска выполнял бы перекачивание топлива.
В некоторых примерах первый и/или второй перепускной канал может также использоваться для передачи топлива между топливными баками 202 и 212. Передаче топлива может способствовать включение дополнительных обратных клапанов, клапанов сброса давления, электромагнитных клапанов и/или насосов в первый или второй перепускной канал, например, такого как электромагнитный клапан 236. В других примерах один из топливных баков может устанавливаться на большей высоте, чем другой топливный бак, при этом топливо может передаваться из топливного бака, находящегося на большей высоте, в топливный бак, находящийся на меньшей высоте, через один или более перепускных каналов. Таким образом, топливо может передаваться между топливными баками под воздействием силы тяжести без необходимости использования топливного насоса, способствующего передаче топлива.
Разнообразные компоненты топливной системы 8 связаны с системой управления двигателем, например, контроллер 12. Например, контроллер 12 может получать данные о рабочих условиях от различных датчиков, связанных с топливной системой 8 в дополнение к раскрытым выше датчикам со ссылкой на ФИГ. 1. Различные входные данные могут содержать, например, данные о количестве топлива в каждом из топливных баков 202 и 212 на основе показаний датчиков 206 и 216 уровня топлива соответственно. Контроллер 12 может также получать данные о составе топлива от одного или более датчиков состава топлива помимо или вместо определения состава топлива на основании данных датчика отработавших газов (например, датчика 128 в соответствии с ФИГ. 1). Например, данные о составе топлива в топливных баках 202 и 212 могут предоставляться датчиками 210 и 220 состава топлива соответственно. В дополнение или в качестве альтернативы могут устанавливать один или более датчиков состава топлива в любом подходящем месте в топливных каналах между топливным баком и соответствующими группами топливных форсунок. Например, в первой топливной рампе 240 или первом топливном канале 230 может быть установлен датчик 238 состава топлива, и/или во второй топливной рампе 250 или во втором топливном канале 232 может быть установлен датчик 248 состава топлива. В качестве неограничивающего примера, датчики состава топлива могут сообщать контроллеру 12 данные о содержании антидетонационного компонента в топливе или об октановом числе топлива. Например, один или более датчиков состава топлива могут сообщать данные о содержании в топливе спирта.
Следует отметить, что соответствующее расположение датчиков состава топлива в системе подачи топлива может обеспечивать разные эффекты. Например, датчики 238 и 248, расположенные в топливных рампах или топливных каналах, соединяющих топливные форсунки с одним или более топливными баками, могут предоставлять данные о получаемом составе топлива, когда смешиваются два или более различных видов топлива до его подачи в двигатель. С другой стороны, датчики 210 и 220 могут предоставлять данные о составе топлива в топливных баках, который может отличаться от состава топлива, в действительности подаваемого в двигатель.
Контроллер 12 также может управлять работой любого из топливных насосов 208, 218 и 228 для регулирования объема, давления, расхода потока и т.д., топлива, подаваемого в двигатель. В качестве одного из примеров, контроллер 12 может варьировать настройки давления, объем хода насоса, команду коэффициента заполнения насоса и/или расход потока топлива в топливных насосах для подачи топлива в разные точки топливной системы. Драйвер (не показан), выполненный с возможностью электронного соединения с контроллером 12, может использоваться для отправки управляющего сигнала любому из насосов низкого давления, по необходимости, для регулировки производительности (например, частоты вращения) соответствующего насоса низкого давления. Количество топлива первого или второго типа, подаваемого в группу форсунок непосредственного впрыска через насос непосредственного впрыска, может регулироваться путем регулировки и координирования производительности первого или второго насоса низкого давления и насоса непосредственного впрыска. Например, топливный насос низкого давления и топливный насос высокого давления могут поддерживать заранее заданное давление в топливной рампе. Датчик давления в топливной рампе, соединенный со второй топливной рампой, может быть выполнен с возможностью определения давления топлива в группе форсунок 252 непосредственного впрыска. Затем, на основании разницы между расчетным и требуемым давлением рампы, можно регулировать мощность насоса. В одном из примеров, в котором топливный насос высокого давления представлен топливным насосом с объемной производительностью, контроллер может регулировать клапан регулировки расхода насоса высокого давления для изменения полезного объема насоса при каждом ходе насоса.
Таким образом, когда работает топливный насос непосредственного впрыска, достижение пикового давления в компрессионной камере может обеспечить смазывание топливного насоса непосредственного впрыска. Дополнительно, достижение пикового давления в компрессионной камере может также привести к незначительному охлаждающему эффекту. Однако при состояниях, при которых не запрашивается работа насоса непосредственного впрыска топлива, например, когда не запрашивается непосредственный впрыск топлива, и/или когда уровень топлива во втором топливном баке 212 ниже порогового значения (то есть, недостаточное количество топлива-антидетонатора), насос непосредственного впрыска топлива не может смазываться в достаточной степени, если прерывается поток топлива, проходящего через насос.
В других вариантах осуществления топливной системы 8 на ФИГ. 2 второй топливный бак 212 может быть исключен из системы, таким образом, чтобы топливная система 8 представляла собой единую топливную систему как с распределенным, так и непосредственным впрыском. Кроме того, более двух видов топлива может использоваться в других вариантах осуществления. Кроме того, в других примерах, топливо может подаваться только на форсунки 252 непосредственного впрыска с пропуском форсунок 242 распределенного впрыска. В этой примерной системе топливный насос 208 низкого давления подает топливо на топливный насос 228 непосредственного впрыска через перепускной канал 224. Контроллер 12 регулирует производительность топливного насоса 228 непосредственного впрыска путем регулировки клапана регулировки расхода насоса 228 непосредственного впрыска. Насос непосредственного впрыска может прекращать подачу топлива в топливную рампу 250 при выбранных состояниях, таких как, например, во время замедления хода автомобиля или когда автомобиль движется вниз по склону. Дополнительно, при замедлении хода автомобиля или при движении автомобиля вниз по склону одна или более форсунок 252 непосредственного впрыска топлива могут быть деактивированы.
ФИГ. 3 показывает примерный вариант осуществления топливного насоса 228 непосредственного впрыска, показанного в системе на ФИГ. 2. Впуск 303 компрессионной камеры 308 топливного насоса непосредственного впрыска получает топливо через топливный насос низкого давления, как показано на ФИГ. 2. Давление топлива может увеличиваться при прохождении топлива через топливный насос 228 непосредственного впрыска и топливо может подаваться в топливную рампу через выпуск 304 насоса. В изображенном примере насос 228 непосредственного впрыска может быть представлен вытеснительным насосом с механическим приводом, содержащим насосный поршень 306 и поршневой шток 320, компрессионную насосную камеру 308 (далее также именуемую компрессионной камерой) и операционную камеру 318. Канал, соединяющий операционную камеру 318 со впуском 399 насоса может включать в себя накопитель 309, причем канал позволяет топливу из операционной камеры повторно входить в линию низкого давления у впуска 399. Допуская, что поршень 306 находится в нижней мертвой точке (НМТ) на ФИГ. 3, рабочий объем насоса можно представить как рабочий объем 377. Рабочий объем насоса НВ можно рассчитать и определить как объем, охватываемый поршнем 306 при его прохождении от верхней мертвой точки (ВМТ) до НМТ и наоборот. В компрессионной камере 308 также существует второй объем, объем мертвого пространства 378 насоса. Объем мертвого пространства определяет область в компрессионной камере 308, которая остается, когда поршень 306 находится в ВМТ. Другими словами, добавление объемов 377 и 378 образует компрессионную камеру 308. Поршень 306 также содержит днище 305 и юбку 307. Операционная камера и компрессионная камера могут содержать полости, расположенные на противоположных сторонах от насосного поршня. В одном из примеров контроллер 12 двигателя может быть выполнен с возможностью приведения в действие поршня 306 в насосе 228 непосредственного впрыска путем приведения в действие кулачка 310. Кулачок 310 содержит четыре рабочих выступа и совершает один оборот за каждые два оборота коленчатого вала двигателя.
Впускной обратный клапан 312 с электромагнитным приводом или перепускной клапан может быть соединен со впуском 303 насоса. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью регулирования потока топлива через впускной обратный клапан 312 путем подачи энергии или прекращения подачи энергии на электромагнитный клапан (на основе конфигурации электромагнитного клапана) синхронно с кулачковым приводом. Соответственно, впускной обратный клапан 312 с электромагнитным приводом может работать в двух режимах. В первом режиме обратный клапан 312 с электромагнитным приводом расположен во впуске 303 для ограничения (например, сдерживания) объема топлива, проходящего выше по потоку от обратного клапана 312 с электромагнитным приводом. Для сравнения, во втором режиме обратный клапан 312 с электромагнитным приводом надежно отключен, и топливо может двигаться как выше, так и ниже по потоку от впускного обратного клапана.
Таким образом, обратный клапан 312 с электромагнитным приводом может быть выполнен с возможностью регулировки массы (или объема) топлива, подаваемого под давлением в топливный насос непосредственного впрыска. В одном из примеров контроллер 12 может регулировать время закрытия обратного клапана с электромагнитным приводом для регулировки массы сжимаемого топлива. Например, позднее закрытие впускного обратного клапана может уменьшить количество массового расхода топлива, поступающего в компрессионную камеру 308 Время открытия и закрытия обратного клапана с электромагнитным приводом можно координировать в соответствии с фазами ходов топливного насоса непосредственного впрыска.
Впуск 399 насоса позволяет топливу проходить к обратному клапану 302 и клапану
301 сброса давления. Обратный клапан 302 располагают выше по потоку от обратного клапана 312 с электромагнитным приводом в канале 335. Обратный клапан 302 установлен таким образом, что топливо не вытекает из обратного клапана 312 с электромагнитным приводом и во впускное отверстие 399 насоса. Обратный клапан 302 обеспечивает движение топлива от топливного насоса низкого давления к обратному клапану 312 с электромагнитным приводом. Обратный клапан
302 соединен параллельно с клапаном 301 сброса давления. Клапан 301 сброса давления обеспечивает движение топлива от обратного клапана 312 с электромагнитным приводом к топливному насосу низкого давления, когда давление между клапаном 301 сброса давления и обратным клапаном 312 с электромагнитным приводом выше заранее заданного давления (например, 10 бар). Когда обратный клапан 312 с электромагнитным приводом деактивирован (например, не подается электроэнергия), обратный клапан с электромагнитным приводом функционирует в режиме прохождения, а клапан 301 сброса давления регулирует давление с компрессионной камере 308 до уровня единственной настройки сброса давления клапана 301 сброса давления (например, 15 бар). Регулирование давления в компрессионной камере 308 обеспечивает формирование перепада давления от днища 305 поршня до юбки 307 поршня. Давление в операционной камере 318 соответствует давлению на выпуске насоса низкого давления (например, 5 бар), а давление у днища поршня соответствует регулируемому давлению клапана сброса давления (например, 15 бар). Перепад давления позволяет топливу стекать с днища 305 поршня на юбку 307 поршня через зазор между поршнем 306 и стенкой 350 цилиндра насоса, увлажняя, таким образом, топливный насос 228 непосредственного впрыска.
Поршень 306 совершает возвратно-поступательные движения вверх и вниз в компрессионной камере 308. Топливный насос 228 непосредственного впрыска находится в такте сжатия, когда поршень 306 двигается в направлении, уменьшающем объем компрессионной камеры 308. Топливный насос 228 непосредственного впрыска находится в такте всасывания, когда поршень 306 двигается в направлении, увеличивающем объем компрессионной камеры 308.
Выпускной обратный клапан 316 прямого потока может быть установлен ниже по потоку от выпуска 304 компрессионной камеры 308. Выпускной обратный клапан 316 открывается, пропуская топливо из выпуска 304 компрессионной камеры в топливную рампу, только когда давление на выпуске топливного насоса 228 непосредственного впрыска (например, давление на выпуске компрессионной камеры) выше давления в топливной рампе. Таким образом, при состояниях, при которых топливный насос непосредственного впрыска не запрашивается, контроллер 12 может деактивировать обратный клапан 312 с электромагнитным приводом, и клапан 301 сброса давления регулирует давление в компрессионной камере до единственного, по существу, постоянного давления (например, регулируемое давление +0,5 бар) в течение большей части такта сжатия. Во время такта впуска давление в компрессионной камере 308 падает до величины, близкой к величине давления топливоподкачивающего насоса (208 и/или 218). Смазывание насоса 228 НВ может происходить, когда давление в компрессионной камере 308 превышает давление в операционной камере 318. Эта разность давлений может также повлиять на смазывание насоса, когда контроллер 12 деактивирует обратный клапан 312 с электромагнитным приводом. Деактивация клапана 312 может также уменьшать шум, создаваемый клапаном 312. Одним из результатов такого способа управления является то, что давление в топливной рампе регулируется до минимального давления около сброса давления клапана 302. Таким образом, если клапан 302 имеет настройку сброса давления в 10 бар, давление в топливной рампе достигает 15 бар, потому что эти 10 бар добавляются к 5 бар давления топливоподкачивающего насоса. В частности, топливное давление в компрессионной камере 308 регулируется в такте сжатия топливного насоса 228 непосредственного впрыска. Таким образом, во время, по меньшей мере, такта сжатия топливного насоса 228 непосредственного впрыска происходит смазывание насоса. Когда насос непосредственного впрыска топлива вступает в такт всасывания, давление топлива в компрессионной камере может быть уменьшено, причем некоторое количество смазочного материала все еще может подаваться, пока сохраняется перепад давления. Другой обратный клапан 314 (клапан сброса давления) может быть размещен в параллельной конфигурации с обратным клапаном 316. Клапан 314 позволяет топливному потоку выходить из топливной рампы НВ в направлении выпуска 304 насоса, когда давление в топливной рампе превышает заранее заданное давление.
Следует отметить в данном случае, что насос 228 непосредственного впрыска на ФИГ. 3 представлен в качестве наглядного примера одной из возможных конфигураций насоса НВ. Компоненты, изображенные на ФИГ. 3, могут быть удалены и/или заменены, при этом дополнительные компоненты, не показанные на данной фигуре, могут быть добавлены к насосу 228, сохраняя способность подачи топлива под высоким давлением в топливную рампу непосредственного впрыска. Например, клапан 301 сброса давления и обратный клапан 302 могут быть удалены в других вариантах осуществления топливного насоса 228. Дополнительно, способы, представленные в настоящей заявке, могут быть применены к различным конфигурациям насоса 228 вместе с различными конфигурациями топливной системы 8 на ФИГ. 2. В частности, способы смазывания с нулевым расходом, раскрываемые далее, могут осуществляться в различных конфигурация насоса 228 без неблагоприятного воздействия на нормальную работу насоса 228. Таким образом, способы смазывания с нулевым расходом могут быть разнообразными и адаптированы к разнообразию топливных систем и систем насосов ВД.
Следует понимать, что в конфигурации топливной системы на ФИГ. 2-3 изображен ННД, используемый для подачи топлива в топливную рампу распределенного впрыска, но при этом в альтернативных конфигурациях топливной системы ННД может быть использован для подачи топлива с давлением топлива по умолчанию на впуск насоса высокого давления, и затем давление в топливной рампе распределенного впрыска, соединенной со впуском насоса высокого давления, может повышаться до уровня выше уровня давления по умолчанию ННД из-за обратного потока от насоса высокого давления. Таким образом, эта конфигурация позволяет одному НВД подавать переменное высокое давление в топливную рампу непосредственного впрыска (например, 20-200 бар), при этом обеспечивая постоянное высокое давление в топливной рампе распределенного впрыска (например, 20 бар).
Топливные насосы непосредственного впрыска, такие как насос 228 на ФИГ. 3, могут потребовать минимальной степени смазывания для того, чтобы оставаться в работоспособном состоянии и для того чтобы противостоять той степени износа, которая возникает между поршнем и отверстием насоса. Без достаточного смазывания взаимодействие между поршнем 306 и стенкой 350 цилиндра (отверстие насоса) может быть подвержено удалению материала (ухудшение состояния) в связи с трением между поршнем и стенкой цилиндра при возвратно-поступательном движении поршня. В тех случаях, когда непосредственный впрыск не запрашивается, например, когда запрашивается использование только распределенного впрыска топлива, возможно воздействие на долговечность насоса. В особенности, в то время как насос высокого давления находится в нерабочем состоянии, может быть ограничено смазывание и охлаждение насоса, вследствие чего это может привести к ухудшению состояния насоса. Поэтому, может оказаться полезным продолжение работы насоса высокого давления, даже когда непосредственный впрыск не запрашивается. Таким образом, работа насоса высокого давления можно регулировать для поддержания давления на выпуске насоса высокого давления на уровне равном или ниже давления в топливной рампе непосредственного впрыска. Путем поддержания давления на выпуске насоса высокого давления на уровне чуть ниже давления в топливной рампе, не позволяя топливу выходить через выпуск 304 насоса ВД в топливную рампу, насос ВД может оставаться в смазываемом состоянии, таким образом, предотвращая ухудшение состояния насоса. Эта общая операция относится к смазыванию с нулевым расходом (СНР). Следует отметить, что другие схожие схемы могут быть осуществлены для поддержания смазывания насоса высокого давления, когда топливо не перекачивается в топливную рампу непосредственного впрыска. Например, давление в топливной рампе может пошагово увеличиваться вместо того, чтобы оставаться постоянным, в другой схеме СНР.
Для осуществления смазывания с нулевым расходом насоса высокого давления изучается соотношение между коэффициентом заполнения насоса и давлением в топливной рампе, и определяется передаточная функция на основе соотношения. Соотношение - это функция типа топлива и подъема кулачка насоса от частоты вращения двигателя, параметров, которые меняются в зависимости от системы двигателя. Кроме того, соотношение может варьироваться в зависимости от изменений состояний топлива, таких как температура, давление и содержание спирта. Если используется фиксированная калибровка, правильный коэффициент заполнения может быть не получен для достаточного смазывания насоса высокого давления. Например, если запланированный коэффициент заполнения ниже, чем требуется для данного давления в топливной рампе, давление в камере насоса также будет ниже требуемого, приводя к меньшему смазыванию насоса высокого давления. Это может привести к ухудшению состояния насоса. В связи с вариативностью систем двигателей, передаточную функцию изучают на борту автомобиля.
Как указано в настоящей заявке, в одном из подходов к изучению соотношения используют изменение коэффициента заполнения насоса высокого давления и отслеживание давления в рампе для определения устойчивого давления в топливной рампе. Для данной системы автомобиля изучают передаточную функцию, позволяющую осуществлять достаточное смазывание насоса высокого давления. Как только изучено соотношение между коэффициентом заполнения и давлением в рампе (т.е. передаточная функция) для конкретной системы двигателя, соотношение может быть использовано для изменения работы насоса при управлении в режиме замкнутого контура. Управление в режиме замкнутого контура подразумевает обратную связь от измерений давления в рампе для возможности регулировки в виде пошагового увеличения коэффициента заполнения насоса для обеспечения надлежащего смазывания насоса без существенного воздействия на давление в топливной рампе.
ФИГ. 4 изображает примерную карту 400 работы насоса высокого давления. На карте показано соотношение между контрольным коэффициентом заполнения насоса ВД и давлением в топливной рампе. Следует отметить, что между состоянием деактивированного насоса (коэффициент заполнения 0%) до порогового значения 440 коэффициента заполнения давление в топливной рампе не изменяется. Эта область известна как «мертвая зона». При работе насоса ВД во время управления в режиме замкнутого контура в мертвой зоне возможно возникновение предельного цикла. Поэтому передаточную функцию изучают и применяют за пределами мертвой зоны, в линейной области 450, в которой изменение давления в топливной рампе соотносится с изменением коэффициента заполнения.
Примерный алгоритм или тест СНР, используемый для получения данных смазывания с нулевым расходом, показан графически на ФИГ. 5. Цель теста СНР может состоять в том, чтобы сгенерировать данные, которые соответствуют данным нулевого расхода, то есть, данным, когда, по существу, отсутствует топливо или не перекачивается топливо из компрессионной камеры 308 в топливную рампу НВ насосом ВД. Тест СНР, полное объяснение которого приведено ниже, выполняют путем пошагового увеличения коэффициента заполнения насоса высокого давления и ожидания устойчивого отклика давления в топливной рампе.
Тест 500 СНР включает в себя повторяющийся подалгоритм для получения множества точек данных, причем каждая точка данных содержит коэффициент заполнения и давление в топливной рампе. Сбор одной точки данных из множества точек данных на ФИГ. 5 подробно проиллюстрирован на ФИГ. 6. Данные для теста СНР собираются, когда не осуществляется непосредственный впрыск топлива в двигатель, т.е. ситуация, известная как «нулевой впрыск». Например, данные теста СНР могут собираться, когда во вращающийся двигатель осуществляется только распределенный впрыск топлива. Дополнительно, поскольку коэффициент заполнения насоса ВД при состояниях СНР может зависеть от частоты вращения двигателя (и насоса ВД), по существу, постоянная частота вращения режима холостого хода может потребоваться во время медленного теста СНР (или способа). Таким образом, в двигателях, в которых используется как распределенный впрыск, так и непосредственный впрыск топлива, двигатель может быть переведен в стабилизированное состояние режима холостого хода с, по существу, постоянной частотой вращения, когда не запрашивается непосредственный впрыск и не перекачивается топливо в топливную рампу, соединенную с насосом 228 ВД.
В алгоритме 500 теста СНР показаны заданные командой изменения коэффициента заполнения насоса на графике 501 и ответные изменения давления в топливной рампе на графике 502. На графиках 501 и 502 время представлено по горизонтальной оси. На графике 503 показаны изменения давления в топливной рампе в зависимости от коэффициента заполнения насоса. График 503 может также относится к функции нулевого расхода, на графике 503 показано соотношение между давлением в топливной рампе и коэффициентом заполнения с нулевым расходом, поскольку насос ВД не подает топливо в топливную рампу. Таким образом, шаги алгоритма 500 теста СНР также показаны на ФИГ. 9-10.
Последовательность событий в соответствии с тестом СНР на ФИГ. 5 следующая: сначала, до момента времени t1, коэффициент заполнения насоса контролируют номинально, таким образом, создавая ответное давление в топливной рампе. В момент времени t1 первый коэффициент 521 заполнения насоса задают и регистрируют с соответствующим давлением 531 топливной рампы. При регистрации значений коэффициент заполнения увеличивают до 522 и удерживают в течение периода времени между моментами времени t1 и t2. В течение этого интервала времени давление в топливной рампе реагирует и постепенно увеличивается по сравнению с мгновенным увеличением коэффициента заполнения насоса. В связи с медленным ответным изменением давления в топливной рампе интервал времени ожидания перед второй регистрацией может составлять 10 секунд или до достижения устойчивого значения давления в топливной рампе. По истечении интервала времени (например, 10 секунд) регистрируют увеличенный коэффициент 522 заполнения вместе с устойчивым давлением 532 в топливной рампе в момент времени t2. Коэффициент заполнения снова пошагово увеличивают до 523 и такой же период времени проходит перед регистрацией коэффициента 523 заполнения и ответного устойчивого давления 533 в топливной рампе в момент времени t3. Тот же самый процесс повторяют в моменты времени t4 и t5. В этом примерном способе осуществляют регистрацию пяти точек данных, каждая точка данных включает в себя пару, состоящую из значения коэффициента заполнения и значения давления в топливной рампе, как указано выше.
Поскольку каждая точка данных содержит два значения (коэффициент заполнения и давление в топливной рампе), пять точек данных можно построить на отдельном графе 503, на котором коэффициент заполнения насоса ВД представлен горизонтальной осью, а давление в топливной рампе представлено вертикальной осью. Каждая точка данных построена в качестве соответствующей точки на графе 503. Например, точка данных, содержащая коэффициент 521 заполнения и давление 531 в топливной рампе построена в качестве точки 541 на графе 503, как указано стрелкой 540. Точки 541, 542, 543, 544 и 545 могут лежать на одной прямой линии, а прямая линия может быть продлена в соответствии с ее наклоном. Функция 503 нулевого расхода может быть использована для нахождения данных, которые могут улучшить производительность насоса, например, путем корректировки погрешностей времени открытия и закрытия впускного обратного клапана с электромагнитным приводом и определения различных свойств системы, таких как модуль объемной деформации топлива, перекачиваемого через насос ВД.
ФИГ. 6 показывает в подробностях сбор одной точки данных в алгоритме теста СНР на ФИГ. 5. Например, данные, изображенные между моментами времени t11 и t12 на ФИГ. 6, могут соответствовать сбору данных между моментами времени t1 и t2 (или между моментами времени t2 и t3, и т.д.) на ФИГ. 5. Коэффициент заполнения насоса ВД или закрытие перепускного клапана показано на графике 601. Давление в топливной рампе непосредственного впрыска показано на графике 602. Темп изменения давления в камере насоса высокого давления (или давления в топливной рампе), т.е. dFRP/dt, показано на графике 603. На всех графиках время представлено по горизонтальной оси.
Согласно ФИГ. 6, первоначально, в течение интервала времени между моментами времени t10 и t11, насос ВД поддерживает, по существу, постоянный коэффициент заполнения. На изображенном примере, по существу, постоянный коэффициент заполнения - это нулевой коэффициент заполнения (график 601). Когда не применяют коэффициент заполнения, давление в топливной рампе все еще повышается до давления 612 в топливной рампе в связи с тепловыми эффектами топлива. Средний темп изменения давления в камере (или давления в топливной рампе) при применении нулевого коэффициента заполнения также изучается (график 603) в качестве опорного или базового изменения давления в топливной рампе в связи с колебаниями температуры топлива.
В момент времени t11 задают первый коэффициент заполнения насоса, увеличенный относительно нулевого коэффициента заполнения. Первый коэффициент заполнения насоса удерживают постоянным между моментами времени t11 и t13. В одном из примеров первый коэффициент заполнения насоса -это больший шаг изменения по сравнению с последующими шагами. Например, первый коэффициент заполнения, примененный в момент времени t11, может быть увеличен с нулевого коэффициента заполнения до 5%, при этом последующие коэффициенты заполнения, применяемые в момент времени t13, могут быть увеличены на 1% (то есть, с 5% до 6%). В течение интервала между моментами времени t11-t13 давление в топливной рампе реагирует и постепенно увеличивается по сравнению с мгновенным увеличением коэффициента заполнения насоса. В идеальном варианте давление в топливной рампе реагировало бы мгновенно на изменение коэффициента заполнения насоса ВД. Однако, из-за медленного отклика давления в топливной рампе время, необходимое для стабилизации давления в топливной рампе и достижения, по существу, устойчивого значения, может достигать, например, 10 секунд.
Когда коэффициент заполнения применяют в момент времени t11, темп изменения давления в камере НВД (или давления в топливной рампе), однако, происходит мгновенно, как указано пиком в момент времени t11. Затем темп изменения давления уменьшается, поскольку давление в топливной рампе стабилизируется в сторону устойчивого значения, как указано плоской частью, следующей за пиком после момента времени t12. Таким образом, после момента времени t12 первый применяемый коэффициент заполнения может быть зарегистрирован (измерен) вместе с соответствующим устойчивым давлением в топливной рампе.
Процедуру затем повторяют со вторым коэффициентом заполнения, применяемым в момент времени t13. Как и в предыдущем случае, как только применяют коэффициент заполнения, давление в топливной рампе меняется с резким скачком темпа изменения давления в топливной рампе. Затем темп изменения падает по мере стабилизации давления в топливной рампе после момента времени t14. Таким образом, после момента времени t14 второй применяемый коэффициент заполнения может быть зарегистрирован (измерен) вместе с соответствующим устойчивым давлением в топливной рампе. Алгоритм повторяют в соответствии с раскрытием на ФИГ. 5 до тех пор, пока не будет получено достаточное количество точек данных для построения линии и определения передаточной функции на основе наклона, смещения и/или пересечения с построенной линией.
Определение параметров, таких как коэффициент заполнения и давление в топливной рампе в алгоритме на ФИГ. 5-6 и других способах, раскрытых в настоящей заявке, может подразумевать использование различных датчиков, присоединенных к контроллеру 12, на ФИГ. 1-3, таких как один или более датчиков массового расхода топлива, датчиков объемного расхода топлива, датчиков давления топлива и т.д., расположенных в различных частях топливной системы. Например, давление в топливной рампе непосредственного впрыска может быть измерено датчиком давления, соединенным с контроллером с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для исполнения схемы управления в режиме замкнутого контура давлением в топливной рампе. Другие компоновки датчиков возможны для получения необходимых данных для других способов.
Авторы настоящего изобретения выявили, что передаточную функцию для НВД изучают для данной топливной системы при данном температурном режиме. Однако, в момент времени, когда запрашивается СНР, состояния топливной системы могут значительно отличаться. Например, в связи с событиями долива топлива в топливном баке состав топлива в топливном баке в момент времени, когда запрашивается СНР, может отличаться от состава топлива в топливном баке в момент времени, когда изучалась передаточная функция. Также могут быть вариации в связи с различиями условий окружающей температуры. Дополнительно, в зависимости от того, как долго работал двигатель, и от суточных колебаний температуры температура и давление топлива в топливном баке в момент времени, когда запрашивается СНР, может отличаться от значений этих же состояний топлива в топливном баке в момент времени, когда изучалась передаточная функция. Таким образом, на расчет модуля объемной деформации топлива влияют состояния топлива, такие как температура топлива, давление топлива, состав топлива, содержание спирта в топливе и т.д. Таким образом, даже незначительное изменение состояний топлива может привести к большим изменениям в расчете модуля объемной деформации топлива.
Примерное изменение модуля объемной деформации и, следовательно, изменение давления в топливной рампе показано со ссылкой на графики 700, 750 на ФИГ. 7. В частности, на графике 700 сравниваются изменения модуля объемной деформации (пунктирная линия) с изменениями давления в топливной рампе (ДТР, непрерывная линия) с учетом изменений температуры топливной рампы при первом постоянном коэффициенте заполнения (6%). На графике 750 сравниваются изменения модуля объемной деформации (пунктирная линия) с изменениями давления в топливной рампе (ДТР, непрерывная линия) с учетом изменений температуры топливной рампы при втором, более высоком постоянном коэффициенте заполнения (9%). Как можно видеть, даже незначительные изменения температуры топливной рампы способны приводить к существенным изменениям давления в топливной рампе и модуля объемной деформации топлива, даже когда коэффициент заполнения, применяемый к НВД, остается постоянным.
В связи с явлением, рассмотренным выше, и изображенном на ФИГ. 7, во время смазывания с нулевым расходом НВД и управления в режиме замкнутого контура ДТР передаточная функция может быть применена к модулю объемной деформации топлива, отличному от модуля объемной деформации топлива во время изучения, ни один из которых может не соответствовать номинальным состояниям. Однако передаточная функция изучается для номинальных состояний модуля объемной деформации топлива. В результате, возможны погрешности из-за применяемого коэффициента заполнения, не обеспечивающего требуемую степень смазывания НВД, или повышение давления в топливной рампе, когда не требуется такое повышение. Для уменьшения этих погрешностей изученная передаточная функция может быть скорректирована с помощью поправочного коэффициента, который компенсирует разность значений модуля объемной деформации топлива во время применения передаточной функции СНР относительно номинальных состояний модуля объемной деформации топлива.
ФИГ. 8 показывает карту 800 со сравнением нескорректированной передаточной функции (непрерывная линия) относительно скорректированной передаточной функции (пунктирная линия) при данном коэффициенте заполнения. Передаточная функция без корректировки модуля объемной деформации (непрерывная линия) может быть определена в соответствии с уравнением:
Для сравнения, передаточная функция с корректировкой модуля объемной деформации (пунктирная линия) может быть определена в соответствии с уравнением:
1
0
0
0
base
где DC - это коэффициент заполнения, FRP - это давление в топливной рампе в состоянии теста, когда выполняется получение данных, FRP - это давление в топливной рампе при калибруемых номинальных состояниях, таких как 1000 фунтов на кв. дюйм, ВМ, - это модуль объемной деформации при состоянии теста, когда происходит получение данных, ВМ - это модуль объемной деформации в состояниях текущей температуры топлива и давления в топливной рампе FRP (например, 1000 фунтов на кв. дюйм) и BM - это модуль объемной деформации при номинальной температуре рампы, такой как 300 градусов по шкале Кельвина. Как можно видеть,
на Фигуре (8), расчетная кривая для передаточной функции, как показано непрерывной линией, стремится вверх по мере увеличения температуры. Это вызвано изменением модуля объемной деформации топлива с изменением температуры топлива в рампе. Путем корректировки кривой для изменения модуля объемной деформации для того, чтобы отрегулировать наклон до требуемого давления в рампе (1000 фунтов на кв. дюйм, например) и состояния номинальной температуры в топливной рампе (например, 300 градусов по шкале Кельвина), кривая становится почти ровной.
Скорректированная кривая показана пунктирной линией на Фигуре (8).
Что касается ФИГ. 9-10, показан примерный способ для изучения передаточной функции, позволяющий использовать СНР НВД в состояниях модуля объемной деформации топлива, отличных от номинальных, и, затем, применять передаточную функцию во время других состояний модуля объемной деформации, отличных от номинальных. Алгоритм 1000 в соответствии с ФИГ. 10 может быть осуществлен как часть алгоритма 900 в соответствии с ФИГ. 9.
На шаге 902 алгоритм на ФИГ. 9 содержит оценку и/или измерение состояний топлива. Они могут содержать одну или более таких условий как температура топлива, давление топлива и состав топлива. Также могут быть определены другие состояния топлива. На шаге 904 алгоритм содержит изучение передаточной функции смазывания с нулевым расходом между коэффициентом заполнения для топливного насоса высокого давления и давлением в топливной рампе для форсунки непосредственного впрыска топлива при текущем состоянии топлива. Например, передаточная функция может быть изучена при первом состоянии топлива. Первое состояние топлива может содержать состояние модуля объемной деформации, отличное от номинального. Как показано на ФИ Г. 10, и изображено на ФИГ. 5, контроллер может изучать передаточную функцию путем применения первого коэффициента заполнения к топливному насосу высокого давления и изучения первого стабилизированного значения давления в топливной рампе непосредственного впрыска, соответствующего первому коэффициенту заполнения; применения второго, более высокого коэффициента заполнения к топливному насосу высокого давления и изучения второго стабилизированного значения давления в топливной рампе непосредственного впрыска, соответствующего второму коэффициенту заполнения; построения графа, включающего в себя первый и второй коэффициенты заполнения в зависимости от первого и второго стабилизированных значений давления в топливной рампе; и определения передаточной функции на основе наклона и смещения построенного графа.
На шаге 906, после изучения первоначальной передаточной функции при первых состояниях модуля объемной деформации, отличных от номинальных, контроллер может определять передаточную функцию номинальных состояний модуля объемной деформации на основе изученной первоначальной передаточной функции и первого состояния топлива относительно расчета номинального модуля объемной деформации. Например, изученная передаточная функция может быть преобразована в обновленную передаточную функцию, причем обновленная передаточная функция предполагает изученную передаточную функцию с примененным к ней поправочным коэффициентом. Поправочный коэффициент может быть основан на расчете текущего модуля объемной деформации топлива в состояниях, отличных от номинальных, как определено на шаге 902, относительно расчета номинального модуля объемной деформации. Таким образом, поправочный коэффициент, основывающийся на мгновенном расчете модуля объемной деформации топлива, предполагает поправочный коэффициент, основанный на первом состоянии топлива относительно расчета модуля объемной деформации топлива. Например, поправочный коэффициент может быть основан на соотношении первого состояния топлива к расчету модуля объемной деформации топлива. В других случаях поправочный коэффициент может быть основан на разности между первым состоянием топлива и расчетом модуля объемной деформации топлива. Передаточная функция расчетного номинального состояния может быть изучена и сохранена в памяти контроллера.
На шаге 908 возможно определение, запрашивалось ли смазывание с нулевым расходом (СНР). В одном из примеров СНР запрашивается при рабочих условиях, когда не происходит непосредственный впрыск топлива во все еще вращающийся двигатель. Все еще вращающийся двигатель может предполагать двигатель, в котором все еще происходит сгорание в одном или более цилиндрах. Например, сгорание в двигателе может происходить во всех цилиндрах двигателя. В другом примере сгорание в двигателе может происходить только в некоторых цилиндрах двигателя. В других примерах двигатель может вращаться без сгорания в каком-либо цилиндре. Отсутствие непосредственного впрыска топлива в двигатель может предполагать только распределенный впрыск топлива во все еще вращающийся двигатель через топливную рампу распределенного впрыска, соединенную со впуском насоса высокого давления и выпуском насоса низкого давления. Состояния, при которых не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель, могут предполагать частоту вращения и нагрузку двигателя ниже соответствующих пороговых значений. В другом примере состояния, при которых не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель, предполагают одно из следующих состояний: состояние режима холостого хода двигателя, при котором давление в топливной рампе ниже порогового значения, состояние останова двигателя и состояние прекращения подачи топлива при замедлении, при котором давление в топливной рампе ниже порогового значения. Если не соблюдаются состояния СНР, возможно завершение алгоритма.
Если соблюдаются состояния СНР, то на шаге 910 последовательность содержит получение номинальной передаточной функции модуля объемной деформации топлива. Это передаточная функция, которая была ранее изучена на шагах 904-906. На шаге 912 возможно определение расчета мгновенного модуля объемной деформации топлива. Расчет мгновенного модуля объемной деформации топлива может быть основан на одном или более таких состояниях топлива как температура топлива, давление топлива и состав топлива (например, содержание спирта в топливе). В одном из примеров состояние топлива, при котором запрашивается СНР, может также быть состоянием топлива, отличным от номинального, например, второе состояние топлива, которое отличается от первого состояния топлива, при котором происходило изучение передаточной функции.
Далее на шаге 914 алгоритм содержит регулировку номинальной передаточной функции с поправочным коэффициентом на основе расчета мгновенного модуля объемной деформации топлива. Например, поправочный коэффициент может быть основан на, по меньшей мере, втором состоянии топлива, при котором запрашивается СНР. В другом примере поправочный коэффициент может быть основан на первом состоянии топлива (при котором выполнялось изучение передаточной функции и была получена номинальная передаточная функция) и втором состоянии топлива (при котором запрашивается СНР).
На шаге 916 алгоритм содержит, при состояниях, при которых не производят непосредственный впрыск топлива в двигатель, работу топливного насоса высокого давления с коэффициентом заполнения, основанным на изученной передаточной функции и расчете мгновенного модуля объемной деформации топлива. Работа с коэффициентом заполнения подразумевает работу с коэффициентом заполнения для управления в режиме замкнутого контура давлением в топливной рампе, соединенной с форсунками непосредственного впрыска, не допуская увеличения давления в топливной рампе выше требуемого. То есть, управление в режиме замкнутого контура давлением топливной рампы непосредственного впрыска может быть осуществлено путем применения коэффициента заполнения, основанного на обновленной передаточной функции после корректировки с использованием поправочного коэффициента, основанного на модуле объемной деформации топлива, отличном от номинального.
Что касается ФИГ. 10, показан примерный алгоритм для изучения передаточной функции при состояниях модуля объемной деформации топлива, отличных от номинальных. Алгоритм на ФИ Г. 10 может быть осуществлен как часть алгоритма в соответствии с ФИГ. 9, например как на шаге 904.
На шаге 1002 могут быть оценены и/или измерены рабочие условия двигателя. Они могут содержать, например, частоту вращения двигателя, требуемый крутящий момент, состояния топлива, условия окружающей среды, уровень наддува, уровень РОГ и т.д. На шаге 1004 изучаемые состояния передаточной функции СНР могут быть подтверждены. В частности, изучаемые состояния передаточной функции СНР могут считаться соблюденными, если не производится непосредственный впрыск топлива во все еще вращающийся двигатель. Как показано на ФИГ. 9, они предполагают выбранные состояния режима холостого хода двигателя, при которых для подачи топлива в двигатель используют только распределенный впрыск. Если не соблюдаются изучаемые состояния передаточной функции, то алгоритм может быть завершен.
При подтверждении изучаемых состояний передаточной функции СНР на шаге 1006 последовательность содержит применение нулевого коэффициента заполнения в течение периода времени. Среднее изменение давления в топливной рампе в связи с тепловым эффектом колебаний температуры топлива может быть изучено и сохранено как zfl_frp_dot_norm. Это может быть опорным значением. Далее на шаге 1008 применяют первоначальный коэффициент заполнения (К3_1). Таким образом, первый коэффициент заполнения может быть выбран с большим шагом по сравнению с последующими коэффициентами заполнения. Например, первый коэффициент заполнения может предполагать увеличение коэффициента заполнения на 5 или 10% (например, с 0 до 5% или с 0 до 10%), при этом последующие коэффициенты заполнения могут предполагать увеличение на 1% (например, с 5% до 6%, с 10% до 11% и т.д.).
На шаге 1010 можно определить, превышает ли изменение давления в топливной рампе после шага увеличения коэффициента заполнения, по существу, например, пороговое значение. Например, можно определять, превышает ли фильтрованный темп изменения давления в топливной рампе (zfl_frp_dot_filt) пороговое значение. Например, может быть подтверждено, что zfl_frp_dot_filt > zfl_frp_dot_norm + zfl_frp_dot_thresh. Если ответ ДА, то алгоритм может перейти к другому шагу. Иначе, если не произошло, по существу, увеличения давления в топливной рампе после истечения периода времени с момента применения первого коэффициента заполнения, на шаге 1012, алгоритм содержит определение того, был ли примененный коэффициент заполнения достаточным, и возможен переход к применению более высокого коэффициента заполнения и возобновлению последовательности шагов. В частности, если темп изменения давления в топливной рампе (frp_dot) изменяется незначительно или требуется слишком много времени для изменения, то, возможно, понадобится применение более высокого коэффициента заполнения для получения требуемого отклика.
Если темп изменения давления в топливной рампе после применения первоначального коэффициента заполнения достаточно высок и изменение происходит своевременно, и темп изменения давления в топливной рампе затем стабилизируется до уровня, близкого к основному уровню (то есть, frp_dot ≈ frp_dot_norm), то на шаге 1014 алгоритм содержит ожидание стабилизации давления в топливной рампе (или давления в камере НВД) до устойчивого значения. Как показано со ссылкой на ФИГ. 5-6, давление в топливной рампе может стабилизироваться после периода времени (например, 10 секунд) с момента применения коэффициента заполнения. В частности, темп изменения давления в камере может резко подскочить сразу после применения коэффициента заполнения, а затем, когда резкий скачок сменяется плоской частью (около базового или опорного уровня, рассчитанного ранее, без применения коэффициента заполнения), давление в топливной рампе может начать стабилизироваться. Стабилизированное ДТР (ДТР_1) может быть изучено в зависимости от примененного коэффициента заполнения (К3_1). Точка данных, соответствующая паре данных К3-ДТР (например, соответствующая К3_1; ДТР_1) может затем быть зарегистрирована на шаге 1016, и точка данных может быть построена на графике изучения СНР.
На шаге 1018 можно определить соблюдение условий завершения. Например, можно определить, собрано ли достаточное количество пар данных. Если не собрано достаточное количество пар данных, алгоритм переходит к шагу 1020, на котором применяется новый коэффициент заполнения и происходит изучение соответствующего давления в топливной рампе. Например, алгоритм может вернуться к шагу 1008 для постепенного пошагового увеличения коэффициента заполнения (например, на 1-2%) и изучения соответствующего давления в топливной рампе после стабилизации давления в камере насоса. Коэффициент заполнения может быть увеличен для сбора точек данных в пределах диапазона давления в топливной рампе от минимального до максимального в процентном выражении. Например, точки данных могут быть собраны путем применения коэффициентов заполнения, которые создают давление в топливной рампе до 50-60% от максимально допустимого давления в топливной рампе, и не более. Таким образом, при изучении применяемое давление является ограниченным до уровня, не превышающего пороговое значение давления в топливной рампе непосредственного впрыска. Как только собрано достаточное количество точек данных, на шаге 1022, алгоритм содержит построение собранных точек данных, соответствующих парам К3-ДТР (например, К3_1-n и ДТР_1-n) на графе нулевого расхода. Передаточная функция затем определяется на основе наклона графа и, дополнительно, на основе смещения или пересечения графа. Как показано на ФИГ. 9, изученная передаточная функция, если она изучена при состояниях, отличных от номинальных, может затем быть отрегулирована до номинальной передаточной функции путем применения поправочного коэффициента для компенсации отклонения состояний топлива во время изучения от номинальных состояний топлива. Затем, при применении передаточной функции для СНР, расчетная номинальная передаточная функция может снова корректироваться на отклонения расчета модуля объемной деформации топлива во время применения из расчетов номинального модуля объемной деформации топлива.
Таким образом, когда не производят непосредственный впрыск топлива во все еще вращающийся двигатель, передаточная функция между коэффициентом заполнения для топливного насоса высокого давления и давлением в топливной рампе для форсунки непосредственного впрыска топлива может быть изучена при первом состоянии топлива; и затем возможно управление в режиме замкнутого контура давлением в топливной рампе при втором состоянии топлива путем применения коэффициента заполнения, основанного на изученной передаточной функции и поправочного коэффициенте. Контроллер может дополнительно определять передаточную функцию номинального состояния модуля объемной деформации на основе изученной передаточной функции и первого состояния топлива относительно расчета номинального модуля объемной деформации. Применение коэффициента заполнения, основанного на изученной передаточной функции, может предполагать применение коэффициента заполнения, основанного на передаточной функции номинального состояния модуля объемной деформации и втором состоянии топлива относительно расчета номинального модуля объемной деформации. В данном случае поправочный коэффициент может быть основан на каждом из первого и второго состояний топлива.
В другом примере топливная система содержит: одну или более форсунок непосредственного впрыска топлива, выполненных с возможностью непосредственного впрыска топлива из топливного бака в цилиндры двигателя; одну или более топливных форсунок распределенного впрыска, выполненных с возможностью распределенного впрыска топлива из топливного бака в цилиндры двигателя; топливный насос высокого давления, расположенный ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса низкого давления; топливную рампу непосредственного впрыска, выполненную с возможностью получения топливп от топливного насоса высокого давления и соединенную с возможностью гидравлического сообщения с одной или более форсунками непосредственного впрыска топлива; и контроллер. Вычислительное устройство может быть выполнено с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для: когда топливо подают в двигатель только с использованием распределенного впрыска и когда двигатель пребывает в стабилизированном режиме холостого хода, работы топливного насоса высокого давления с коэффициентом заполнения, основанным на расчете мгновенного модуля объемной деформации и передаточной функции между коэффициентом заполнения для топливного насоса высокого давления и давлением в топливной рампе непосредственного впрыска при номинальных состояниях модуля объемной деформации, причем передаточную функцию изучают при состояниях модуля объемной деформации, отличных от номинальных. Передаточную функцию изучают при первом состоянии модуля объемной деформации, отличном от номинального, и работа топливного насоса высокого давления происходит при втором состоянии модуля объемной деформации, отличном от номинального. Дополнительно, передаточную функцию при номинальных состояниях модуля объемной деформации изучают на основе передаточной функции, рассчитанной при первом состоянии модуля объемной деформации, отличном от номинального, и поправочном коэффициенте, основанном на модуле объемной деформации топлива при первом состоянии модуля объемной деформации топлива, отличном от номинального, относительно расчета номинального модуля объемной деформации. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для изучения передаточной функции путем применения первого коэффициента заполнения к топливному насосу высокого давления и изучения первого стабилизированного значения давления в топливной рампе непосредственного впрыска, соответствующего первому коэффициенту заполнения; применения второго, более высокого коэффициента заполнения к топливному насосу высокого давления и изучения второго стабилизированного значения давления в топливной рампе непосредственного впрыска, соответствующего второму коэффициенту заполнения; построения графа, содержащего первый и второй коэффициенты заполнения в зависимости от первого и второго стабилизированных значений давления в топливной рампе; и определения передаточной функции на основе наклона и смещения построенного графа.
Технический результат от корректировки передаточной функции СНР с помощью поправочного коэффициента, основанного на расчете модуля объемной деформации топлива во время применения передаточной функции состоит в том, что надежность механизмов управления СНР для адаптации к различным топливным системам и типам топлива улучшается. Кроме того, погрешности смазывания топливного насоса высокого давления и управления давлением в топливной рампе непосредственного впрыска, возникающие из-за расхождений между существующим модулем объемной деформации топлива и номинальным модулем деформации топлива, а также расхождений между модулем объемной деформации топлива во время изучения передаточной функции относительно модуля объемной деформации топлива во время применения передаточной функции, могут быть уменьшены. Кроме того, передаточные функции могут быть изучены при любом состоянии топлива и могут обеспечивать преимущества при любом другом состоянии топлива, улучшая диапазон типов топлива, с которыми возможно применение передаточной функции. Таким образом, это также снижает необходимость постоянного обновления передаточной функции каждый раз, когда меняются состояния топлива (например, при каждом событии долива топлива в бак). Дополнительно, передаточная функция, скорректированная по модулю объемной деформации, также позволяет выразить количественно и компенсировать вариативность отклика насоса в связи с вариативностью систем двигателя. В целом, смазывание с нулевым расходом топливного насоса высокого давления улучшается, предотвращая ухудшение состояния насоса высокого давления. Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и определения можно использовать с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти и выполняться посредством системы управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять одну или любое количество стратегий обработки данных, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и тому подобное. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции можно выполнять в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях можно не выполнять.
Кроме того, для достижения признаков и преимуществ описываемых в настоящем документе примеров вариантов осуществления изобретения не обязательно требуется указанный порядок обработки, но он служит для удобства иллюстрации и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций можно выполнять повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Дополнительно, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который может быть запрограммирован в долговременной памяти накопителя машиночитаемых данных в системе управления двигателем, причем описываемые действия выполняются посредством исполнения команд в системе, содержащей различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя в комбинации с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем документе конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны разнообразные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и части компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. 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 признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.