СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ НАСОСА ПРЯМОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА
METHOD (EMBODIMENTS) AND SYSTEM FOR COOLING DIRECT INJECTION PUMP

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка в целом относится к охлаждению насоса прямого впрыска топлива в топливных системах двигателей внутреннего сгорания.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Двигатели с распределенным и прямым впрыском топлива (РВПВТ) включают в себя как распределенный впрыск (РВ), так и прямой впрыск (ПВ) топлива и могут использовать преимущества каждого из режимов впрыска. Например, при повышенных нагрузках двигателя, топливо в двигатель могут подавать прямым впрыском для улучшения рабочих характеристик двигателя (например, повышением располагаемого крутящего момента и экономии топлива). При более низких нагрузках двигателя и в процессе запуска двигателя, топливо в двигатель можно подавать распределенным впрыском для улучшения испарения топлива, чтобы улучшить смешивание и снизить выбросы от двигателя в атмосферу. Кроме того, распределенный впрыск топлива может обеспечить улучшение топливной экономичности по сравнению с прямым впрыском топлива при более низких нагрузках двигателя. Дополнительно, работа с распределенным впрыском топлива может снизить ШВР (шум/вибрацию/резкость). Кроме вышеуказанных ситуаций, в некоторых условиях можно использовать одновременно форсунки прямого и распределенного впрыска, чтобы выигрышно использовать преимущества обоих типов подачи топлива, и, в некоторых случаях - разных видов топлива.
В двигателях РВПВТ топливоподкачивающий насос (также называемый насосом низкого давления) доставляет топливо из топливного бака как к форсункам распределенного впрыска, так и к топливному насосу прямого впрыска (также называемому насосом высокого давления). Топливный насос прямого впрыска может подавать топливо к форсункам прямого впрыска под повышенным давлением. В процессе работы, на нижней поверхности поршня внутри топливного насоса прямого впрыска могут формироваться одно или более пятен нагрева. При этом, топливо, находясь в сформированной под нижней поверхностью поршня камере (здесь называемой подуступным пространством), или протекая через нее, может контактировать с нижней поверхностью поршня насоса. Соответственно, топливо может нагреваться, что приводит к испарению топлива внутри подуступного пространства. Кроме того, испарение топлива может перегревать подуступное пространство и повысить вероятность заедания поршня внутри отверстия топливного насоса прямого впрыска.
Приводимый Марриотт (Marriott) и др. в US 2013/0118449 пример подхода позволяет осуществлять охлаждение подуступной камеры за счет циркуляции топлива. При этом, топливо из подающей топливной магистрали низкого давления циркулируют в подуступное пространство топливного насоса прямого впрыска, а оттуда возвращают в подающую топливную магистраль низкого давления выше по потоку от аккумулятора. Кроме того, поток топлива через подуступное пространство преимущественно создается изменением объема подуступного пространства за счет перемещения поршня насоса.
Авторами настоящего изобретения был выявлен потенциальный недостаток примера подхода Marrriott и др. Например, топливный насос прямого впрыска может содержать поршень насоса, соединенный со штоком, имеющим наружный диаметр, по существу равный наружному диаметру поршня. За счет использования штока поршня, имеющего с самим поршнем аналогичный наружный диаметр, можно уменьшить противоток из подуступного пространства. В этом случае, объем подуступного пространства может не меняться по существу при выполнении рабочих ходов насоса. Кроме того, без значительного изменения объема подуступного пространства может быть хуже циркуляция топлива через подуступное пространство, и подуступное пространство может не охлаждаться.
Авторы настоящего изобретения выявили вышеуказанную проблему и нашли подход для по меньшей мере частичного ее устранения. В одном примере подхода способ может включать в себя, при нахождении перепускного клапана в режиме сквозного пропускания, циркулирование части топлива из компрессионной камеры насоса прямого впрыска в подуступное пространство насоса прямого впрыска, причем циркулирование включает в себя направление потока части топлива через перепускной клапан и затягивание части топлива в подуступное пространство из точки выше по потоку от перепускного клапана и ниже по потоку от аккумулятора. Таким образом, подуступное пространство может охлаждаться противоточным топливом из компрессионной камеры.
В другом примере подхода система может содержать двигатель, топливоподкачивающий насос, топливный насос прямого впрыска, содержащий поршень, соединенный со штоком поршня, компрессионную камеру, подуступное пространство и кулачок, предназначенный для приведения в движение поршня, топливную рампу высокого давления, по текучей среде соединенную с выходом топливного насоса прямого впрыска, электромагнитный обратный клапан, расположенный на входе топливного насоса высокого давления, подающую топливную магистраль, по текучей среде соединяющую топливоподкачивающий насос и электромагнитный обратный клапан, аккумулятор, расположенный выше по потоку от электромагнитного обратного клапана, причем аккумулятор по текучей среде сообщается с подающей топливной магистралью, первый обратный клапан, соединенный с подающей топливной магистралью между аккумулятором и электромагнитным обратным клапаном, первый топливный тракт, содержащий второй обратный клапан, первый конец первого топливного тракта, соединенный по текучей среде с подающей топливной магистралью между первым обратным клапаном и электромагнитным обратным клапаном, второй конец первого топливного тракта, по текучей среде соединенный с входом подуступного пространства, второй топливный тракт, первый конец второго топливного тракта, по текучей среде соединенный с выходом подуступного пространства; и второй конец второго топливного тракта, по текучей среде соединенный с подающей топливной магистралью рядом с аккумулятором выше по потоку от первого обратного клапана и ниже по потоку от третьего обратного клапана. Такая примерная система может обеспечить изотермический поток топлива через топливный насос прямого впрыска.
Например, топливный насос прямого впрыска топливной системы двигателя с распределенным и прямым впрыском или только с прямым впрыском может содержать компрессионную камеру, поршень насоса, соединенный со штоком поршня, и подуступное пространство. В одном примере, шток поршня может иметь наружный диаметр, по существу равный наружному диаметру поршня насоса. Топливный насос прямого впрыска может принимать топливо в свою компрессионную камеру через подающую топливную магистраль от топливоподкачивающего насоса. Электронно-управляемый электромагнитный обратный клапан, по текучей среде соединенный с подающей топливной магистралью, может быть расположен на входе компрессионной камеры топливного насоса прямого впрыска. Аккумулятор может быть расположен выше по потоку от электромагнитного обратного клапана и предназначаться для удерживания топлива в течение выполнения хода сжатия в топливном насосе прямого впрыска. Первый обратный клапан, расположенный между аккумулятором и электромагнитным обратным клапаном, может перекрывать поток топлива от электромагнитного обратного клапана к аккумулятору, позволяя топливу течь из аккумулятора к электромагнитному обратному клапану. Кроме того, подуступное пространство может сообщаться по текучей среде с подающей топливной магистралью, как через первый топливный тракт, так и через второй топливный тракт. Первый топливный тракт может связывать по текучей среде вход подуступного пространства с подающей топливной магистралью между первым обратным клапаном и электромагнитным обратным клапаном. Второй топливный тракт позволяет сообщаться по текучей среде выходу подуступного пространства с подающей топливной магистралью рядом с аккумулятором. Кроме того, третий обратный клапан может быть соединен с подающей топливной магистралью ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса и выше по потоку от узла, в котором второй топливный тракт сливается с подающей топливной магистралью рядом с аккумулятором. При этом, когда соленоид электромагнитного обратного клапана обесточивают, переводя клапан в режим сквозного пропускания, некоторое количество топлива (например, противоточное топливо) может выходить из компрессионной камеры топливного насоса прямого впрыска через электромагнитный обратный клапан. То есть, на протяжении хода сжатия в топливном насосе прямого впрыска некоторое количество топлива может выходить из компрессионной камеры. Так как первый обратный клапан перекрывает поток топлива к аккумулятору, некоторое количество топлива может сначала течь к подуступному пространству по первому топливному тракту. Некоторое количество топлива затем может течь из подуступного пространства к аккумулятору по второму топливному тракту. Таким образом, циркуляционный поток некоторого количества топлива может охлаждать подуступное пространство.
Тем самым может уменьшаться нагрев топлива внутри топливного насоса прямого впрыска. Создавая поток топлива из компрессионной камеры в подуступное пространство, ходы поршня внутри компрессионной камеры (но не внутри подуступного пространства) могут принуждать топливо протекать через подуступное пространство. При этом создается возможность сохранения топлива внутри топливного насоса прямого впрыска по существу изотермическим. За счет уменьшения нагрева топлива в подуступном пространстве, может быть сокращено испарение топлива внутри подуступного пространства, результатом чего будет улучшение эксплуатационных характеристик топливного насоса прямого впрыска. В целом, топливный насос прямого впрыска может служить дольше при снижении затрат на техническое обслуживание.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически изображен пример осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 2 схематически проиллюстрирован пример осуществления топливной системы, которая может быть применена в двигателе, изображенном на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен пример осуществления насоса высокого давления в соответствии с настоящим раскрытием.
На фиг. 4 продемонстрирован пример движения топлива на ходе всасывания в насосе высокого давления, показанном на фиг. 3.
На фиг. 5 продемонстрирован пример движения топлива на ходе сжатия в насосе высокого давления, показанном на фиг. 3.
На фиг. 6 показан пример раструбного отверстия, которое может быть использовано в показанном на фиг. 3 насосе высокого давления.
На фиг. 7 представлен пример блок-схемы, иллюстрирующей управляющее действие электромагнитного обратного клапана в насосе высокого давления.
На фиг. 8 показан пример блок-схемы, описывающей движение топлива внутри показанного на фиг. 3 насоса высокого давления в различных режимах работы.
На фиг. 9 показан пример блок-схемы, иллюстрирующей движение противоточного топлива на ходе сжатия в насосе высокого давления, показанном на фиг. 3.
Осуществление изобретения
В двигателях с распределенным и прямым впрыском топлива (РВПВТ) для обеспечения требуемого давления топлива на топливных форсунках система подачи топлива может содержать несколько топливных насосов. В одном примере, система подачи топлива может содержать топливный насос более низкого давления (или топливоподкачивающий насос) и топливный насос более высокого давления (или прямого впрыска), расположенные между топливным баком и топливными форсунками. Топливный насос более высокого давления может размещаться выше по потоку от топливной рампы высокого давления в системе прямого впрыска для поднятия давления топлива, подаваемого в цилиндры двигателя посредством форсунок прямого впрыска. Выше по потоку от насоса высокого давления (ВД) может быть установлен электромагнитный входной обратный клапан, электромагнитный обратный клапан, или перепускной клапан, предназначенный для регулирования потока топлива в компрессионную камеру насоса высокого давления. Перепускной клапан обычно электронным образом управляется контроллером, который может входить в состав системы управления двигателя транспортного средства. Кроме того, контроллер может получать входной сигнал измерения от датчика, например, датчика углового положения, который позволяет контроллеру подавать команду на активирование перепускного клапана синхронно с приводным кулачком, подающим мощность на насос высокого давления.
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам охлаждения топливного насоса прямого впрыска (ПВ). Топливный насос прямого впрыска может входить в состав топливной системы, например, такой, как представлена на фиг. 2. Кроме того, топливная система может снабжать топливом систему двигателя, пример которой приведен на фиг. 1. Топливный насос прямого впрыска может эксплуатироваться либо в режиме переменного давления, либо в режиме давления по умолчанию (фиг. 7). Режим переменного давления может включать в себя запитывание соленоида электромагнитного обратного клапана (ЭМОК) для регулирования объема и давления топлива в топливной рампе прямого впрыска. Режим давления по умолчанию может включать в себя обесточивание соленоида ЭМОК на весь ход насоса. Топливо может подаваться в компрессионную камеру топливного насоса прямого впрыска на ходе впуска данного насоса (фиг. 4) от топливоподкачивающего насоса и/или от аккумулятора, расположенного ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса. В любом из режимов работы насоса, топливо из компрессионной камеры топливного насоса прямого впрыска (фиг. 3) может выходить из компрессионной камеры через ЭМОК, когда последний находится в режиме сквозного пропускания. В частности, топливо может выходить из компрессионной камеры через ЭМОК на ходе сжатия топливного насоса прямого впрыска в качестве противоточного топлива. Кроме того, противоточное топливо может течь от ЭМОК в подуступное пространство топливного насоса прямого впрыска (фиг. 5), а оттуда к аккумулятору (фиг. 9). Движение противоточного топлива может обеспечиваться одним или несколькими обратными клапанами. Эти обратные клапаны могут быть заменены на раструбные отверстия, пример одного из которых показан на фиг. 6. Движение топлива в топливном насосе прямого впрыска в соответствии с настоящим раскрытием при работе как в режиме переменного давления, так и в режиме давления по умолчанию, описано со ссылкой на фиг. 8.
Что касается терминологии, используемой во всем тексте описания осуществления изобретения, то насос высокого давления или топливный насос прямого впрыска может сокращенно называться насосом ВД (альтернативно, ТНВД), или топливным насосом ПВ. Соответственно, названия «ТНВД» или «топливный насос ПВ» могут использоваться взаимозаменяемо для обозначения топливного насоса прямого впрыска высокого давления. Аналогичным образом, насос низкого давления также может называться топливоподкачивающим насосом. Также, насос низкого давления может сокращенно называться «насос НД» или «ТННД». Распределенный впрыск может сокращенно называться РВ, а прямой впрыск может называться ПВ. Также, давление в топливной рампе, или значение давления топлива внутри топливной рампы (в большинстве случаев - топливной рампы прямого впрыска) может сокращенно называться ДТР. Топливная рампа прямого впрыска может также называться топливной рампой высокого давления, или сокращенно - топливной рампой ВД. Также входной электромагнитный обратный клапан, предназначенный для управления потоком топлива в насосе ВД, может называться перепускным клапаном, электромагнитным обратным клапаном (ЭМОК), электронно-управляемым входным электромагнитным обратным клапаном, а также электронно-управляемым клапаном. Кроме того, когда входной электромагнитный обратный клапан активирован, то насос ВД считается работающим в режиме переменного давления. Электромагнитный обратный клапан могут сохранять в активном состоянии на протяжении всего периода работы насоса ВД в режиме переменного давления. Если электромагнитный обратный клапан деактивируют, и управление давлением насоса ВД осуществляется механически без подачи каких-либо команд электронно-управляемому перепускному клапану, считается, что насос ВД работает в механическом режиме, или в режиме давления по умолчанию. Также, электромагнитный обратный клапан могут сохранять в неактивном состоянии на протяжении всего периода работы насоса ВД в режиме давления по умолчанию.
На фиг. 1 сопроводительных чертежей изображен пример камеры сгорания или цилиндра двигателя 10. Двигатель 10 может управляться по меньшей мере содержащей контроллер 12 системой управления, а также входными сигналами от оператора 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В данном примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального сигнала ПП (положения педали). Цилиндр 14 (здесь также называемый «камерой 14 сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии (не показана). Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 10, с коленчатым валом 140 через маховик может быть соединен стартер (не показан).
Цилиндр 14 может принимать впускной воздух через серию впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускные воздушные каналы 142, 144 и 146 кроме цилиндра 14 могут сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых примерах один или несколько впускных воздушных каналов могут содержать устройство повышения давления, например, турбонагнетатель или механический нагнетатель. Например, на фиг. 1 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, установленный между впускными каналами 142 и 144, и выпускную турбину 176, установленную вдоль выпускного канала 158. В случае, если устройство повышения давления выполнено в виде турбонагнетателя, компрессор 174 по меньшей мере частично может получать мощность от выпускной турбины 176 через вал 180. Тем не менее, в других примерах, например, когда двигатель 10 оснащен механическим нагнетателем, выпускную турбину 176 могут опционально не устанавливать, и компрессор 174 может получать мощность от механического воздействия мотора или двигателя. Вдоль впускного канала двигателя может быть обеспечена дроссельная заслонка 162 с дроссельной шайбой 164, предназначенная для регулирования расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссельная заслонка 162 может быть расположена ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, альтернативно, выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной коллектор 148 может принимать отработавшие газы не только от цилиндра 14, но и от других цилиндров двигателя 10. Датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 158 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчиком 128 отработавших газов может быть любой датчик, подходящий для обеспечения информации о воздушно-топливном отношении в отработавших газах, например, универсальный или широкодиапазонный датчик УДКОГ содержания кислорода в отработавших газах, кислородный датчик ДКОГ с двумя состояниями (показан на фигурах чертежей), нагреваемый датчик НДКОГ содержания кислорода в отработавших газах, датчик оксидов азота (NOx), НС или СО. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может быть ТКН (трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором), улавливателем NOx, другим из разнообразных устройств снижения токсичности выбросов или сочетаниями вышеперечисленных устройств.
Каждый из цилиндров двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан имеющим по меньшей мере один тарельчатый впускной клапан 150 и по меньшей мере один тарельчатый выпускной клапан 156, расположенные в верхней зоне цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе и цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней зоне цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может осуществляться контроллером 12 посредством исполнительного устройства 152. Аналогичным образом, управление выпускным клапаном 156 может осуществляться контроллером 12 посредством исполнительного устройства 154. В некоторых условиях, контроллер может варьировать подаваемые на исполнительные устройства 152 и 154 сигналы для управления моментами открытия и закрытия соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответствующими датчиками (не показаны) положения соответствующего клапана. Исполнительные устройства клапанов могут быть устройствами электрического привода, кулачкового привода или сочетать в себя указанные типы приводов. Управление моментами открытия и закрытия впускных клапанов может выполняться одновременно, или же может использоваться любая из возможностей из переменного кулачкового распределения впускных клапанов, переменного кулачкового распределения выпускных клапанов, двойного независимого кулачкового распределения или фиксированного кулачкового распределения. Каждая из систем кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из следующих систем: систему (ППК) переключения профилей кулачков, систему (ИФКР) изменения фаз кулачкового распределения, систему (ИФГ) изменения раз газораспределения и/или систему (ИВПК) изменения высоты подъема клапанов которые может использовать контроллер 12 для варьирования работы клапанов. К примеру, цилиндр 14 в альтернативном осуществлении может содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом с привлечением систем ППК и/или ИФКР. В иных примерах также возможно, чтобы впускной и выпускной клапаны управлялись общим исполнительным устройством или приводной системой или приводным механизмом или приводной системой изменения фаз газораспределения.
Цилиндр 14 может характеризоваться степенью сжатия, которая является отношением объемов при нахождении поршня 138 в нижней и верхней мертвой точках. В одном примере, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах с использованием топлива разных видов, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании более высокооктанового топлива или топлива с более высокой латентной энтальпией парообразования. Степень сжатия может также увеличиваться при использовании прямого впрыска вследствие его влияния на детонацию двигателя.
В некоторых примерах, каждый цилиндр двигателя 10 может иметь в своем составе свечу 192 зажигания, осуществляющую воспламенение. Система 190 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 14 сгорания посредством свечи 192 зажигания в ответ на получение от контролера 12 сигнала (03) опережения зажигания в выборочных режимах работы. Тем не менее, в некоторых осуществлениях, свечу 192 зажигания могут не использовать, например, когда двигатель может осуществлять сжигание посредством самовоспламенения или впрыском топлива, как в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими подающими топливо топливными форсунками. 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, получаемого из топливной системы 8. Как показано на фиг. 2, топливная система 8 может содержать один или несколько топливных баков, топливных насосов и топливных рамп. Топливная форсунка 166 показана соединенной напрямую с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ШИВТ-1), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 168. При этом топливная форсунка 166 осуществляет «прямой впрыск» (в настоящем документе также называемый "ПВ") топлива в цилиндр 14. Хотя на фиг. 1 топливная форсунка 166 показана расположенной с одной стороны цилиндра 14, альтернативно она может располагаться сверху поршня, например, вблизи расположения свечи 192 зажигания. Из-за меньшей летучести некоторых видов спиртового топлива при таком расположении может улучшаться смешивание и сгорание при эксплуатации двигателя на спиртовом топливе. В другом варианте для улучшения смешивания топливная форсунка может располагаться выше впускного клапана и вблизи него. Топливо к топливной форсунке 166 может доставляться из топливного бака топливной системы 8 посредством топливного насоса высокого давления и топливной рампы. Кроме того, топливный бак может быть оснащен первичным преобразователем давления, подающим сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана расположенной во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, и такая компоновка обеспечивает известный распределенный впрыск топлива (здесь называемый РВТ) во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать получаемое из топливной системы 8 топливо пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ШИВТ-2), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Отметим, что для обеих систем впрыска топлива может использоваться только один из электронных драйверов 168 или 171, или же, как показано на иллюстрации, могут использоваться несколько электронных драйверов, например, электронный драйвер 168 для топливной форсунки 166 и электронный драйвер 171 для топливной форсунки 170, как показано на сопроводительных чертежах.
В альтернативном примере, каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как форсунка прямого впрыска, впрыскивающая топливо непосредственно в цилиндр 14. В другом примере, каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как форсунка распределенного впрыска для впрыскивания топлива выше по потоку от впускного клапана 150. В других возможных примерах, цилиндр 14 может содержать только одну топливную форсунку, выполненную с возможностью принимать различные топлива от топливных систем в различных соотношениях в виде смеси топлив, а также выполненную с возможностью впрыскивания этой топливной смеси непосредственно в цилиндр как форсунка прямого впрыска, или выше по потоку от впускных клапанов как форсунка распределенного впрыска. Еще в одном примере, цилиндр 14 может снабжаться топливом только топливной форсункой 166, или только прямым впрыском. То есть, следует понимать, что описываемые здесь топливные системы не должны ограничиваться конкретными конфигурациями топливных форсунок, описываемыми здесь в качестве примера.
Топливо может подаваться в цилиндр обеими топливными форсунками на протяжении одного рабочего цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть совокупного впрыска топлива, сжигаемого в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемое от каждой форсунки, может варьироваться в зависимости от условий работы, например, нагрузки двигателя, детонации и температуры отработавших газов, как описывается здесь далее по тексту. Топливо, подаваемое распределенным впрыском, может подаваться при событии открытого впускного клапана, событии закрытого впускного клапана (например, по существу до такта впуска), а также и при открытом и закрытом положениях впускного клапана. Аналогичным образом, топливо, подаваемое прямым впрыском, может подаваться на такте впуска и частично на предыдущем такте выпуска, на такте впуска и частично на такте сжатия, например, То есть, даже для одного события сжигания, впрыскиваемое топливо может впрыскиваться в различные моменты времени форсункой прямого и распределенного впрыска. Кроме того, для единичного события сжигания за один цикл может быть выполнено несколько впрысков топлива. Множественные впрыски топлива могут выполняться на такте сжатия, на такте впуска или в любых сочетаниях этих тактов.
Как описано выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. То есть, каждый цилиндр может аналогично включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что двигатель 10 может включать в себя любое приемлемое количество цилиндров, то есть, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 и более цилиндров. Кроме того, каждый из этих цилиндров может включать в себя некоторые или все из разнообразных компонентов, изображенных на фиг. 2 и описанных для цилиндра 14.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь различающиеся характеристики. Различие может заключаться в разных размерах, например, одна форсунка может иметь большее по размеру отверстие для впрыска, чем другая форсунка. К различиям, не ограничиваясь перечисленным, можно отнести разные углы впрыска, разные рабочие температуры, различное нацеливание, различные временные установки впрыска, размещение в различных местах. Более того, в зависимости от распределения впрыскиваемого топлива между форсунками 166 и 170, можно достичь различных эффектов.
Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), в данном конкретном случае предназначенного для хранения исполняемых инструкций, оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание (МРВ) массового расхода воздуха от датчика 122 массового расхода воздуха; показание (ТХД) температуры хладагента двигателя от датчика 116 температуры, соединенного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал (ПЗ) профиля зажигания от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал (ДВК) давления воздуха в коллекторе от датчика 124. Сигнал (ЧВД) частоты вращения двигателя может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика ДВК можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе.
На фиг. 2 схематически изображен пример топливной системы 8, показанной на фиг. 1. Топливную систему 8 можно задействовать для доставки топлива из топливного бака 202 к топливным форсункам 252 прямого впрыска и топливным форсункам 242 распределенного впрыска двигателя, такого как изображен на фиг. 1. Топливная система 8 может эксплуатироваться контроллером, таким как показанный на фиг. 1 контроллер 12, для выполнения некоторых или всех из операций, раскрытых со ссылкой на приведенные в качестве примеров на фиг. 4 и фиг. 5 алгоритмы.
Топливная система 8 может обеспечивать топливом двигатель, например, такой двигатель 10, как изображен в качестве примера на фиг. 1, доставляя топливо из топливного бака 202. Например, топливо может содержать один или несколько углеводородных компонентов, а также может содержать спиртовой компонент. В некоторых условиях, спиртовой компонент, доставляемый в подходящем количестве, может обеспечивать подавление детонации в двигателе, и может содержать любой подходящий спирт, такой как этанол, метанол и т.п. Так как спирт может обеспечивать лучшее подавление детонации, чем некоторые топлива на углеводородной основе, например, как бензин и дизельное топлива, благодаря повышенной скрытой теплоте парообразования и способности спирта охлаждать заряд топливовоздушной смеси, топливо, содержащее спирт в большей концентрации может выборочно использоваться для обеспечения повышенной устойчивости к детонации двигателя в выборочных условиях работы.
В другом примере, спирт (например, метанол, этанол) могут иметь добавленную к нему воду. При этом вода снижает воспламеняемость топлива, давая повышенную гибкость в хранении топлива. Кроме того, теплота парообразования водной составляющей улучшает способность спирта действовать в качестве подавителя детонации. Кроме всего прочего, водная составляющая может снизить общую стоимость топлива. В конкретном неограничивающем примере, топливо может содержать бензин и этанол (например, марки Е10 и/или Е85). Топливо может подаваться в топливный бак 202 через заправочный канал 204.
Топливный насос 208 низкого давления (здесь также называемый топливоподкачивающим насосом 208), сообщающийся с топливным баком, может задействоваться для подачи топлива из топливного бака 202 к первой группе форсунок 242 распределенного впрыска по первому топливному каналу 230. Топливоподкачивающий насос 208 может также называться ТННД или насосом 208 НД (низкого давления). В одном примере, ТННД может быть электрическим топливным насосом более низкого давления, расположенным по меньшей мере частично внутри топливного бака 202. Подкачиваемое ТННД 208 топливо может под более низким давлением подаваться в первую топливную рампу 240, соединенную с одной или несколькими топливными форсунками первой группы форсунок 242 распределенного впрыска (здесь также называемой первой группой форсунок). На выходе ТННД может быть установлен обратный клапан 209. Обратный клапан 209 ТННД может направлять поток топлива от ТННД 208 в первый топливный канал 230 и второй топливный канал 290 и может не допускать, чтобы топливо текло обратно в ТННД 208 из первого и второго топливных каналов 230 и 290 соответственно.
Хотя первая топливная рампа 240 показана распределяющей топливо к четырем топливным форсункам первой группы форсунок 242 распределенного впрыска, следует понимать, что первая топливная рампа 240 может распределять топливо к любому количеству топливных форсунок. В качестве одного примера, топливная рампа 240 может распределять топливо к одной топливной форсунке первой группы топливных форсунок 242 распределенного впрыска для каждого цилиндра двигателя. Отметим, что в других примерах, первый топливный канал 230 может обеспечивать топливом топливные форсунки первой группы форсунок 242 распределенного впрыска по двум или более топливным рампам. Например, когда цилиндры двигателя имеют V-образную конфигурацию, две топливные рампы могут использоваться для распределения топлива из первого топливного канала к каждой из топливных форсунок первой группы форсунок.
Топливный насос 228 прямого впрыска (или насос 228 ПВ или насос высокого давления 228) содержится во втором топливном канале и может получать топливо посредством ТННД 208. В одном примере, топливный насос 228 прямого впрыска может быть вытеснительным насосом с механическим приводом. Топливный насос 228 прямого впрыска может сообщаться с группой форсунок 252 прямого впрыска через вторую топливную рампу 250. Вторая топливная рампа 250 может быть топливной рампой высокого (или более высокого давления). Вторая топливная рампа 250 может также называться топливной рампой 250 ПВ (прямого впрыска). Топливный насос 228 прямого впрыска также может сообщаться по текучей среде с первым топливным каналом 230 через второй топливный канал 290. При этом, топливо под более низким давлением подкачиваемое ТННД 228, затем может сжиматься насосом 228 прямого впрыска для того, чтобы подавать топливо под более высоким давлением для прямого впрыска во вторую топливную рампу 250, соединенную с одной или более топливными форсунками 252 (здесь также называемыми второй группой форсунок). В некоторых примерах, выше по потоку от топливного насоса 228 прямого впрыска может быть установлен топливный фильтр (не показан), предназначенный для очистки топлива от твердых частиц.
Разнообразные компоненты топливной системы 8 сообщаются с системой управления двигателя, например, с контроллером 12. Например, контроллер может получать информацию об условиях работы от разнообразных датчиков, ассоциированных с топливной системой 8 в дополнение к тем датчикам, которые были описаны выше со ссылкой на фиг. 1. Разнообразные входные сигналы могут включать в себя, например, информацию о количестве топлива в топливном баке 202 от датчика 206 уровня топлива. Контроллер 12 может также получать информацию о составе топлива от одного или более датчиков состава топлива, в дополнение, или, в качестве альтернативы информации о составе топлива, получаемой от датчика отработавших газов (например, от показанного на фиг. 1 датчика 128). Например, информация о составе топлива, находящегося в топливном баке 202, может обеспечиваться датчиком 210 состава топлива. Датчик 210 состава топлива может также содержать датчик температуры топлива. Дополнительно или альтернативно, один или более датчиков состава топлива могут быть обеспечены в любом подходящем месте по длине топливных каналов между топливным баком и двумя группами топливных форсунок. Например, датчик 238 состава топлива может быть обеспечен на первой топливной рампе 240 или на длине первого топливного канала 230, и/или датчик 248 состава топлива может быть обеспечен на второй топливной рампе 250 или на длине второго топливного канала 232. В качестве неограничивающего примера, датчики состава топлива могут обеспечивать контроллер 12 информацией о концентрации подавляющего детонацию компонента в топливе или информацией о детонационной стойкости топлива. Например, один или более датчиков состава топлива могут обеспечивать информацию о содержании в топливе спирта.
Отметим, что взаимное расположение датчиков состава топлива внутри системы топливоподачи может обеспечить различные преимущества. Например, датчики 238 и 248 состава топлива, расположенные на топливных рампах или по длине топливных каналов, связывающих топливные форсунки с топливным баком 202, могут обеспечить информацию о составе топлива еще до его доставки в двигатель. И наоборот, датчик 210 состава топлива может обеспечивать информацию о составе топлива, находящегося в топливном баке 202.
Топливная система 8 может также содержать датчик 234 давления, соединенный со вторым топливным каналом 290, и датчик 236 давления, соединенный со второй топливной рампой 250. Датчик 234 давления может использоваться для определения магистрального давления во втором топливном канале 290, которое может соответствовать давлению подачи насоса 208 низкого давления. Датчик 236 давления может быть расположен ниже по потоку от топливного насоса 228 прямого впрыска во второй топливной рампе 250 и может использоваться для измерения давления ДТР (давления в топливной рампе) во второй топливной рампе 250. Дополнительные датчики давления могут быть размещены в топливной системе 8, например, в первой топливной рампе 240 для измерения давления в ней. Измеренные в различных местах топливной системы 8 давления могут сообщаться контроллеру 12.
ТННД 208 может использоваться для подачи топлива как в первую топливную рампу 240 в процессе распределенного впрыска, так и в насос 228 прямого впрыска в процессе прямого впрыска. В процессе как прямого, так и распределенного впрыска топлива, ТННД 208 может управляться контроллером 12 для подачи топлива в первую топливную рампу 240 и/или в насос 228 ПВ, исходя из давления топлива в каждой из первой топливной рампы 240 и второй топливной рампы 250.
В одном примере, в процессе распределенного впрыска топлива, контроллер 12 может управлять ТННД 208 для его работы в непрерывном режиме для подачи топлива при постоянном давлении топлива в первую топливную рампу 240, чтобы поддерживать относительно постоянное давление распределенного впрыска.
С другой стороны, в процессе прямого впрыскивания топлива, когда распределенный впрыск ОТКЛЮЧЕН и деактивирован, контроллер 12 может управлять ТННД 208 для подачи топлива в насос 228 прямого впрыска. ТННД 208 может эксплуатироваться в импульсном режиме, в котором ТННД попеременно включают и отключают в зависимости от показаний давления топлива от датчика 236, соединенного со второй топливной рампой 250. В альтернативном осуществлении, ТННД 208 могут эксплуатировать в импульсном режиме в процессе работы двигателя как с прямым, так и с распределенным впрыском для того, чтобы использовать пониженное энергопотребление топливоподкачивающего насоса при его работе в прерывистом режиме.
То есть, ТННД 208 и топливный насос 228 ПВ могут эксплуатироваться для поддержания предписанного давления во второй топливной рампе 250. Датчик 236 давления, соединенный со второй топливной рампой 250, может быть выполнен с возможностью обеспечения оценки давления топлива, которое имеется в группе форсунок 252 прямого впрыска. Затем, по разности между оцененным давлением в рампе и требуемым давлением в рампе, может быть отрегулирована подача каждого из насосов.
Контроллер 12 также может управлять работой каждого из топливного насоса ТННД 208 и топливного насоса 228 ПВ для регулирования количества, давления, расхода и т.д. топлива, подаваемого в двигатель. В качестве одного примера, контроллер 12 может регулировать уставку давления, величину рабочего хода насоса, командный коэффициент заполнения насоса, и/или расход топливных насосов для доставки топлива в различные места топливной системы. Например, командный коэффициент заполнения топливного насоса ПВ может относиться к доле от полного объема топливного насоса ПВ, которую надо прокачать. То есть, 10% коэффициент заполнения насоса может представлять собой запитывание соленоида электромагнитного обратного клапана таким образом, чтобы можно было прокачать 10% объема насоса ПВ. Драйвер (не показан), электронным образом соединенный с контроллером 12, может использоваться для отсылки сигнала управления на ТННД 208 по мере необходимости для регулирования выходных показателей (например, частоты вращения, давления подачи) ТННД 208. Количество топлива, доставляемое группе форсунок прямого впрыска посредством топливного насоса 228 прямого впрыска, может регулироваться за счет регулирования и координирования выходных показателей ТННД 208 и топливного насоса 228 прямого впрыска.
На фиг. 3 в качестве примера показан топливный насос 228 ПВ (также называемый насосом 228 ПВ), находящийся в топливной системе 8, показанной на фиг. 2. Как было указано ранее со ссылкой на фиг 2, насос 228 ПВ принимает топливо под низким давлением от ТННД 208 по второму топливному каналу 290. Далее, насос 228 ПВ поднимает давление топлива, перед тем как качать его ко второй группе форсунок 252 (или форсунок прямого впрыска) по второму топливному каналу 232. Как показано на фиг. 3, вход 303 компрессионной камеры 308 в насосе 228 ПВ снабжается топливом посредством топливного насоса 208 низкого давления. Давление топлива может быть поднято при его прохождении через топливный насос 228 прямого впрыска, и оно может быть подано во вторую топливную рампу 250 и форсунки 252 прямого впрыска через выход 304 насоса.
В иллюстрируемом примере, насос 228 прямого впрыска может быть приводимым от двигателя вытеснительным насосом, включающим в себя поршень 306 и поршневой стержень 320 (также называемый поршневым штоком 320), компрессионную камеру 308 насоса (здесь также называемую компрессионной камерой), отверстие 350 и подуступное пространство 318. Поршень 306 насоса может двигаться аксиально (например, возвратно-поступательно) внутри отверстия 350. Предположив, что поршень насоса 306 на фиг. 3 показан по существу в нижней мертвой точке (НМТ), подачу насоса можно представить как вытесняемый объем 377. Подачу насоса прямого впрыска можно измерить, как площадь, проходимую поршнем 306 насоса, пока он движется от ВМТ до НМТ или наоборот. Внутри компрессионной камеры 308 также существует второй объем, являющийся свободным объемом 378 насоса. Свободный объем 378 насоса также может быть известен как мертвый объем 378. Свободный объем задает область в компрессионной камере 308, остающуюся при нахождении поршня 306 насоса в ВМТ. Другими словами, вытесняемый объем 377 и свободный объем 378 формируют компрессионную камеру 308.
Поршень 306 насоса включает в себя верх 305 поршня и днище 307 поршня. Поршень 306 насоса может быть соединен (например, механически) со стержнем 320 поршня. В примере осуществления, показанном на фиг. 3, поршневой стержень 320 может иметь наружный диаметр, по существу такой же, как наружный диаметр поршня 306 насоса. За счет увеличения ширины стержня 320 поршня по существу до ширины поршня 306 насоса можно сократить противоток из подуступного пространства 318.
Противоток может происходить в поршневых насосах (например, в насосе прямого впрыска с поршнем, соединенным с поршневым штоком, более узким, чем наружный диаметр поршня насоса), в которых часть перекачиваемой жидкости (в данном случае - топлива) в повторяющемся режиме принудительно подается из подуступного пространства в топливную магистраль низкого давления, и из топливной магистрали низкого давления в подуступное пространство. Процесс противотока в насосе может быть описан следующим образом: на ходе сжатия в топливном насосе прямого впрыска, по мере того, как поршень насоса проходит от НМТ до ВМТ, флюид может засасываться из топливопровода низкого давления (например, из подающей топливной магистрали 344) в подуступное пространство или в объем под поршнем. На ходе всасывания (впуска) насоса, по мере того, как поршень насоса идет из ВМТ в НМТ, флюид может принудительно подаваться от днища поршня (объема под поршнем, подуступного пространства) в подающую топливную магистраль.
Противоток в насосе может возбуждать частоту собственных колебаний подающей топливной магистрали низкого давления. Повторяющийся реверсивный поток топлива от днища поршня может создать пульсации давления топлива и потока, которые по меньшей мере могут привести к некоторому количеству проблем. Одной из проблем может быть повышенный шум, вызываемый пульсациями потока, что потребует применения дополнительных звукоизолирующих компонентов, которые иначе бы не потребовались.
Противоток в насосе из подуступного пространства может быть сокращен путем внесения в конструкцию топливного насоса прямого впрыска более широкого стержня поршня (например, стержня поршня с увеличенным диаметром). Как показано на фиг. 1, топливный насос 228 ПВ включает в себя поршневой стержень 320, имеющий наружный диаметр, который равен или по существу равен наружному диаметру поршня 306 насоса. Для того, чтобы различать шток и поршень на фиг. 3 диаметр поршневого штока 320 показан немного меньшим диаметра поршня 306 насоса, хотя в реальности диаметры могут быть одинаковыми.
Таким образом, подуступное пространство 318 может в большей мере занято поршневым штоком 320, чем будет по существу сокращен переменный объем подуступного пространства 318 на задней стороне поршня 306 насоса. Другими словами, в процессе движения поршня насоса, на задней стороне поршня 306 насоса между отверстием и поршневым штоком (например, внутри подуступного пространства) будет иметься меньший незаполненный объем. При этом, когда поршень 306 насоса и поршневой шток 320 проходят из ВМТ в НМТ и обратно, можно значительно сократить противоток на нижней стороне поршня 306 насоса (например, из подуступного пространства 318).
В альтернативном осуществлении, поршневой шток 320 может иметь наружный диаметр, который будет равен примерно половине (например, 50%) наружного диаметра поршня 306 насоса с целью уменьшения противотока из подуступного пространства 318.
Подуступное пространство 318 и компрессионная камера 308 могут содержать соответствующие полости, расположенные на противоположных сторонах поршня 306 насоса. Точнее, подуступное пространство 318 может быть областью переменного объема, сформированной под днищем 307 поршня (как показано на фиг. 3). Кроме того, компрессионная камера 308 может быть камерой переменного объема, сформированной над верхом 305 поршня 306 (как показано на фиг. 3). В пределах объема настоящего изобретения возможны другие примеры расположения подуступного пространства и компрессионной камеры относительно поршня 306 насоса. Подуступное пространство 318 может окружать поршневой шток 320. Также следует отметить, что подуступное пространство 318 в большей степени занято поршневым штоком 320.
В одном примере, с поршневым штоком 320 насоса 228 прямого впрыска может контактировать приводной кулачок 310, который может быть выполнен с возможностью приведения в движение поршня 306 насоса из НМТ в ВМТ и обратно, тем самым создавая движение, необходимое для прокачивания топлива через компрессионную камеру 308. Приводной кулачок 310 включает в себя четыре рабочих выступа и выполняет один полный оборот за каждые два оборота коленчатого вала двигателя. Между поршневым штоком 320 и приводным кулачком 310 может располагаться толкатель кулачка, например, роликовый толкатель.
Для того, чтобы качать топливо, поршень 306 насоса совершает возвратно-поступательное движение внутри отверстия 350 топливного насоса 228 прямого впрыска. Топливный насос 228 прямого впрыска находится на ходе сжатия, когда поршень 306 насоса движется в направлении, при котором объем компрессионной камеры 308 уменьшается. И наоборот, топливный насос 228 прямого впрыска находится на ходе всасывания или ходе впуска, когда поршень 306 насоса движется в направлении, при котором объем компрессионной камеры 308 увеличивается.
Выше по потоку от входа 303 в компрессионную камеру 308 насоса 228 прямого впрыска расположен ЭМОК (электромагнитный обратный клапан) 312. ЭМОК 312 также может называться перепускным клапаном 312. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью регулирования потока топлива через электромагнитный обратный клапан 312 путем запитывания и обесточивания соленоида, находящегося внутри ЭМОК 312 (в зависимости от конфигурации соленоида) синхронно с приводным кулачком 310. Соответственно, ЭМОК 312 может работать в двух различных, хотя потенциально и перекрывающихся режимах. В первом режиме (например, режиме переменного давления) ЭМОК 312 приводят в действие для ограничения (например, подавления) количества топлива, проходящего через ЭМОК вверх по потоку от него. Точнее, ЭМОК может перекрывать поток топлива из компрессионной камеры 308 через ЭМОК 312 вверх по потоку от ЭМОК 312. В первом режиме, топливо может течь через ЭМОК 312 из точки выше по потоку от ЭМОК 312 вниз по потоку от ЭМОК 312. Во втором режиме (например, режиме давления по умолчанию). ЭМОК эффективно выключают из работы, и топливо может течь через ЭМОК 312 как вверх, так и вниз по потоку от него. Хотя ЭМОК 312 был описан так, как выше по тексту, он также может быть выполнен в виде соленоидного плунжера, заставляющего обратный клапан открываться, когда его соленоид обесточивают. Такая плунжерная конструкция может иметь дополнительное преимущество в способности прекращения запитывания соленоида, когда давление в компрессионной камере 308 нарастает, тем самым удерживая обратный клапан закрытым.
Как было отмечено выше, ЭМОК 312 может быть выполнен с возможностью регулировать массу (или объем) топлива, сжимаемого внутри топливного насоса 228 прямого впрыска. В одном примере, контроллер 12 может регулировать момент закрытия ЭМОК для регулирования массы сжимаемого топлива. Например, закрытие ЭМОК 312 позднее относительно сжатия поршнем (например, когда объем компрессионной камеры уменьшается) может уменьшить количество топливной массы, доставляемой из компрессионной камеры 308 на выход 304 насоса, так как больше топлива, вытесняемого из компрессионной камеры 308 сможет протечь через ЭМОК 312 пока он не закроется. При этом, ЭМОК может находиться в режиме сквозного пропускания, позволяющей топливу течь из компрессионной камеры 308 через ЭМОК 312 вверх по потоку от ЭМОК 312, пока он не закроется. Например, эксплуатация насоса прямого впрыска с 30%-ным коэффициентом заполнения может включать в себя закрытие ЭМОК 312 тогда, когда ход сжатия выполнен примерно на 70% (например, при более позднем закрытии). Другими словами, работа с 30%-ным коэффициентом заполнения может включать в себя закрытие ЭМОК 312 тогда, когда 70% топлива в компрессионной камере будет вытеснено через ЭМОК 312, а 30% топлива останется в компрессионной камере. То есть, работа с 30% коэффициентом заполнения доставляет в топливную рампу 250 примерно 30% объема топливного насоса прямого впрыска.
И наоборот, раннее закрытие электромагнитного входного обратного клапана относительно хода сжатия поршня (например, когда объем компрессионной камеры уменьшается), может увеличить количество массы топлива, доставленного от компрессионной камеры 308 на выход 304 насоса, так как меньше топлива, вытесненного из компрессионной камеры 308 может течь (в обратном направлении) через электронно-управляемый обратный клапан 312 до его закрытия. Пример раннего закрытия ЭМОК может случиться при работе топливного насоса прямого впрыска с 80%-ным коэффициентом заполнения. При этом ЭМОК 312 на ходе сжатия могут закрывать рано, например, когда выполнено 20% хода сжатия. Точнее, работа насоса прямого впрыска с 80%-ным коэффициентом заполнения может включать в себя закрытие ЭМОК 312, когда примерно 20% объема топливного насоса прямого впрыска будет выброшено из компрессионной камеры через ЭМОК 312. При этом 80% объема топливного насоса прямого впрыска может быть доставлено в топливную рампу 250 прямого впрыска через выход 304 насоса.
Моменты открытия и закрытия ЭМОК 312 могут быть скоординированы с временными установками ходов топливного насоса 228 прямого впрыска. Альтернативно или дополнительно, путем непрерывного дросселирования потока топлива в топливный насос прямого впрыска из топливного насоса низкого давление, подачу топлива в топливный насос прямого впрыска можно регулировать и без применения ЭМОК 312.
Вход 399 насоса может получать топливо из выхода ТННД 208 по второму топливному каналу 290 и может направлять топливо вдоль по первой секции 343 подающей топливной магистрали 344 в ЭМОК 312 через третий обратный клапан 321 и первый обратный клапан 322. Первая секция 343 подающей топливной магистрали 344 проходит от входа 399 насоса до узла 362. Кроме того, третий обратный клапан 321 соединен с первой секцией 343 подающей топливной магистрали 344 ниже по потоку от входа 399 насоса и выше по потоку от узла 362. При этом, узел 362 включает в себя узел, в котором подающая топливная магистраль 344 по текучей среде сообщается с аккумулятором 330. Третий обратный клапан 321 позволяет топливу течь от входа 399 насоса к узлу 362 и ЭМОК 312 вдоль по подающей топливной магистрали 344. Кроме того, третий обратный клапан 321 не допускает течения топлива от узла 362 к входу 399 насоса и ТННД 208.
Первый обратный клапан 322 расположен выше по потоку от ЭМОК 312 вдоль по подающей топливной магистрали 344. Первый обратный клапан 322 смещен для препятствования потоку топлива из ЭМОК 312 по направлению к аккумулятору 330, третьему обратному клапану 321 и входу насоса 399. Первый обратный клапан 322 позволяет топливу течь из насоса 208 низкого давления к ЭМОК 312. Кроме всего прочего, первый обратный клапан позволяет топливу течь из аккумулятора 330 к ЭМОК 312. Аккумулятор 330 может удерживать топливо в течение по меньшей мере части хода сжатия в топливном насосе 228 прямого впрыска и может выпускать удерживаемое в нем топливо в течение по меньшей мере части хода впуска топливного насоса 228 прямого впрыска.
Когда электромагнитный обратный клапан 312 деактивирован (например, на его соленоид обесточен, и топливный насос 228 прямого впрыска работает во втором режиме (таком как режим давления по умолчанию), ЭМОК 312 работает в режиме сквозного пропускания, позволяющей топливу протекать через ЭМОК 312 как вверх по потоку, так и вниз по потоку от ЭМОК 312. Кроме того, давление в топливном насосе 228 прямого впрыска может поддерживаться на значении по умолчанию посредством аккумулятора 330. Аккумулятор 330 является аккумулятором давления, расположенным вдоль по подающей топливной магистрали 344 выше по потоку как от первого обратного клапана 322, так и ЭМОК 312, и ниже по потоку от третьего обратного клапана 321. Как показано на иллюстрации, первый обратный клапан расположен между аккумулятором 330 и ЭМОК 312, в то время как третий обратный клапан 321 расположен между входом 399 насоса и аккумулятором 300. В одном примере, аккумулятор 300 является аккумулятором номиналом 15 бар (абсолютного давления). В другом примере, аккумулятор 300 является аккумулятором номиналом 20 бар (абсолютного давления). Таким образом, аккумулятор может быть предварительно нагруженным аккумулятором.
Давление по умолчанию в топливном насосе 228 прямого впрыска в режиме давления по умолчанию может определяться номиналом давления аккумулятора 330. В частности, давление по умолчанию может определяться жесткостью пружины 334, соединенной с поршнем 336 внутри аккумулятора 330. Как показано на фиг. 3, аккумулятор содержит первый переменный объем 340, сформированный под поршнем 336 и второй переменный объем 338, сформированный над поршнем 336. Поршень 336 может двигаться аксиально между нижним стопором 339 и крышкой 342 аккумулятора при принятии и выпускании флюида из первого переменного объема 340. Флюид, такой как топливо, может поступать в аккумулятор 330 через вход 332 и может удерживаться в первом переменном объеме 340. Второй переменный объем 338 может формироваться вокруг пружины 334 в сторону верхней части аккумулятора 330. Следует отметить, что хотя аккумулятор 330 показан в виде пружинно-поршневого аккумулятора, в пределах объема настоящего изобретения могут быть использованы аккумуляторы и других типов, известных в уровне техники.
Аккумулятор 330 также может подавать избыточное давление на поршень 306 насоса в течение части впускного (всасывающего) хода поршня, еще более улучшая смазку Пуазеля. Кроме того, часть давления энергии сжатия, возникающей в результате приложения избыточного давления аккумулятором 330 на поршень 306 насоса, может быть передана на распределительный вал приводного кулачка 310.
Регулирование давления в компрессионной камере 308 позволяет формироваться перепаду давление между верхом 305 поршня и днищем 307 поршня. Давление в подуступном пространстве 318 может находиться на значении давления на выходе насоса низкого давления (например, на 5 бар) в течение по меньшей мере части хода насоса, в то время как давление на верху 305 поршня находится на давлении регулирования аккумулятора 330 (например, 15 бар). Перепад давления позволяет топливу просачиваться от верха 305 поршня к днищу 307 поршня через зазор между поршнем 306 насоса и отверстием 350, тем самым смазывая топливный насос 228 прямого впрыска.
В течение существования условий, когда работа топливного насоса прямого впрыска регулируется автоматически, контроллер может деактивировать электромагнитный впускной обратный клапан 312, и аккумулятор 330 будет регулировать давление в топливной рампе 250 (и компрессионной камере 308) на одно по существу неизменное (например, давление аккумулятора ± 0,5 бар) давление на протяжении большей части хода сжатия. На ходе впуска поршня 306, давление в компрессионной камере 308 падает до давления, приблизительно равного давлению топливоподкачивающего насоса 208. Одним из результатов данного способа регулирования будет то, что топливная рампа будет регулироваться до минимального давления, приблизительно равного давлению аккумулятора 330. То есть, если аккумулятор 330 будет иметь уставку давления в 15 бар, то ДТР во второй топливной рампе 250 станет равным 20 бар, так как уставка в 15 бар давления аккумулятора сложиться с 5 бар давления топливоподкачивающего насоса. В частности, давление топлива в компрессионной камере 308 регулируется на ходе сжатия топливного насоса 228 прямого впрыска. Следует понимать, что электромагнитный обратный клапан 312 оставляют деактивированным (в режиме сквозного пропускания) все время, пока топливный насос 228 прямого впрыска работает в режиме давления по умолчанию.
Прямоточный выходной обратный клапан 316 (также называемый выходным обратным клапаном 316) может быть установлен ниже по потоку от выхода 304 компрессионной камеры 308 топливного насоса 228 прямого впрыска. Выходной обратный клапан 316 открывается для пропуска потока топлива из компрессионной камеры через выход 304 насоса во вторую топливную рампу 250 только тогда, когда давление (например, выходное давление компрессионной камеры) на выходе 304 топливного насоса 228 прямого впрыска будет выше давления в топливной рампе. В другом примере топливного насоса прямого впрыска, вход 303 в компрессионную камеру и выход 304 насоса могут быть одним и тем же портом.
Предохранительный клапан 314 топливной рампы расположен параллельно выходному обратному клапану 316 в параллельном канале 319, ответвляющемся от второго топливного канала 232. Предохранительный клапан 314 топливной рампы может позволять потоку топлива вытекать из топливной рампы 250 и канала 232 в компрессионную камеру 308, когда давление в параллельном канале 319 и втором топливном канале 232 превысит предустановленное давление, причем предустановленное давление может быть уставкой сброса давления предохранительного клапана 314 топливной рампы. То есть, предохранительный клапан 314 топливной рампы может регулировать давление в топливной рампе 250. Уставкой предохранительного клапана топливной рампы может быть относительно высокое давление сброса, так чтобы он работал только как предохранительный клапан, не влияющий на нормальную работу насоса и прямого впрыска.
При работе в любом из режимов (переменного давления или давления по умолчанию), топливный насос 228 прямого впрыска может формировать пятно нагрева на днище 307 поршня 306 насоса. Соответственно, может подняться температура топлива внутри подуступного пространства, что приведет к испарению топлива с последующими нежелательными последствиями. Топливо в подуступном пространстве 318, как и днище 307 поршня можно охладить за счет циркуляции более холодного топлива через подуступное пространство 318. Например, часть топлива из компрессионной камеры 308 можно направить в подуступное пространство 318, чтобы оно заменило собой топливо, находящееся в подуступном пространстве 318 и позволило охладить днище 307 поршня.
Таким образом, показанный на фиг. 3 пример осуществления топливного насоса 228 прямого впрыска включает в себя первый топливный тракт 376, по текучей среде сообщающийся с подающей топливной магистралью 344. Точнее, первый конец 372 первого топливного тракта 376 по текучей среде соединен с подающей топливной магистралью 344 в узле 364, причем узел 364 относительно направления топливного потока на впускном ходе насоса 228 прямого впрыска расположен ниже по потоку от первого обратного клапана 322 и выше по потоку от ЭМОК 312,. То есть, первый конец 372 первого топливного тракта 376 соединен с подающей топливной магистралью 344 между первым обратным клапаном 322 и ЭМОК 312. Первый топливный тракт 376 включает в себя второй обратный клапан 324, позволяющий топливу течь из подающей топливной магистрали 344 (например, от узла 364) к входу 352 подуступного пространства 318. При этом, второй обратный клапан 324 перекрывает поток топлива из подуступного пространства 318 в подающую топливную магистраль 344 (например, к узлу 364) по первому топливному тракту 376. Кроме того, первый топливный тракт 376 по текучей среде соединен с входом 352 подуступного пространства 318 через второй конец 374 первого топливного тракта 376.
Когда ЭМОК 312 находится в режиме сквозного пропускания, а поршень 306 насоса совершает ход сжатия, часть находящегося в компрессионной камере 308 топлива может быть попасть через вход 303 компрессионной камеры через ЭМОК 312 к первому обратному клапану 322 вдоль по подающей топливной магистрали 344. Так как первый обратный клапан 322 не дает топливу течь из ЭМОК 312 к аккумулятору по подающей топливной магистрали 344, часть выходящего из компрессионной камеры 308 топлива может потечь через узел 364 в первый конец 372 первого топливного тракта 376, и через первый топливный тракт 376 и второй обратный клапан 324 может попасть в подуступное пространство. Часть топлива может быть принята через второй конец 374 первого топливного тракта 376 во вход 352 подуступного пространства 318. Часть топлива, покидающего компрессионную камеру 308 через ЭМОК 312 на ходе сжатия, может быть названа противоточным топливом.
Выход 354 подуступного пространства 318 может быть соединен по текучей среде с подающей топливной магистралью 344 в узле 362 через второй топливный тракт 356. Точнее, второй топливный тракт 356 может быть соединен по текучей среде с подающей топливной магистралью 344 (или с первой секцией 343 подающей топливной магистрали 344) ниже по потоку от третьего обратного клапана 321 в узле 362. Топливо из подуступного пространства 318, включающее в себя часто топлива (например, противоточного топлива) может покидать подуступное пространство 318 через выход 354 подуступного пространства 318. Кроме того, часть топлива может втекать в первый конец 355 второго топливного тракта 356, протекать через второй топливный тракт 356 и течь к аккумулятору 330, который может быть соединен с подающей топливной магистралью в узле 362. Отметим, что аккумулятор 330 по текучей среде соединен с подающей топливной магистралью 344 в узле 362 через канал 348. То есть, узел 362 может включать в себя связь по текучей среде между вторым концом 357 второго топливного тракта 356, аккумулятором (через канал 348), первой секцией 343 подающей топливной магистрали 344 и подающей топливной магистралью 344. Кроме того, второй конец 357 второго топливного тракта 356 пересекает подающую топливную магистраль 344 в узле 362, расположенном выше по потоку от первого обратного клапана 322 и ниже по потоку от третьего обратного клапана 321 относительно направления потока топлива от входа 399 насоса к ЭМОК 312.
То есть, часть топлива (также называемая противоточным топливом) может выходить из подуступного пространства 318 и возвращаться как в аккумулятор 330, так и в подающую топливную магистраль 344 по второму топливному тракту 356. То есть, на протяжении оставшегося времени хода сжатия часть топлива может преимущественно удерживаться внутри аккумулятора 330 (например, в первом переменном объеме 340). Третий обратный клапан 321 может блокировать поток топлива по направлению к входу насоса 399. Соответственно, большая пропорция противоточного топлива может быть направлена к аккумулятору 330 по каналу 348.
Таким образом, топливо может быть принудительно прокачано через подуступное пространство 318 с использованием противоточного топлива из компрессионной камеры 308. В частности, противоточное топливо от верха 305 поршня 306 используется для создания циркуляции в подуступном пространстве 318 и для его охлаждения. Использование противоточного топлива из компрессионной камеры 308 может подходить для топливного насоса прямого впрыска, включающего в себя поршень 306 насоса, соединенный со штоком 320 поршня, имеющим наружный диаметр, по существу равный наружному диаметру поршня 306 насоса.
Следует понимать, что хотя показанный на фиг. 3 пример демонстрирует второй обратный клапан 324, соединенный с первым топливным трактом 376, в альтернативных вариантах осуществления второй обратный клапан 324 вместо этого может быть расположен во втором топливном тракте 356 между выходом 354 подуступного пространства 318 и вторым концом 357 второго топливного тракта 356. То есть, примерная система может содержать двигатель, топливоподкачивающий насос, топливный насос прямого впрыска, содержащий поршень, соединенный со штоком поршня, компрессионную камеру, подуступное пространство и кулачок, предназначенный для приведения в движение поршня, топливную рампу высокого давления, по текучей среде соединенную с выходом топливного насоса прямого впрыска, подающую топливную магистраль, по текучей среде соединяющую топливоподкачивающий насос и электромагнитный обратный клапан, аккумулятор, расположенный выше по потоку от электромагнитного обратного клапана, причем аккумулятор по текучей среде сообщается с подающей топливной магистралью, первый обратный клапан, соединенный с подающей топливной магистралью между аккумулятором и электромагнитным обратным клапаном, первый топливный тракт, содержащий второй обратный клапан, первый конец первого топливного тракта, соединенный по текучей среде с подающей топливной магистралью между первым обратным клапаном и электромагнитным обратным клапаном, второй конец первого топливного тракта, по текучей среде соединенный с входом подуступного пространства, второй топливный тракт, первый конец второго топливного тракта, по текучей среде соединенный с выходом подуступного пространства, и второй конец второго топливного тракта, по текучей среде соединенный с подающей топливной магистралью рядом с аккумулятором выше по потоку от первого обратного клапана и ниже по потоку от третьего обратного клапана. Система также может содержать контроллер, имеющий хранящиеся в долговременной памяти исполняемые инструкции для обесточивания соленоида электромагнитного обратного клапана, чтобы данный клапан работал в режиме сквозного пропускания. Соленоид электромагнитного обратного клапана может быть обесточен и данный клапан может функционировать в режиме сквозного пропускания на всем ходе насоса при работе топливного насоса прямого впрыска в режиме давления по умолчанию. Кроме того, соленоид электромагнитного обратного клапана может быть обесточен и данный клапан может также функционировать в режиме сквозного пропускания в течение части хода насоса (например, на ранней стадии хода сжатия) при работе топливного насоса прямого впрыска в режиме переменного давления (например, когда коэффициент заполнения <100%). В течение части хода сжатия топливного насоса прямого впрыска, противоточное топливо из компрессионной камеры может течь в подуступное пространство через электромагнитный обратный клапан, находящийся в режиме сквозного пропускания, в первый конец (например, 372) первого топливного тракта (например, 376), через второй обратный клапан 324 и через второй конец (например, 374) первого топливного тракта 376 во вход 352 подуступного пространства 318. Противоточное топливо может далее вытекать из выхода 354 подуступного пространства 318 в первый конец (например, 355) второго топливного тракта 356 к аккумулятору 330 и подающей топливной магистрали 344 через второй конец 357 второго топливного тракта 356.
Следует понимать, что хотя показанный на фиг. 2 и фиг. 3 пример осуществления включает в себя двигатель с распределенным и прямым впрыском, раскрытый в настоящей заявке насос прямого впрыска может быть также подходящим и для двигателя с прямым впрыском.
Отметим, что хотя на фиг. 2 топливный насос 228 прямого впрыска показан в виде символа без детализации конструкции, на фиг. 3 топливный насос прямого впрыска 228 показан во всех деталях. Отметим также, что каждый из первого топливного тракта 376 и второго топливного тракта 356 могут не включать в себя каких-либо дополнительных промежуточных компонентов (например, клапанов, дополнительных каналов и т.п.) кроме тех, которые описаны и показаны на фиг. 3. То есть, первый топливный тракт 376 по текучей среде соединяет подуступное пространство 318 с подающей топливной магистралью 344 и может включать в себя только второй обратный клапан 324, соединенный с первым топливным трактом 376. Между узлом 364 и входом 352 подуступного пространства 318 может не содержаться других компонентов или отверстий. Второй топливный тракт 356 по текучей среде соединяет выход 354 подуступного пространства как с подающей топливной магистралью 344, так и с аккумулятором 330 без всяких промежуточных элементов или отверстий внутри второго топливного тракта 356. В альтернативных вариантах осуществления, второй обратный клапан 324 может быть расположен во втором топливном тракте 356. Кроме того, первая секция 343 подающей топливной магистрали 344 может включать в себя только третий обратный клапан 321 без дополнительных компонентов, клапанов, каналов и т.д., кроме тех, которые показаны на фиг. 3. Кроме этого, в первую секцию 343 подающей топливной магистрали 344 между входом 399 насоса и узлом 362 могут быть не включены промежуточные компоненты, каналы или отверстия, кроме тех, которые описаны и показаны на фиг. 3 (другие, чем третий обратный клапан 321). Дополнительно, в подающую топливную магистраль 344 между узлом 362 и первым обратным клапаном 322, а также между первым обратным клапаном 322 и ЭМОК 312 могут быть не включены промежуточные компоненты, каналы или отверстия, кроме тех, которые описаны (и показаны на фиг. 3). То есть первый топливный тракт 376 может быть единственным каналом, по текучей среде связывающим первый обратный клапан 322 и ЭМОК 312. Канал 348 может по текучей среде связывать аккумулятор 330 с подающей топливной магистралью в узле 362, и второй топливный тракт 356 может быть по текучей среде соединен с подающей топливной магистралью 344 (и аккумулятором 330) в узле 362. То есть, канал 348 и второй топливный тракт 356 могут быть единственными каналами, соединенными с подающей топливной магистралью 344 между входом 399 топливного насоса прямого впрыска и первым обратным клапаном 322.
Также отметим здесь, что показанный на фиг. 3 насос 228 прямого впрыска представлен здесь как иллюстративный пример одной возможной конфигурации насоса прямого впрыска, который может эксплуатироваться в режиме электронного регулирования (или переменного давления), а также в режиме давления по умолчанию, являющемся режимом механического регулирования. Показанные на фиг. 3 компоненты могут быть удалены и/или изменены, в то время компоненты, в настоящее время не показанные, могут быть добавлены к насосу 228 прямого впрыска с сохранением способности подачи топлива под высоким давлением в топливную рампу высокого давление с электронным регулированием давления и без такового регулирования.
На фиг. 4 показан пример движения топлива на ходе впуска (также называемом ходом всасывания) в топливном насосе 228 прямого впрыска. Поток топлива из аккумулятора (например, удерживаемого в нем противоточного топлива) показан пунктирными линиями (коротким пунктиром), а топливо, принимаемое от насоса низкого давления, показано линиями с более длинным пунктиром. Направление потока топлива показано стрелками на пунктирных линиях.
Как показано на фиг. 4, поршень 306 насоса (и шток 320 поршня) движется на ходе всасывания вниз к положению в нижнем мертвой точке (НМТ) таким образом, что объем компрессионной камеры 308 увеличивается. Кроме того, на ходе впуска поршень 306 насоса вместе со штоком 320 поршня могут двигаться (одновременно) в направлении от компрессионной камеры 308. Момент, проиллюстрированный на фиг. 4, может быть моментом непосредственно перед достижением поршнем 306 насоса положения в НМТ.
При увеличении объема компрессионной камеры 308, топливо может засасываться в компрессионную камеру как из аккумулятора 330 (короткий пунктир), так и из ТННД 208 (более длинный пунктир) через первый обратный клапан 322 и через ЭМОК 312. Как показано, контроллер 12 может подать команду ЭМОК 312 на переход в режим сквозного пропускания на ходе всасывания, что позволит топливу поступать в компрессионную камеру 308. Топливо, удерживаемое в первом переменном объеме 340 аккумулятора 330, на ходе всасывания может затягиваться к входу 332 аккумулятора. Кроме того, по мере того, как удерживаемое топливо выходит из аккумулятора 330 по каналу 348, поршень 336 аккумулятора может смещаться вниз к нижнему стопору 339 (как показано жирными стрелками 442). Сначала удерживаемое топливо из аккумулятора 330 может быть выпущено в подающую топливную магистраль 344 (и компрессионную камеру 308) перед тем, как дополнительное топливо будет затянуто из ТННД 208. Альтернативно, топливо может затягиваться в компрессионную камеру одновременно (как показано на фиг. 4) и из ТННД 208 и из аккумулятора 330.
То есть, топливо может течь от ТННД 208 (через вход 399 насоса через первую секцию 343 подающей топливном магистрали 344 за третий обратный клапан 321) и аккумулятора 330 (через вход 332 и канал 348 аккумулятора 330) через узел 362 в подающую топливную магистраль 344 и за первый обратный клапан 322, через узел 364 через ЭМОК 312 во вход 303 компрессионной камеры 308. Кроме того, на ходе всасывания может отсутствовать чистый поток топлива в первый топливный тракт 376. На входе всасывания может отсутствовать чистый -поток топлива из подуступного пространства 318 во второй топливный тракт 356, так как стержень 320 поршня имеет диаметр, по существу равный диаметру поршня 306 насоса. На фиг. 5 показан пример движения топлива на ходе сжатия в топливном насосе 228 прямого впрыска. Показанный ход сжатия в топливном насосе 228 прямого впрыска может быть ходом сжатия, следующим за ходом всасывания, показанным на фиг. 4. Кроме того, ЭМОК 312 продолжает оставаться открытым и в режиме сквозного пропускания, позволяя топливу течь из компрессионной камеры 308 вверх по потоку от ЭМОК 312. При этом, ЭМОК 312 может удерживаться в режим сквозного пропускания в течение любой исходной длительности хода сжатия, определяемой требуемым коэффициентом заполнения, в частности, меньшим 100% коэффициента заполнения насоса прямого впрыска в режиме переменного давления. Альтернативно, в режиме давления по умолчанию насоса прямого впрыска ЭМОК 312 может удерживаться в режим сквозного пропускания на протяжении всего хода насоса.
Следует понимать, что если поступает команда на работу насоса со 100% коэффициентом заполнения, то соленоид ЭМОК 312 может быть запитан, чтобы клапан закрылся в начале хода сжатия, и поэтому на ходе сжатия может отсутствовать выход противоточного топлива из ЭМОК 312.
В течение хода сжатия (также называемого ходом подачи), поршень 306 насоса движется к положению в верхней мертвой точке (ВМТ), таким образом, что объем компрессионной камеры 308 уменьшается. Соответственно, топливо в компрессионной камере 308 может выбрасываться из компрессионной камеры 308 через ЭМОК 312 к узлу 364 в подающей топливной магистрали 344. Так как первый обратный клапан 322 перекрывает поток топлива от ЭМОК 312 (или узла 364) как к аккумулятору 330, так и узлу 362, топливо может потечь в первый конец 372 первого топливного тракта 376 в узле 364. Топливо, на ходе сжатия вытолкнутое из компрессионной камеры 308 через ЭМОК 312 и называемое противоточным топливом 520, показано пунктирными линиями (пунктир, средний по длине между длинным и коротким пунктирами потоков топлива на фиг. 4). Противоточное топливо 520 может течь из компрессионной камеры 308 через ЭМОК 312 за узел 364 в первый конец 372 первого топливного тракта 376 и через первый топливный тракт 376 через второй обратный клапан 324 за второй конец 374 первого топливного тракта 376 и в подуступное пространство 318 через вход 352 подуступного пространства 318. Направление потока противоточного топлива при нахождении ЭМОК 312 в режиме сквозного пропускания указано стрелками на пунктирных линиях, обозначающих противоточное топливо 520. Все потоки топлива, показанные на фиг. 5, являются потоками противоточного топлива.
Противоточное топливо может поступать в подуступное пространство 318 через вход 352 и может покидать подуступное пространство через выход 354 подуступного пространства 318. В показанном примере, выход 354 подуступного пространства 318 расположен напротив входа 352 подуступного пространства 318. В альтернативных примерах и в пределах объема настоящего изобретения, выход 354 подуступного пространства 318 может располагаться в другом месте относительно входа 352 подуступного пространства 318, чем то, что показано на фиг. 5.
Так как шток 320 поршня занимает значительной пустой объем подуступного пространства 318, противоточное топливо 520 из компрессионной камеры 308, поступающее в подуступное пространство 318, на ходе сжатия также может покидать подуступное пространство 318. То есть, противоточное топливо 520 показано выходящим из подуступного пространства 318 через выход 354, и попадающим во второй топливный тракт 356. Точнее, противоточное топливо 520 может течь во второй топливный тракт 356 через первый конец 355 второго топливного тракта 356. Кроме того, противоточное топливо 520 может протекать через второй топливный тракт 356, чтобы быть возвращенным в подающую топливную магистраль 344 через второй конец 357 второго топливного тракта 356 через узел 362 выше по потоку от первого обратного клапана 322. При этом, противоточное топливо 520 может быть возвращено в подающую топливную магистраль 344 в узле 362 ниже по потоку от третьего обратного клапана 321. Кроме всего этого, противоточное топливо 520 может протекать через канал 348 и попадать в аккумулятор 330 ввиду того, что течение топлива вверх по потоку от третьего обратного клапана 321 к входу 399 насоса перекрыто третьим обратным клапаном 321. Точнее, противоточное топливо 520 может втекать в первый переменный объем 340 аккумулятор 330 через вход 332. По мере того, как топливо заполняет первый переменный объем 340, поршень 336 аккумулятора 330 может смещаться от нижнего стопора 339 к крышке 342 (что показано жирными стрелками) аккумулятора, сжимая пружину 334 внутри второго переменного объема 338. При этом противоточное топливо 520 может удерживаться в аккумуляторе 330 на протяжении по меньшей мере часть хода сжатия. Удерживаемое противоточное топливо 520 может быть выпущено в компрессионную камеру 308 на следующем ходе впуска в топливном насосе 228 прямого впрыска.
Таким образом, противоточное топливо может течь, как показано на фиг. 5, от компрессионной камеры 308 топливного насоса 228 прямого впрыска через перепускной клапан 312 за узел 364 через первый топливный тракт 376 через второй обратный клапан 324 в подуступное пространство 318, а оттуда по второму топливному тракту 356 в аккумулятор 330. Следует понимать, что противоточное топливо не может течь из компрессионной камеры 308 в аккумулятор 330 без того, чтобы сначала не протечь через подуступное пространство 318 (так как первый обратный клапан 322 перекрывает поток топлива от перепускного клапана 312 к аккумулятору 330 и ТННД 208).
Пример способа, таким образом, может включать в себя, при нахождении перепускного клапана в режиме сквозного пропускания, циркулирование части топлива из компрессионной камеры насоса прямого впрыска в подуступное пространство насоса прямого впрыска, причем циркулирование включает в себя направление потока части топлива через перепускной клапан и затягивание части топлива в подуступное пространство из точки выше по потоку от перепускного клапана и ниже по потоку от аккумулятора. Аккумулятор (например, аккумулятор 330) может быть расположен выше по потоку от перепускного клапана (например, ЭМОК 312), а первый обратный клапан (например, обратный клапан 322) может быть расположен между аккумулятором и перепускным клапаном. Способ может также включать в себя возвращение части топлива в подающую топливную магистраль рядом с аккумулятором выше по потоку от первого обратного клапана. Затягивание части топлива в подуступное пространство выше по потоку от перепускного клапана и ниже по потоку от аккумулятора может включать в себя затягивание части топлива из точки выше по потоку от перепускного клапана и ниже по потоку от первого обратного клапана (например, от узла 364). Часть топлива, затягиваемая в подуступное пространство (например, подуступное пространство 318) из точки выше по потоку от перепускного клапана и ниже по потоку от первого обратного клапана, может течь через второй обратный клапан (например, второй обратный клапан 324), расположенный выше по потоку от подуступного пространства. Часть топлива может содержать противоточное топливо из компрессионной камеры. И циркулирование, и возвращение части топлива может происходить на ходе сжатия в топливном насосе прямого впрыска. Кроме того, часть топлива может по существу удерживаться в аккумуляторе на протяжении хода сжатия, и часть топлива может быть выпущена на протяжении хода всасывания в насосе. В одном примере, топливный насос прямого впрыска может включать в себя поршень насоса, соединенный со штоком поршня, имеющим наружный диаметр, по существу равный наружному диаметру поршня насоса. В другом примере, топливный насос прямого впрыска может включать в себя поршень насоса, соединенный со штоком поршня, имеющим диаметр, составляющий по существу половину наружного диаметра поршня насоса.
На фиг. 6 показан пример раструбного отверстия 600, которое может быть использовано для замены первого обратного клапана 322 и второго обратного клапана 324 в примере осуществления топливного насоса 228 прямого впрыска, показанного на фиг. 3. Раструбное отверстие может быть сконструировано таким образом, что топливу будет легче течь в первом направлении (например, в направлении потока, указанном пунктирными линиями на фиг. 6), чем во втором направлении. Второе направление может быть противоположным первому направлению. Например, коэффициент истечения для раструбного отверстия 600 в первом направлении может составлять 1, в то время как коэффициент истечения во втором (например, противоположном первому) направлении может составлять 0,5. Позволяя потоку быстрее течь в первом направлении по сравнению со вторым направлением, раструбные отверстия могут функционировать как обратные клапаны, позволяя флюиду течь в первом направлении, и не позволяя ему течь во втором направлении. Кроме того, использование двух меньших раструбных отверстий (например, элементов в форме рожка) может обеспечить большую разницу коэффициентов истечения в разных направлениях, чем один более крупный рожок.
На фиг. 7 приведен пример алгоритма 700, иллюстрирующего пример управления работой топливного насоса прямого впрыска в режиме переменного давления и в режиме давления по умолчанию. В частности, алгоритм 700 включает в себя запитывание соленоида и активацию электромагнитного обратного клапана (ЭМОК) на входе компрессионной камеры топливного насоса прямого впрыска, когда насос прямого впрыска работает в режиме переменного давления. Соленоид ЭМОК может быть запитан для закрытия в зависимости от требуемого коэффициента заполнения насоса.
На этапе 702 могут быть оценены и/или измерены условия работы двигателя. Например, могут быть определены такие условия работы двигателя, как частота вращения двигателя, потребность двигателя в топливе, наддув, запрошенный водителем крутящий момент, температура двигателя, воздушный заряд и т.п. На этапе 704 алгоритм 700 может выяснить, можно ли эксплуатировать ТНВД (например, топливный насос 228 прямого впрыска) в режиме давления по умолчанию. В одном примере, ТНВД можно эксплуатировать в режиме давления по умолчанию, если двигатель работает на холостом ходу. В другом примере, ТНВД может функционировать в режиме давления по умолчанию, если транспортное средство замедляется. Если выясняется, что топливный насос прямого впрыска можно эксплуатировать в режиме давления по умолчанию, то алгоритм 700 переходит на этап 720 для того, чтобы деактивировать электромагнитный обратный клапан (например, ЭМОК 312 насоса 228) и обесточить его соленоид. Точнее, на этапе 722 соленоид внутри ЭМОК может быть обесточен и ЭМОК может функционировать в режиме сквозного пропускания так, чтобы топливо могло бы протекать через ЭМОК и вверх и вниз по потоку от него. При этом, как было разъяснено ранее, давление по умолчанию топливного насоса 228 прямого впрыска может быть достигнуто аккумулятором 330. Выполнение алгоритма 700 затем может быть завершено.
Тем не менее, если на этапе 704 будет выяснено, что ТНВД нельзя эксплуатировать в режиме давления по умолчанию, то алгоритм продолжается этапом 706 для того, чтобы эксплуатировать ТНВД в режиме переменного давления. Режим переменного давления работы ТНВД в одном примере может быть использован в условиях, отличных от условий холостого хода. В другом примере, режим переменного давления может использоваться, когда запрос крутящего момента повышен, например, при ускорении транспортного средства. Как отмечалось выше, режим переменного давления может включать в себя управление работой ТНВД электронно путем запитывания соленоида и приведения в действие электромагнитного обратного клапана и регулирования давления (и объема топлива) посредством электромагнитного обратного клапана.
Далее, на этапе 708 алгоритм 700 может выяснить, включает ли в себя текущий запрошенный крутящий момент (и потребность в топливе) потребность в полных рабочих ходах насоса. Полные рабочие ходы насоса могут включать в себя эксплуатацию топливного насоса прямого впрыска при 100%-ном коэффициенте заполнения, когда по существу большая часть топлива подается в топливную рампу прямого впрыска. Например, работа насоса прямого впрыска со 100%-ным коэффициентом заполнения может включать в себя подачу по существу 100% объема топливного насоса прямого впрыска в топливную рампу прямого впрыска.
Если подтверждается, что требуются полные хода насоса (например, 100%-ный коэффициент заполнения), то алгоритм 700 продолжается этапом 710, на котором соленоид ЭМОК может быть запитан на весь ход насоса. То есть, соленоид ЭМОК может быть запитан (и сам клапан ЭМОК закрыт, чтобы функционировать в качестве обратного клапана) на весь ход сжатия. В частности, на этапе 712 ЭМОК может быть закрыт с запитанным соленоидом в начале хода сжатия. Кроме того, ЭМОК могут закрывать в начале каждого последующего хода сжатия до тех пор, пока режим работы насоса не будет изменен. Например, работа насоса может быть изменена при подаче команды на укорочение хода насоса или, как в другом примере, режим работы насоса может быть изменен на режим давления по умолчанию. После этого выполнение алгоритма 700 может быть завершено.
Если же, наоборот, на этапе 708 будет выяснено, что полных ходов насоса не требуется (то есть, не требуется 100%-ного коэффициента заполнения насоса), тогда алгоритм 700 переходит на этап 714 для эксплуатации насоса с укороченным ходом поршня, или с коэффициентом заполнения менее 100%. Затем, на этапе 716 контроллер может запитать соленоид и закрыть ЭМОК на ходе сжатия в момент, когда поршень насоса будет находиться в промежуточном положении между ВМТ и НМТ. Например, насос прямого впрыска может работать с 20%-ным коэффициентом заполнения, когда соленоид ЭМОК будет запитан для закрытия данного клапана, когда будет выполнено 80% хода сжатия, то есть, чтобы было прокачано примерно 20% объема насоса прямого впрыска. В другом примере, насос прямого впрыска может работать с 60%-ным коэффициентом заполнения, когда ЭМОК можно закрыть после прохождения 40% хода сжатия. При этом, в топливную рампу прямого впрыска может быть накачано 60% объема насоса прямого впрыска. Затем выполнение алгоритма 700 может быть завершено. Следует отметить, что контроллер, например, контроллер 12, может подать команду на выполнение алгоритма 900, который может храниться в долговременной памяти контроллера.
На фиг. 8 показан алгоритм 800 для иллюстрации примера движения топлива в. топливном насосе прямого впрыска (таком как топливный насос 228 прямого впрыска) в различных режимах работы топливного насоса прямого впрыска в соответствии с настоящим раскрытием. В частности, алгоритм 800 описывает примерное движение топлива в топливном насосе прямого впрыска в режиме переменного давления (с полными и неполными рабочими ходами насоса) и примерное движение топлива в режиме давления по умолчанию. Следует отметить, что контроллер (например, контроллер 12) может ни подавать команды на выполнение алгоритма 800, ни выполнять его. При этом движение топлива может задаваться внутренней аппаратной частью топливного насоса прямого впрыска (например, топливного насоса 228 прямого впрыска).
На этапе 802 может быть выяснено, не работает ли топливный насос прямого впрыска в режиме давления по умолчанию. Как было описано выше по тексту, режим давления по умолчанию работы насоса прямого впрыска включает в себя обесточивание соленоида и деактивацию электромагнитного обратного клапана (ЭМОК) на все время работы насоса. При этом топливо может течь через ЭМОК (также называемый перепускным клапаном) в любом из направлений как вверх по потоку от него, так и вниз по потоку от него. Если насос прямого впрыска не работает в режиме давления по умолчанию, то насос прямого впрыска может работать в режиме переменного давления, в котором ЭМОК могут активировать, запитывая его соленоид по меньшей мере на часть рабочего хода насоса.
Если на этапе 802 будет выяснено, что насос прямого впрыска не работает в режиме давления по умолчанию, то алгоритм 800 продолжится этапом 804 для выяснения того, не поступила ли команда на работу насоса в режиме 100%-ного коэффициента заполнения (то есть с полным рабочим ходом). Если ответ будет положительным, то алгоритм 800 перейдет на этап 806, на котором будет задана длина хода всасывания в топливном насосе прямого впрыска. Как было описано ранее со ссылкой на фиг. 4, на ходе всасывания топливо может поступать в компрессионную камеру топливного насоса прямого впрыска через ЭМОК 312. В одном примере, на протяжении хода всасывания соленоид ЭМОК 312 может быть обесточен для перевода данного клапана в режим сквозного пропускания. В другом примере, соленоид ЭМОК может быть запитан, но данный клапан может функционировать как обратный клапан, позволяя топливу поступать в компрессионную камеру, но перекрывая путь для вытекания топлива из компрессионной камеры через ЭМОК 312. Затем, на этапе 808, на протяжении следующего хода сжатия в топливном насосе прямого впрыска, может отсутствовать поток противоточного топлива из компрессионной камеры топливного насоса прямого впрыска. Точнее, полный ход насоса может включать в себя закрытие ЭМОК (путем запитывания его соленоида) в начале хода сжатия. Когда ЭМОК закрыт, топливо не может выходить из компрессионной камеры через ЭМОК на протяжении хода сжатия, то есть, противоточное топливо, подталкиваемое верхом 305 насоса не может течь в направлении подуступного пространства через первый топливный тракт. Кроме того, по мере повышения давления в компрессионной камере на протяжении хода сжатия и превышения им давления топливной рампы в топливной рампе прямого впрыска, топливо может выходить из компрессионной камеры через выходной обратный клапан (например, выходной обратный клапан 316) по направлению к топливной рампе прямого впрыска.
С другой стороны, если на этапе 804 будет выяснено, что команды на полные рабочие ходы насоса не поступило (например, требуется работа с меньшим, чем 100% коэффициентом заполнения), тогда алгоритм 800 перейдет на этап 810, на котором может происходить движение топлива на такте всасывания). Как было описано ранее со ссылкой на фиг. 4, топливо может поступать в компрессионную камеру топливного насоса прямого впрыска через ЭМОК. Кроме того, как было отмечено для этапа 812, топливо может поступать в компрессионную камеру через обесточенный ЭМОК (функционирующий в режиме сквозного пропускания). Соленоид ЭМОК может быть обесточен, так как насос прямого впрыска работает на укороченных ходах насоса (например, при коэффициенте заполнения меньше 100%). То есть, часть топлива, затягиваемая в компрессионную камеру, в зависимости от требуемого коэффициента заполнения может выталкиваться через находящийся в режиме сквозного пропускания ЭМОК на следующем ходе сжатия.
На протяжении хода впуска, в частности для показанного на фиг. 3 топливного насоса 228 прямого впрыска, топливо в компрессионную камеру 308 данного насоса может затягиваться и из аккумулятора 330 и из топливоподкачивающего насоса. Точнее, топливо может течь из первого переменного объема 340 аккумулятора 330, через вход 332 в канал 348 аккумулятора 330, а оттуда в подающую топливную магистраль 344 в узле 362. Дополнительно или альтернативно, топливо может затягиваться в компрессионную камеру 308 из топливоподкачивающего насоса 208 через вход 399 топливного насоса 228 прямого впрыска. Топливо, затягиваемое из аккумулятора 330 и/или топливоподкачивающего насоса, может течь через подающую топливную магистраль 334, за узел 362, через первый обратный клапан 322, за узел 364, и через перепускной клапан 312 в компрессионную камеру 308 топливного насоса 228 прямого впрыска.
На этапе 814 может произойти ход сжатия, следующий за ходом впуска этапа 810. Кроме того, противоточное топливо может вытекать из компрессионной камеры через ЭМОК с обесточенным соленоидом. Дополнительные подробности потока противоточного топлива будут раскрыты со ссылкой на фиг. 9. Поток противоточного топлива может пойти из компрессионной камеры 308 через подуступное пространство 318 топливного насоса 228 прямого впрыска. Кроме того, противоточное топливо может течь из подуступного пространства в аккумулятор 330 топливного насоса 228 прямого впрыска. То есть, противоточное топливо может потечь из компрессионной камеры 308 в аккумулятор 330 только пройдя через подуступное пространство 318.
В зависимости от запрошенного коэффициента заполнения, на этапе 816 на соленоид ЭМОК может быть подано напряжение для того, чтобы данный клапан закрылся. В частности, на перепускной клапан может быть подано напряжение для его закрытия на ходе сжатия в момент, когда поршень насоса будет находиться между ВМТ и НМТ. Раннее относительно длительности хода сжатия закрытие перепускного клапана может требоваться для того, чтобы большее количество топлива было доставлено в топливную рампу прямого впрыска. Позднее относительно длительности хода сжатия закрытие перепускного клапана может привести к тому, что меньшее количество топлива будет доставлено в топливную рампу прямого впрыска.
На этапе 818, когда будет закрыт ЭМОК, поступление потока топлива через перепускной клапан к подуступному пространству прекращается. Топливо, остающееся в компрессионной камере, теперь может быть подано под давлением в топливную рампу прямого впрыска на оставшемся отрезке хода сжатия. Выполнение алгоритма 800 затем может быть завершено.
Возвращаясь к этапу 802, если будет определено, что насос прямого впрыска работает в режиме давления по умолчанию, выполнение этапа 800 продолжается этапом 820 для подтверждения того, что ДТР (давление в топливной рампе) в топливной рампе прямого впрыска меньше давления по умолчанию топливного насоса прямого впрыска. Как было отмечено выше по тексту, давление по умолчанию топливного насоса прямого впрыска может определяться давлением аккумулятора, например, аккумулятора 330. Если ДТР не меньше давления по умолчанию, тогда алгоритм 800 переходит на этап 822, на котором может начаться такт всасывания в топливном насосе прямого впрыска.
Так как ДТР в топливной рампе прямого впрыска превышает давление по умолчанию в топливном насосе прямого впрыска, противоточное топливо с предшествующего хода сжатия может большей частью удерживаться в аккумуляторе. Поэтому, последующий ход всасывания в топливном насосе прямого впрыска на этапе 824 может включать в себя затягивание топлива преимущественно из аккумулятора в компрессионную камеру через ЭМОК с обесточенным соленоидом. При этом топливо может поступать в компрессионную камеру преимущественно из аккумулятора 330. Точнее, удерживаемое в аккумуляторе 330 топливо может течь из первого переменного объема 340 аккумулятора 330, через вход 332, в канал 348 аккумулятора 330, и оттуда в подающую топливную магистраль 344 в узле 362. Затянутое из аккумулятора 330 топливо затем может продолжать двигаться через подающую топливную магистраль 344, за узел 362, через первый обратный клапан 322, за узел 364, и через перепускной клапан 312 в компрессионную камеру 308 топливного насоса 228 прямого впрыска.
На этапе 826 может произойти ход сжатия, следующий за ходом впуска этапа 822. Кроме того, противоточное топливо может вытекать из компрессионной камеры через ЭМОК с обесточенным соленоидом. Дополнительные подробности касательно потока противоточного топлива будут раскрыты со ссылкой на фиг. 9. Поток противоточного топлива может пойти из компрессионной камеры 308 через подуступное пространство 318 топливного насоса 228 прямого впрыска. Кроме того, противоточное топливо может течь из подуступного пространства в аккумулятор 330 топливного насоса 228 прямого впрыска. При этом, противоточное топливо может течь в аккумулятор 330 только пройдя через подуступное пространство 318. На этапе 828 противоточное топливо может выходить из компрессионной камеры через перепускной клапан, пока в топливном насосе прямого впрыска не будет достигнуто давление по умолчанию.
Так как ДТР в топливной рампе прямого впрыска выше давления по умолчанию в насосе, на этапе 830 топливо может не подаваться в топливную рампу высокого давления. То есть, значительная часть топлива, находящегося внутри компрессионной камеры в начале хода сжатия, на протяжении этого хода сжатия может быть смещено в аккумулятор для удерживания. Это удерживаемое топливо может быть затянуто в компрессионную камеру на последующем ходе впуска топливного насоса прямого впрыска. Затем выполнение алгоритма 800 может быть завершено.
Возвращаясь к этапу 820, если будет определено, что ДТР в топливной рампе прямого впрыска ниже давления по умолчанию, то алгоритм 800 перейдет на этап 832. На этапе 832 может быть начат ход всасывания в топливном насосе прямого впрыска. Ход всасывания на этапе 832 может следовать за предшествующим ходом сжатия, на котором некоторое количество топлива могло быть подано из компрессионной камеры в топливную рампу прямого впрыска. При этом на ходе всасывания этапа 832, топливо может течь в компрессионную камеру и из аккумулятора, и из топливоподкачивающего насоса. Топливо может затягиваться из аккумулятора 330 и топливоподкачивающего насоса через перепускной клапан с обесточенным соленоидом, на этапе 834, в компрессионную камеру 308 насоса прямого впрыска. Как было описано ранее, топливо может течь из первого переменного объема 340 аккумулятора 330, через вход 332, в канал 348 аккумулятора 330, и через него в подающую топливную магистраль 344 в узле 362. Удерживаемое топливо из аккумулятора 330 может продолжать течь через первый обратный клапан 332, за узел 364, через ЭМОК 312 в компрессионную камеру 308. Дополнительное топливо может быть затянуто в компрессионную камеру 308 от топливоподкачивающего насоса 208 через вход 399 топливного насоса 228 прямого впрыска. Втянутое из топливоподкачивающего насоса топливо может течь через первую секцию 343 подающей топливной магистрали 344, через третий обратный клапан 321, за узел 362 в подающую топливную магистраль 344, а оттуда через первый обратный клапан 322, за узел 364 и через перепускной клапан 312 в компрессионную камеру 308 топливного насоса 228 прямого впрыска.
На этапе 836 может произойти ход сжатия, следующий за ходом впуска этапа 832. Кроме того, противоточное топливо может вытекать из компрессионной камеры через ЭМОК с обесточенным соленоидом. Дополнительные подробности касательно потока противоточного топлива будут раскрыты со ссылкой на фиг. 9. Противоточное топливо может течь из компрессионной камеры 308 через подуступное пространство 318 топливного насоса 228 прямого впрыска. Кроме того, противоточное топливо может течь из подуступного пространства в аккумулятор 330 топливного насоса 228 прямого впрыска. На этапе 838 противоточное топливо может выходить из компрессионной камеры через перепускной клапан до тех пор, пока в топливном насосе не будет достигнуто давление по умолчанию. Как только в топливном насосе прямого впрыска будет достигнуто давление по умолчанию, на этапе 840 топливо может выходить из компрессионной камеры к топливной рампе прямого впрыска. Так как ДТР в топливной рампе прямого впрыска меньше давления по умолчанию в топливном насосе прямого впрыска, топливо может подаваться из компрессионной камеры через выходной обратный клапан в топливную рампу прямого впрыска. Затем выполнение алгоритма 800 может быть завершено.
На фиг. 9 показан пример алгоритма 900, описывающего движение топлива на ходе сжатия в показанном на фиг. 3 осуществлении топливного насоса прямого впрыска, когда перепускной клапан находится в режиме сквозного пропускания. В частности, противоточное топливо, вытекающее из компрессионной камеры через перепускной клапан, направляется к подуступному пространству насоса прямого впрыска для охлаждения. Кроме того, противоточное топливо возвратится в подающую топливную магистраль рядом с аккумулятором, выше по потоку от перепускного клапана, только тогда, когда оно протечет через подуступное пространство. И алгоритм 900 может быть не запущен контроллером, и в контроллере могут не храниться инструкции для алгоритма 900. То есть, алгоритм 900 может иметь место только при определенной конструкции системы насоса прямого впрыска и содержащейся в ней аппаратной части.
В топливном насосе прямого впрыска может быть начат ход сжатия, на котором противоточное топливо может потечь из компрессионной камеры через перепускной клапан в режиме давления по умолчанию и при работе топливного насоса прямого впрыска с коэффициентом заполнения, меньшим 100%. На этапе 904, когда поршень насоса начинает ход сжатия и движется к положению в ВМТ, поршень насоса вытесняет топливо изнутри компрессионной камеры к перепускному клапану (также называемому электромагнитным обратным клапаном). Так как соленоид перепускного клапана обесточен, и данный клапан находится в режиме сквозного пропускания, топливо выходит из компрессионной камеры (как противоточное топливо).
На этапе 906, перепускной клапан может быть открыт в начале хода сжатия в режиме переменного давления, когда насос прямого впрыска работает с укороченными ходами (например, с коэффициентом заполнения менее 100%). Выходящее из компрессионной камеры через перепускной клапан топливо на этапе 908 направляется к подуступному пространству. Как было описано выше со ссылкой на фиг. 3 и фиг. 5, первый обратный клапан 322 перекрывает реверсивный поток топлива из ЭМОК 312 к аккумулятору 330 (или ТННД 208). Поэтому, поток противоточного топлива направляется через первый топливный тракт 376 к подуступному пространству 318. На этапе 910, выходящее из перепускного клапана (например, ЭМОК 312) топливо может быть втянуто в первый топливный тракт через первый конец первого топливного тракта (например, первый конец 372 первого топливного тракта 376). Как было описано выше со ссылкой на фиг. 3, первый конец 372 первого топливного тракта может быть соединен по текучей среде с подающей топливной магистралью 344 в узле 364 между первым обратным клапаном 322 и перепускным клапаном 312.
Затем, на этапе 912, противоточное топливо может течь внутри первого топливного тракта через второй обратный клапан (например, второй обратный клапан 324) и втекать во вход (например, вход 352) подуступного пространства 318. То есть, топливо может втекать через второй конец 374 первого топливного тракта 376 в подуступное пространство 318. При протекании топлива через подуступное пространство, нагретое днище поршня (например, 307) может охлаждаться. Кроме того, может также охлаждаться подуступное пространство 318, чем будет подавляться испарение топлива. На этапе 914 противоточное топливо может выходить из подуступного пространства и может направляться к аккумулятору 330. В частности, на этапе 916, противоточное топливо может выходить из подуступного пространства 318 на его выходе 354. Затем, на этапе 918, это противоточное топливо может поступить во второй топливный тракт 356 через первый конец 355 второго топливного тракта 356 и может быть возвращено в подающую топливную магистраль 344 в узле 362. Далее, на этапе 920 противоточное топливо может быть подано от узла 362 для удерживания в аккумуляторе. Точнее, противоточное топливо может проходить через второй топливный тракт 356 и выходить в подающую топливную магистраль 344 рядом с аккумулятором 330 (например, в узле 362 ниже по потоку от третьего обратного клапана 321 и выше по потоку от первого обратного клапана 322) через второй конец 357 второго топливного тракта. Кроме этого, противоточное топливо может затем течь через канал 348 аккумулятора 330 и может оставаться в первом переменном объеме 340 аккумулятора 330 до завершения хода сжатия.
Таким образом, приведенный в качестве примера способ может включать в себя, при нахождении электромагнитного обратного клапана в режиме сквозного пропускания, подачу потока противоточного топлива из компрессионной камеры топливного насоса прямого впрыска через электромагнитный обратный клапан и через подуступное пространство в аккумулятор, причем противоточное топливо потечет в аккумулятор только после того, как оно протечет через подуступное пространство.
Таким образом, приведенный в качестве примера топливный насос прямого впрыска может позволить топливу циркулировать через свое подуступное пространство за счет принудительной перекачки топлива из компрессионной камеры топливного насоса прямого впрыска в подуступное пространство указанного насоса через перепускной клапан с обесточенным соленоидом и через первый топливный тракт. Циркуляция топлива через подуступное пространство может происходить преимущественно на протяжении хода сжатия в топливном насосе прямого впрыска. Топливо может течь через подуступное пространство к аккумулятору для удерживания до завершения хода сжатия. Удержанное топливо может быть возвращено в компрессионную камеру на следующем ходе впуска топливного насоса прямого впрыска.
Таким образом, может быть уменьшен нагрев топлива в подуступном пространстве топливного насоса прямого впрыска. За счет запуска циркуляции топлива через подуступное пространство с использованием ходов насоса в компрессионной камере топливного насоса прямого впрыска, можно адекватно охлаждать топливный насос прямого впрыска, включающий в себя более широкий шток поршня. Соответственно, можно ослабить негативные последствия перегрева топлива, такие как испарение топлива, ухудшение смазывания, заедание поршня в отверстии и т.п. Следовательно, могут быть улучшены эксплуатационные характеристики насоса при одновременном увеличении срока службы топливного насоса прямого впрыска.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными комбинациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве и могут реализовываться содержащей контроллер системой управления в комбинации с разнообразными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами аппаратной части двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем, причем раскрытые действия реализуются исполнением инструкций в системе, включающей в себя разнообразные компоненты аппаратной части двигателя в комбинации с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании комбинации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.