УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CONTROL UNIT FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к управляющему устройству, применяемому к двигателю внутреннего сгорания, снабженному устройством рециркуляции выхлопного газа (EGR).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Традиционные устройства предусматривают хранение сконденсировавшейся в охладителе устройства EGR воды в резервуаре для сконденсировавшейся воды и впрыск сохраненной сконденсировавшейся воды во входной канал (см., например, JP 10-318049 А). Сконденсировавшаяся вода, поданная во входной канал, перемещается в цилиндр вместе со всасываемым воздухом и в цилиндре испаряется, тем самым, снижая температуру горения. В результате этого количество образующихся при горении NOx уменьшается. В качестве документа известного уровня техники, относящегося к изобретению, также может быть приведена публикация JP 2010-71135 А.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Количество образующегося NOx может быть уменьшено путем подачи в цилиндр газа EGR (рециркулируемого выхлопного газа). Однако, при увеличении количества подаваемого газа EGR возрастает внутрицилиндровая плотность, так что ухудшается диффузия струи топлива в цилиндре. Следовательно, когда количество подаваемого газа EGR становится избыточным, степень использования воздуха в цилиндре снижается, и, в результате, может вырасти количество образующегося дыма и углеводородов (НС).
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание управляющего устройства для двигателя внутреннего сгорания, при помощи которого может быть ослаблено увеличение количества образующегося дыма и НС вследствие увеличения внутрицилиндровой плотности.
Первое управляющее устройство, соответствующее изобретению, применено к двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо впрыскивается в цилиндр, при этом двигатель внутреннего сгорания содержит устройство EGR, обеспечивающее подачу части выхлопного газа в цилиндр в качестве рециркулируемого газа, и устройство подачи вещества низкой плотности, которое обеспечивает подачу в цилиндр вещества низкой плотности с более низкой плотностью, чем у газа EGR. Первое управляющее устройство включает средство вычисления коэффициента избытка топлива, предназначенное для вычисления коэффициента избытка топлива для двигателя внутреннего сгорания, и средство управления скоростью подачи, предназначенное для управления устройством EGR и устройством подачи вещества низкой плотности так, что, когда коэффициент избытка топлива большой, скорость подачи вещества низкой плотности увеличивается, а скорость подачи газа EGR уменьшается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький.
Благодаря функционированию первого управляющего устройства, когда коэффициент избытка топлива является большим, скорость подачи вещества низкой плотности увеличивается, а скорость подачи газа EGR уменьшается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива является малым. Таким образом, внутрицилиндровая плотность уменьшается, когда коэффициент избытка топлива большой, и увеличивается, когда коэффициент избытка топлива является малым. Следовательно, поскольку при большом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность уменьшается, то улучшается диффузия струи топлива, поэтому количество образующегося дыма и НС может быть уменьшено. С другой стороны, при малом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность увеличивается, следовательно, проникновение струи топлива может быть ослаблено, в результате чего подавляется увеличение потерь при охлаждении и количества НС, образующегося из-за адгезии топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра.
В первом управляющем устройстве способ вычисления коэффициента избытка топлива не имеет определенных ограничений. Например, средство вычисления коэффициента избытка топлива может производить вычисление коэффициента избытка топлива на основе рабочих условий двигателя внутреннего сгорания.
В одном из аспектов первого управляющего устройства, средство управления скоростью подачи может осуществлять управление устройством EGR и устройством подачи вещества низкой плотности так, чтобы скорость подачи вещества низкой плотности в том случае, когда коэффициент избытка топлива меньше некоторой заданной величины, был меньше до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, чем после завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания. В соответствии с этим аспектом, внутрицилиндровая плотность больше до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, чем после завершения прогрева, следовательно, проникновение струи топлива при малом коэффициенте избытка топлива может быть уменьшено по сравнению с проникновением струи после завершения прогрева. Следовательно, адгезия топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра до завершения прогрева может быть ослаблена, в результате чего может быть уменьшено количество НС, образующееся до завершения прогрева двигателя.
В одном из аспектов первого управляющего устройства, средство управления скоростью подачи может осуществлять расчет скорости подачи газа EGR и скорости подачи вещества низкой плотности на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, после чего осуществлять управление устройством EGR и устройством подачи вещества низкой плотности на основании полученного результата вычислений. Проникновение струи топлива изменяется в зависимости от изменения давления впрыска топлива. В соответствии с данным аспектом, скорость подачи газа EGR и скорость подачи вещества низкой плотности рассчитываются на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, следовательно, может быть достигнуто надлежащее проникновение струи.
В одном из аспектов первого управляющего устройства, устройство подачи вещества низкой плотности может осуществлять подачу в цилиндр сконденсировавшейся воды, образовавшейся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, в качестве вещества низкой плотности. В соответствии с данным аспектом, используется сконденсировавшаяся вода, образовавшаяся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, тем самым, исключается необходимость в подготовке и пополнении запасов вещества низкой плотности. Кроме того, подаваемая сконденсировавшаяся вода в цилиндре испаряется, в результате чего температура горения уменьшается. Следовательно, при большом коэффициенте избытка топлива, вместо уменьшения скорости подачи газа EGR, увеличивают скорость подачи сконденсировавшейся воды, в результате чего эффект подавления образования NOx может поддерживаться одновременно с подавлением увеличения внутрицилиндровой плотности.
Второе управляющее устройство, соответствующее изобретению, применено к двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо впрыскивается в цилиндр, при этом, двигатель внутреннего сгорания включает устройство EGR, обеспечивающее подачу части выхлопного газа в цилиндр в качестве рециркулируемого газа, и средство изменения соотношения компонентов, способное изменять соотношение воды и диоксида углерода в газе EGR. Второе управляющее устройство включает средство вычисления коэффициента избытка топлива, предназначенное для вычисления коэффициента избытка топлива для двигателя внутреннего сгорания, и средство регулирования соотношения компонентов, предназначенное для управления средством изменения соотношения компонентов так, что, когда коэффициент избытка топлива большой, доля воды в газе EGR увеличивается, а доля диоксида углерода в газе EGR уменьшается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький.
В соответствии со вторым управляющим устройством, когда коэффициент избытка топлива большой, доля воды в газе EGR увеличивается, а доля диоксида углерода в газе EGR уменьшается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький. Следовательно, внутрицилиндровая плотность уменьшается, когда коэффициент избытка топлива большой, и увеличивается, когда коэффициент избытка топлива маленький. Таким образом, внутрицилиндровая плотность уменьшается при большом коэффициенте избытка топлива, благодаря чему может быть усилена диффузия струи топлива, в результате этого количество образующегося дыма и НС может быть уменьшено. С другой стороны, внутрицилиндровая плотность увеличивается при малом коэффициенте избытка топлива, следовательно, проникновение струи топлива может быть ослаблено, в результате чего подавляется увеличение потерь при охлаждении и количества НС, образующегося из-за адгезии топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра.
Во втором управляющем устройстве способ вычисления коэффициента избытка топлива не имеет определенных ограничений. Например, средство вычисления коэффициента избытка топлива может производить вычисление коэффициента избытка топлива на основе рабочих условий двигателя внутреннего сгорания.
В одном из аспектов второго управляющего устройства, средство регулирования соотношения компонентов может управлять средством изменения соотношения компонентов так, чтобы доля диоксида углерода в газе EGR в том случае, когда коэффициент избытка топлива меньше некоторой заданной величины, была меньше до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, чем после завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания. В соответствии с этим аспектом, внутрицилиндровая плотность больше до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, чем после завершения прогрева, следовательно, проникновение струи топлива при малом коэффициенте избытка топлива может быть ослаблено по сравнению с проникновением струи после завершения прогрева. Таким образом, адгезия топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра до завершения прогрева может быть уменьшена, в результате чего количество НС, образующееся до окончания прогрева двигателя, может быть уменьшено.
В одном из аспектов второго управляющего устройства, средство регулирования соотношения компонентов может выполнять вычисление доли воды в газе EGR и доли диоксида углерода в газе EGR на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, после чего осуществлять управление средством изменения соотношения компонентов на основании полученного результата вычислений. В соответствии с этим аспектом, доля воды в газе EGR и доля диоксида углерода в газе EGR рассчитываются на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, следовательно, может быть достигнуто надлежащее проникновение струи.
В одном из аспектов второго управляющего устройства, в качестве средства изменения соотношения компонентов может быть предусмотрено наличие средства разделения для отделения диоксида углерода от газа EGR, средства настройки, способного корректировать количество диоксида углерода, отделяемое от газа EGR, и механизма подачи сконденсировавшейся воды, добавляющего сконденсировавшуюся воду, образовавшуюся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, в газ EGR, от которого при помощи средства разделения был отделен диоксид углерода. В соответствии с этим аспектом, используют сконденсировавшуюся воду, образовавшуюся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, тем самым, исключается необходимость в подготовке и пополнении запасов вещества низкой плотности. Кроме того, подаваемая сконденсировавшаяся вода в цилиндре испаряется, в результате чего температура горения уменьшается. Следовательно, при большом коэффициенте избытка топлива, вместо уменьшения доли диоксида углерода в газе EGR, увеличивают долю воды в газе EGR, в результате чего эффект подавления образования NOx может поддерживаться одновременно с подавлением увеличения внутрицилиндровой плотности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - общая конфигурация двигателя внутреннего сгорания, соответствующего одному из вариантов осуществления изобретения;
Фиг. 2 - взаимосвязь коэффициента избытка топлива и проникновения струи;
Фиг. 3 - характерная расчетная диаграмма, использованная для вычисления расходов газа EGR и сконденсировавшейся воды;
Фиг. 4 - характерная расчетная диаграмма, использованная для вычисления основного коэффициента избытка топлива в соответствии с нагрузкой;
Фиг. 5 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 6 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 7 - характерная расчетная диаграмма, использованная для определения внутрицилиндровой плотности;
Фиг. 8 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 9 - характерная расчетная диаграмма, использованная для вычисления величины соответствующих отверстий клапана EGR и клапана подачи сконденсировавшейся воды на основании внутрицилиндровой плотности, как показано на фиг. 7;
Фиг. 10 - вариант управления в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 11 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 12 - общая конфигурация двигателя внутреннего сгорания в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 13 - характерная расчетная диаграмма, использованная для определения соотношения воды и диоксида углерода в газе EGR;
Фиг. 14 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения; и
Фиг. 15 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения.
СПОСОБЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано на фиг. 1, двигатель 1А внутреннего сгорания представляет собой последовательный четырехцилиндровый дизельный двигатель, в котором четыре цилиндра 2 размещены в одном направлении. Двигатель 1А внутреннего сгорания установлен на автомобиле, например, в качестве ходового привода. Клапан 3 впрыска топлива установлен в двигателе 1А внутреннего сгорания на каждом цилиндре 2 с целью подачи топлива в цилиндры 2. Соответствующие клапаны 3 впрыска топлива соединены с топливной рейкой 5, в которую топливо подается насосом, по топливной рейке 5 топливо поступает в соответствующие клапаны 3 впрыска топлива. Входной канал 6 и выхлопной канал 7 соединены с соответствующими цилиндрами 2. Входной канал 6 включает входной коллектор 8, разветвляющийся и подходящий к каждому цилиндру 2. Компрессор 9а турбонагнетателя 9 расположен по потоку до входного коллектора 8. Выхлопной канал 7 включает выхлопной коллектор 10, в котором собирается выхлопной газ из цилиндров 2. Турбина 9b турбонагнетателя 9 расположена по потоку после выхлопного коллектора 10. Устройство очистки выхлопного газа, не показанное на чертеже, находится на стороне выпуска турбины 9b, так что выхлопной газ, проходящий через турбину 9b, очищается устройством очистки выхлопного газа, после чего сбрасывается в атмосферу.
Как показано на фиг. 1, в двигателе 1А внутреннего сгорания имеется два устройства 20А, 20В EGR, так что часть выхлопного газа рециркулируется во входную систему как газ EGR с целью снижения количества NOx и повышения эффективности использования топлива. В двигателе 1А внутреннего сгорания два устройства 20А, 20В EGR используются надлежащим образом в соответствии с нагрузкой. Первое устройство 20А EGR представляет собой устройство EGR, относящееся к типу контура низкого давления. Первое устройство 20А EGR включает канал 21, соединяющий выхлопной канал 7 на стороне выпуска турбины 9b со входным каналом 6 на стороне впуска компрессора 9а, первый клапан 22 EGR, регулирующий поток газа EGR, и первый охладитель 23 EGR, охлаждающий газ EGR. Второе устройство 20В EGR представляет собой устройство EGR, относящееся к типу контура высокого давления. Второе устройство 20В EGR включает второй канал 26 EGR, соединяющий выхлопной коллектор 10 со входным коллектором 8, второй клапан 27 EGR, регулирующий поток газа EGR, и второй охладитель 28 EGR, охлаждающий газ EGR.
Соответствующие охладители 23, 28 EGR осуществляют уменьшение температуры газа EGR, используя в качестве хладагента охлаждающую воду двигателя 1А внутреннего сгорания, посредством теплообмена между хладагентом и теплым выхлопным газом. Когда температура газа EGR снижена, влага, содержащаяся в газе EGR, конденсируется, в результате чего в соответствующих охладителях 23, 28 EGR образуется сконденсировавшаяся вода. Устройство 30 обработки сконденсировавшейся воды в двигателе 1А внутреннего сгорания предназначено для сбора и обработки сконденсировавшейся воды, образовавшейся в соответствующих охладителях 23, 28 EGR.
Устройство 30 обработки сконденсировавшейся воды включает резервуар 31 для сконденсировавшейся воды, в котором хранится сконденсировавшаяся вода, образовавшаяся в соответствующих охладителях 23, 28 EGR, первый сборный канал 32, соединяющий первый охладитель 23 EGR с резервуаром 31 для сконденсировавшейся воды, и механизм 35 подачи сконденсировавшейся воды, выполняющий роль устройства подачи вещества низкой плотности, который обеспечивает подачу сконденсировавшейся воды (CW), хранящейся в резервуаре 31 для сконденсировавшейся воды, во входную систему двигателя 1А внутреннего сгорания. Механизм 35 подачи сконденсировавшейся воды включает канал 36 сконденсировавшейся воды, соединяющий резервуар 31 для сконденсировавшейся воды со входным коллектором 6. Электрический насос 37 и клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды, который регулирует подаваемое количество сконденсировавшейся воды, нагнетаемой насосом 37, размещены в канале 36 сконденсировавшейся воды. Концевая часть 36а канала 36 сконденсировавшейся воды имеет форму форсунки, и когда клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды открыт, сконденсировавшаяся вода под давлением впрыскивается через концевую часть 36а в форме тумана. Количество подаваемой сконденсировавшейся воды можно регулировать путем регулирования степени открытия клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды.
В двигателе 1А внутреннего сгорания имеется электронный блок 40 управления (ЭБУ) двигателем, представляющий собой компьютер, осуществляющий управление соответствующими частями двигателя 1А внутреннего сгорания. ЭБУ 40 регулирует количество впрыскиваемого топлива и время впрыска посредством клапанов 3 впрыска топлива в ходе основного оперативного управления, а также используется для управления устройствами 20А, 20В EGR и устройством 30 обработки сконденсировавшейся воды. Сигналы от большого количества датчиков, регистрирующих различные физические величины, поступают на вход ЭБУ 40 с целью отражения рабочих условий в двигателе 1А внутреннего сгорания. В двигателе 1А внутреннего сгорания имеется датчик 41 угла поворота коленвала, выдающий сигнал, соответствующий углу поворота коленвала двигателя 1А внутреннего сгорания, датчик 42 положения педали акселератора, выдающий сигнал, соответствующий степени нажатия педали 39 акселератора; также в двигателе 1А внутреннего сгорания в качестве датчиков, имеющих отношение к изобретению, имеются, например, расходомер 43 воздуха, выдающий сигнал, соответствующий количеству воздуха, датчик 44 A/F (датчик соотношения компонентов топливной смеси) выхлопного газа, выдающий сигнал, соответствующий концентрации кислорода в выхлопном газе, и т.д.; выходные сигналы этих датчиков поступают на вход ЭБУ 40.
Отличительной особенностью данного варианта осуществления изобретения является то, что ЭБУ 40 скоординировано управляет подачей газа EGR и подачей сконденсировавшейся воды. Когда количество подаваемого газа EGR увеличивается, плотность (внутрицилиндровая плотность) газа, поступающего в цилиндр 2, возрастает, тем самым, препятствуя диффузии струи топлива в цилиндре 2. Другими словами, при постоянном давлении впрыска топлива, проникновение струи топлива неуклонно снижается по мере увеличения внутрицилиндровой плотности. Таким образом, когда количество подаваемого газа EGR становится избыточным, степень использования воздуха в цилиндре 2 уменьшается, в результате чего увеличивается образующееся количество дыма и НС. Кроме этого, когда проникновение слишком интенсивное, возрастают потери при охлаждении и количество НС, образующегося в результате адгезии топлива на поверхности внутренней стенки цилиндра 2.
Как показано сплошной линией на фиг. 2, при постоянном давлении впрыска топлива проникновение струи топлива постоянно усиливается по мере увеличения коэффициента избытка топлива двигателя 1А внутреннего сгорания. Для подавления увеличения образования дыма и НС при большом коэффициенте избытка топлива и для предотвращения увеличения потерь при охлаждении и образовании НС при низком коэффициенте избытка топлива желательно увеличивать проникновение струи, когда коэффициент избытка топлива большой и снижать проникновение, когда коэффициент избытка топлива является малым. При управлении в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, как показано на фиг. 2 пунктирной линией, внутрицилиндровую плотность изменяют в соответствии с коэффициентом избытка топлива с целью увеличения проникновения струи, когда коэффициент избытка топлива является большим, и снижения проникновения, когда коэффициент избытка топлива является малым. При этом, внутрицилиндровую плотность изменяют путем изменения скорости подачи газа EGR и скорости подачи сконденсировавшейся воды в соответствии с коэффициентом избытка топлива.
Газ EGR представляет собой выхлопной газ, образовавшийся в результате сгорания топлива, и, следовательно, содержит в качестве основных компонентов диоксид углерода (СО2) и воду (Н2О). Кроме того, основным компонентом сконденсировавшейся воды является вода. Следовательно, путем изменения скорости подачи газа EGR и скорости подачи сконденсировавшейся воды, можно изменять долю диоксида углерода и долю воды в газе, поступающем в цилиндр 2. Другими словами, когда скорость подачи газа EGR уменьшается, доля диоксида углерода в цилиндре 2 уменьшается, а когда увеличивается скорость подачи сконденсировавшейся воды, увеличивается доля воды в цилиндре 2. Вода является веществом низкой плотности, имеющим меньший молекулярный вес, чем диоксид углерода. Следовательно, изменение доли диоксида углерода и доли воды в цилиндре 2 ведет к изменению внутрицилиндровой плотности.
Как показано на фиг. 3, при управлении в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, скорость подачи сконденсировавшееся воды увеличивают, а скорость подачи газа EGR уменьшают при большом коэффициенте избытка топлива по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький. При этом, внутрицилиндровая плотность при большом коэффициенте избытка топлива увеличивается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький, в результате этого, как показано на фиг. 2 пунктирной линией, проникновение струи увеличивается при большом коэффициенте избытка топлива и уменьшается при малом коэффициенте избытка топлива.
ЭБУ 40 управляет расходом газа EGR и расходом воды в соответствии с коэффициентом избытка топлива, как показано на расчетной диаграмме, представленной на фиг. 3. Скорость подачи газа EGR можно регулировать в соответствии со степенью открытия клапанов 22, 27 EGR, тогда как расходом сконденсировавшейся воды можно управлять в соответствии со степенью открытия клапана 38 подачи воды. Следовательно, ЭБУ 40 определяет скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды в соответствии с коэффициентом избытка топлива исходя из расчетной диаграммы, показанной на фиг. 3. Затем ЭБУ 40 вычисляет величину открытия соответствующих клапанов 22, 27 EGR и открытия клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды, при которых реализуются эти расходы, и управляет соответствующими клапанами 22, 27, 38 так, чтобы они были открыты надлежащим образом. Степень открытия соответствующих клапанов 22, 27, 38 рассчитывается на основе результата, полученного ранее при определении взаимного соотношения расходов газа EGR и сконденсировавшейся воды и открытия соответствующих клапанов 22, 27, 38 в ходе испытаний опытного образца и моделирования. Как указано выше, два устройства 20А, 20В EGR задействуются надлежащим образом в соответствии с нагрузкой двигателя 1А внутреннего сгорания. Другими словами, имеется три режима осуществления EGR, а именно: режим, при котором два устройства 20А, 20В EGR используются одновременно, режим, при котором используется только первое устройство 20А EGR, и режим, при котором используется только второе устройство 20В EGR. Следовательно, степень открытия соответствующих клапанов 22, 27, 38 рассчитывается для каждого режима.
Как показано на фиг. 4 взаимозависимость коэффициента избытка топлива и нагрузки (количества впрыскиваемого топлива) двигателя 1А внутреннего сгорания - это не простое пропорциональное соотношение и изменяется в соответствии с тем, осуществляется EGR или нет, и в соответствии с количеством EGR. Другими словами, нагрузка может изменяться при постоянном коэффициенте избытка топлива, как показано на фиг. 4 линией А, а коэффициент избытка топлива может изменяться при постоянной нагрузке в соответствии с тем, осуществляется EGR или нет, как показано на фиг. 4 линией В. При управлении в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды регулируются на основании коэффициента избытка топлива, следовательно, возможно точное регулирование внутрицилиндровой плотности вне зависимости от того, реализуется EGR или нет, и от количества EGR.
На фиг. 5 показан один из примеров управляющей программы, осуществляемой ЭБУ 40. Программное обеспечение управляющей программы, показанной на фиг. 5, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами.
На стадии S1 ЭБУ 40 рассчитывает объем впрыска топлива для двигателя 1А внутреннего сгорания. На основании выходного сигнала датчика 42 положения педали акселератора ЭБУ 40 определяет положение педали акселератора и рассчитывает объем впрыска топлива в зависимости от положения педали акселератора. На стадии S2 ЭБУ 40 рассчитывает основной коэффициент избытка топлива на основании рабочих условий или, другими словами, объема впрыска топлива (нагрузки) двигателя 1А внутреннего сгорания. Основной коэффициент избытка топлива – это коэффициент избытка топлива, однозначно определяемый в соответствии с объемом впрыска топлива и устанавливаемый по диаграмме с параметрами, показанными на фиг. 4. Обращаясь к диаграмме, показанной на фиг. 4, ЭБУ 40 рассчитывает основной коэффициент избытка топлива, исходя из объема впрыска топлива (нагрузки), вычисленного на стадии S1, учитывая, применяется EGR или нет. Например, как показано на фиг. 4, когда нагрузка равна В, и EGR применяется, рассчитанный основной коэффициент избытка топлива равен φ2, когда же нагрузка равна В, и EGR не применяется, основной коэффициент избытка топлива равен φ1. Широко распространенной практикой является расчет коэффициента избытка топлива как величины, обратной коэффициенту избытка воздуха, получаемому путем деления соотношения компонентов топливной смеси на стехиометрическое соотношение компонентов топливной смеси.
На стадии S3 ЭБУ 40 определяет скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды, соответствующие основному коэффициенту избытка топлива, рассчитанному на стадии S2, обращаясь к расчетной диаграмме, показанной на фиг. 3. На стадии S4 ЭБУ 40 рассчитывает величины соответствующих отверстий клапанов 22, 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды на основе соответствующих расходов, определенных на стадии S3. Отметим, что в режиме, когда первое устройство 20А EGR и второе устройство 20В EGR используются одновременно, ЭБУ 40 рассчитывает соответствующие величины отверстий двух клапанов 22, 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды. Кроме этого, в режиме, когда используется только первое устройство 20А EGR, ЭБУ 40 рассчитывает соответствующие величины отверстия первого клапана 22 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды. Кроме этого, в режиме, когда используется только второе устройство 20В EGR, ЭБУ 40 рассчитывает соответствующие величины отверстия второго клапана 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды.
На стадии S5 ЭБУ 40 приводит в действие, по меньшей мере, один из клапанов - первый клапан 22 EGR и второй клапан 27 EGR – с целью реализации величин отверстий, рассчитанных на стадии S4. На стадии S6 ЭБУ 40 приводит в действие клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды с целью реализации отверстия, рассчитанного на стадии S4. На этом выполнение данной программы заканчивается.
Отверстия соответствующих клапанов 22, 27, 38, рассчитанные на стадии S4, как показано на фиг. 5, получены на основании величин скорости подачи, определенных по расчетной диаграмме, показанной на фиг. 3. Следовательно, путем открытия в соответствующих клапанах 22, 27, 38 отверстий, равных рассчитанным на стадии S4, реализуются расходы газа EGR и сконденсировавшейся воды, соответствующие основному коэффициенту избытка топлива.
Таким образом, в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, внутрицилиндровая плотность двигателя 1А внутреннего сгорания уменьшается при большом коэффициенте избытка топлива и увеличивается при малом коэффициенте избытка топлива. Следовательно, при большом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность уменьшается, и диффузия струи топлива становится более интенсивной, в результате чего количество образующегося дыма и НС может быть уменьшено. С другой стороны, при малом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность увеличивается, и проникновение струи топлива затрудняется, в результате чего подавляется увеличение потерь при охлаждении и количество НС, образующегося вследствие адгезии топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра 2. Выполняя управляющую программу, показанную на фиг. 5, ЭБУ 40 функционирует как средство управления скоростью подачи, соответствующее изобретению. Кроме того, выполняя стадию S2 (фиг. 5) ЭБУ 40 функционирует как средство вычисления коэффициента избытка топлива, соответствующее изобретению.
Второй вариант осуществления изобретения
Далее второй вариант осуществления изобретения описан со ссылкой на фиг. 6. Второй вариант осуществления изобретения аналогичен первому варианту за исключением содержания управляющей программы. Таким образом, физическая конфигурация второго варианта осуществления изобретения соответствует показанной на фиг. 1. Второй вариант осуществления изобретения отличается от первого способом вычисления коэффициента избытка топлива. Управляющая программа, показанная на фиг. 6, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами.
На стадии S11, так же, как и в первом варианте осуществления изобретения, ЭБУ 40 определяет положение педали акселератора по выходному сигналу датчика 42 положения педали акселератора и на этом основании рассчитывает объем впрыска топлива. На стадии S12 по выходному сигналу расходомера 43 воздуха ЭБУ 40 определяет количество воздуха. На стадии S13 по выходному сигналу датчика 44 A/F выхлопного газа ЭБУ 40 определяет концентрацию кислорода в выхлопном газе. На стадии S14 ЭБУ 40 рассчитывает коэффициент избытка топлива для двигателя 1А внутреннего сгорания на основании объема впрыска топлива, количества воздуха и концентрации кислорода, полученных, соответственно, на стадиях S11-S13. Операции, осуществляемые на стадиях S15-S18, идентичны описанным в отношении стадий S3–S6 первого варианта осуществления изобретения, показанных на фиг. 5, поэтому их описание опускается.
В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, так же, как и в первом варианте, при большом коэффициенте избытка топлива может быть уменьшено количество образующегося дыма и НС, а при малом коэффициенте избытка топлива могут быть снижены потери при охлаждении и количество образующегося НС. При выполнении управляющей программы, представленной на фиг. 6, ЭБУ 40 функционирует как средство управления скоростью подачи, соответствующее изобретению. Кроме того, выполняя стадию S14 (фиг. 6) ЭБУ 40 функционирует как средство вычисления коэффициента избытка топлива, соответствующее изобретению.
Третий вариант осуществления изобретения
Далее со ссылкой на фиг. 7–9 описан третий вариант осуществления изобретения. Третий вариант осуществления изобретения идентичен первому варианту за исключением содержания управляющей программы. Таким образом, физическая конфигурация третьего варианта осуществления изобретения соответствует показанной на фиг. 1. ЭБУ 40 осуществляет регулирование давления впрыска топлива двигателя 1А внутреннего сгорания или, другими словами, внутреннее давление топливной рейки 5 в соответствии с рабочими условиями двигателя 1А внутреннего сгорания. Из-за изменения давления впрыска топлива изменяется проникновение струи топлива, следовательно, может оказаться невозможным достижение надлежащего проникновения просто путем изменения внутрицилиндровой плотности подобно тому, как описано в первом или втором варианте осуществления изобретения. Следовательно, в третьем варианте осуществления изобретения надлежащее проникновение струи топлива достигается путем вычисления скорости подачи газа EGR и скорости подачи сконденсировавшейся воды на основе давление впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива.
Уравнение 1, приведенное ниже, которое называется «формула Хироясу (Hiroyasu)» широко применяется в качестве эмпирической формулы, определяющей соотношение между давлением впрыска топлива и силой проникновения струи.
S=2,95×((Pinj–Pa)/ρа)0,25×(d0 • t)0,5   (1)
В этой формуле S означает силу проникновения струи, Pinj означает давление впрыска топлива, Ра означает внутрицилиндровое атмосферное давление, ρа означает внутрицилиндровую плотность, d0 означает диаметр отверстия для впрыска, t означает время.
Внутрицилиндровая плотность ρа и внутрицилиндровое атмосферное давление Ра соразмерны, следовательно, когда за коэффициент принимают А, уравнение 1 может выглядеть, как уравнение 2, приводимое ниже.
S=А×((Pinj–Pa)/ρа)0,25=А×(Pinj/Pa–1)0,25   (2)
Решая уравнение 2 относительно внутрицилиндрового атмосферного давление Ра и устанавливая В в качестве коэффициента, получают уравнение 3.
Ра=В×Pinj/(S4+1)   (3)
Кроме этого, как указано выше, внутрицилиндровая плотность ρа и внутрицилиндровое атмосферное давление Ра соразмерны, следовательно, когда за коэффициент принимают С, уравнение 3 может выглядеть, как уравнение 4, приводимое ниже.
ρа=С×Pinj/(S4+1)   (4)
Далее, для каждого коэффициента избытка топлива (см. фиг. 2) определяют необходимую силу проникновения и подставляют в уравнение 4. В результате для каждого коэффициента избытка топлива получают соотношение между давлением впрыска топлива и внутрицилиндровой плотностью, при которых достигается необходимая сила проникновения. Упорядочивая эти три параметра, то есть, коэффициент избытка топлива, давление впрыска топлива и внутрицилиндровую плотность, получают диаграмму, приведенную на фиг. 7.
В третьем варианте осуществления изобретения внутрицилиндровую плотность, соответствующую текущему коэффициенту избытка топлива и давлению впрыска топлива, определяют по диаграмме, как показано на фиг. 7, где внутрицилиндровая плотность выражена через переменные значения коэффициента избытка топлива и давления впрыска топлива. Затем определяют соответствующие отверстия клапанов 22, 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды, чтобы получить скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды, соответствующие данной внутрицилиндровой плотности, при этом, соответствующие клапаны 22, 27, 38 приводятся в действие так, чтобы получить заданные отверстия.
Программное обеспечение управляющей программы, показанной на фиг. 8, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами. На стадии S21 ЭБУ 40 рассчитывает коэффициент избытка топлива двигателя 1А внутреннего сгорания. Коэффициент избытка топлива может быть рассчитан с использованием либо способа первого варианта осуществления изобретения, либо способа второго варианта осуществления изобретения. На стадии S22 ЭБУ 40 получает давление впрыска топлива. ЭБУ 40 получает давление впрыска топлива на основании выходного сигнала датчика давления, не показанного на чертежах, установленного на топливной рейке 5.
На стадии S23 ЭБУ 40 определяет внутрицилиндровую плотность, соответствующую текущему коэффициенту избытка топлива и давлению впрыска топлива на основании, например, расчетной диаграммы, показанной на фиг. 7. На стадии S24 ЭБУ 40 рассчитывает величины отверстий клапанов 22, 27 EGR, соответствующие внутрицилиндровой плотности, определенной на стадии S23, на основании, например, расчетной диаграммы, показанной на фиг. 9. На стадии S25 ЭБУ 40 определяет величину отверстия клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды, соответствующую внутрицилиндровой плотности, определенной на стадии S23, по той же диаграмме. Расчетная диаграмма, представленная на фиг. 9, соответствует рабочей области, в которой ЭБУ 40 задействует только первое устройство 20А EGR. Отметим, что расчетная диаграмма с параметрами, аналогичными представленным на фиг. 9, подготавливается соответствующим образом для режима, в котором два устройства 20А, 20В EGR используются одновременно, и для режима, в котором используется только второе устройство 20В. На стадиях S24 и S25 выбирается расчетная диаграмма, соответствующая текущей рабочей области, и величины отверстий рассчитываются на основании выбранной расчетной диаграммы.
На стадии S26 ЭБУ 40 приводит в действие, по меньшей мере, один из клапанов - первый клапан 22 EGR и второй клапан 27 EGR – с целью реализации отверстий, рассчитанных на стадии S24. На стадии S27 ЭБУ 40 приводит в действие клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды с целью реализации отверстия, рассчитанного на стадии S25. На этом выполнение данной программы заканчивается.
На расчетных диаграммах, использованных на стадиях S24 и S25 (фиг. 8), отверстия соответствующих клапанов 22, 27, 38 рассчитываются с целью реализации скорости подачи газа EGR и скорости подачи сконденсировавшейся воды, при которых достигается внутрицилиндровая плотность, определенная по диаграмме, представленной на фиг. 7. Внутрицилиндровая плотность, определенная по диаграмме, представленной на фиг. 7, как и на диаграмме, представленной на фиг. 3, монотонно убывает с увеличением коэффициента избытка топлива. Другими словами, внутрицилиндровая плотность двигателя 1А внутреннего сгорания уменьшается при большом коэффициенте избытка топлива и увеличивается при малом коэффициенте избытка топлива. Диаграмма, представленная на фиг. 7, позволяет определить внутрицилиндровую плотность, при которой достигается надлежащая сила проникновения струи, на основании коэффициента избытка топлива и давления впрыска топлива. Проникновение струи топлива, следовательно, может быть надлежащим даже тогда, когда давление впрыска топлива изменяется. Выполняя управляющую программу, показанную на фиг. 8, ЭБУ 40 функционирует как средство управления скоростью подачи, соответствующее изобретению. Кроме того, выполняя стадию S21 (фиг. 8), ЭБУ 40 функционирует как средство вычисления коэффициента избытка топлива, соответствующее изобретению.
ЧЕТВЕРТЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее четвертый вариант осуществления изобретения описан со ссылкой на фиг. 10 и 11. Четвертый вариант осуществления изобретения аналогичен первому варианту за исключением содержания управляющей программы. Таким образом, физическая конфигурация четвертого варианта осуществления изобретения соответствует показанной на фиг. 1. В четвертом варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 10, скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды регулируют так, что при величине коэффициента избытка топлива, меньшей заданной величины ϕt, содержание воды до завершения прогрева двигателя 1А внутреннего сгорания меньше, чем после завершения прогрева.
Программное обеспечение управляющей программы, показанной на фиг. 11, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами. На стадии S31 ЭБУ 40 рассчитывает коэффициент избытка топлива двигателя 1А внутреннего сгорания. Коэффициент избытка топлива может быть рассчитан с использованием либо способа первого варианта осуществления изобретения, либо способа второго варианта осуществления изобретения. На стадии S32 ЭБУ 40 рассчитывает величину отверстий клапанов 22, 27 EGR. На стадии S33 ЭБУ 40 рассчитывает величину отверстия клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды. Для вычисления соответствующих величин отверстий на стадиях S32 и S33 может быть любой способ из описанных для вариантов осуществления изобретения с первого по третий.
На стадии S34 ЭБУ 40 определяет, является ли величина коэффициента избытка топлива, вычисленная на стадии S31, меньшей, чем заданная величина ϕt, или нет. Заданную величину ϕt устанавливают, принимая во внимание степень отрицательного влияния адгезии топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра 2 до завершения прогрева, что будет описано далее. Когда коэффициент избытка топлива меньше заданной величины ϕt, или, другими словами, когда коэффициент избытка топлива ниже заданной величины ϕt, программа переходит к стадии S35. Когда коэффициент избытка топлива равен или больше заданной величины ϕt, программа пропускает стадию S35 и стадию S36 и переходит к стадии S37.
На стадии S35 ЭБУ 40 определяет, завершен ли прогрев двигателя 1А внутреннего сгорания. ЭБУ 40 определяет, что прогрев еще не завершен, когда, например, температура охлаждающей воды, отражающая температуру двигателя 1А внутреннего сгорания, меньше 80 градусов Цельсия. Если прогрев еще не завершен, программа переходит к стадии S36. Если прогрев двигателя 1А внутреннего сгорания завершен, программа пропускает стадию S36 и переходит к стадии S37.
На стадии S36 ЭБУ 40 корректирует соответствующие отверстия клапанов 22, 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды, рассчитанные на стадии S32 и стадии S33. Величины соответствующих отверстий корректируются путем увеличения отверстий клапанов 22, 27 EGR и уменьшения отверстия клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды. Величина коррекции устанавливается в соответствии с коэффициентом избытка топлива так, чтобы получить расходы, отвечающие режиму прогрева двигателя, как показано на фиг. 10.
На стадии S37 ЭБУ 40 приводит в действие, по меньшей мере, один из клапанов - первый клапан 22 EGR и второй клапан 27 EGR – с целью реализации отверстий, либо рассчитанных на стадии S32, либо скорректированных на стадии S36. На стадии S38 ЭБУ 40 приводит в действие клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды с целью реализации отверстия, либо рассчитанного на стадии S33, либо скорректированного на стадии S36. На этом выполнение данной программы заканчивается.
В соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения, когда коэффициент избытка топлива меньше заданной величины ϕt, и прогрев двигателя еще не завершен, на стадии S36 (фиг. 11) величина отверстий клапанов 22, 27 EGR корректируется в сторону увеличения, а величина отверстия клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды корректируется в сторону уменьшения. Таким образом, когда коэффициент избытка топлива меньше заданной величины ϕt, скорость подачи сконденсировавшейся воды становится меньше до завершения прогрева, чем после завершения прогрева. Следовательно, при малом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность до завершения прогрева становится больше, чем внутрицилиндровая плотность после завершения прогрева, в результате этого проникновение струи топлива может быть ослаблено по сравнению с проникновением после завершения прогрева. Таким образом, адгезия топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра 2 до завершения прогрева может быть уменьшена, в результате этого может быть уменьшено количество НС, образующегося до завершения прогрева. Выполняя управляющую программу, показанную на фиг. 11, ЭБУ 40 функционирует как средство управления скоростью подачи, соответствующее изобретению. Кроме того, выполняя стадию S31 (фиг. 11), ЭБУ 40 функционирует как средство вычисления коэффициента избытка топлива, соответствующее изобретению.
ПЯТЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее пятый вариант осуществления изобретения описан со ссылкой на фиг. 12-14. Как показано на фиг. 12, пятый вариант осуществления изобретения применен к двигателю 1В внутреннего сгорания, который отличается от двигателя 1А внутреннего сгорания, представленного на фиг. 1, расположением системы EGR и системы подачи сконденсировавшейся воды. Элементы двигателя 1В внутреннего сгорания, подобные элементам двигателя 1А внутреннего сгорания, обозначены на фиг. 12 теми же номерами позиций, их описание опущено.
Двигатель 1В внутреннего сгорания включает первое устройство 20А EGR и второе устройство 20В’ EGR. Второе устройство 20В’ EGR снабжено отделителем диоксида углерода (далее именуемым сепаратор) 50, предназначенным для отделения диоксида углерода от газа EGR, перепускным каналом 51, расположенным во втором канале 26 EGR в обход сепаратора 50, и клапаном 52 изменения распределения потока, находящимся в месте соединения перепускного канала 51 и второго канала 26 EGR с целью обеспечения возможности непрерывного изменения распределения потока между потоком через перепускной канал 51 и потоком через сепаратор 50. Сепаратор 50 установлен во втором канале 26 EGR на стороне выпуска второго охладителя 28 EGR. В качестве сепаратора 50 может быть применено обычное устройство, пригодное для отделения диоксида углерода с использованием одного из многочисленных способов, таких как способ химического разделения или способ физического разделения. Перепускной канал 51 подсоединен между вторым охладителем 28 EGR и сепаратором 50 на стороне впуска и между сепаратором 50 и вторым клапаном 27 EGR на стороны выпуска.
Клапан 52 изменения распределения потока может изменять распределение потока от состояния, в котором сепаратор 50 закрыт, и поток через сепаратор 50 равен нулю, при этом, весь газ EGR, перемещающийся по второму каналу 26 EGR, идет через перепускной канал 51, до состояния, в котором закрыт перепускной канал 51, поток через перепускной канал 51 равен нулю, при этом, весь газ EGR, перемещающийся по второму каналу 26 EGR, идет через сепаратор 50. Посредством клапана 52 изменения распределения потока можно регулировать количество диоксида углерода, отделяемое от газа EGR. Таким образом, перепускной канал 51 и клапан 52 изменения распределения потока функционируют во взаимодействии друг с другом как средство регулирования, соответствующее изобретению.
Механизм 35 подачи сконденсировавшейся воды сконструирован так, что концевая часть 36а канала 36 сконденсировавшейся воды соединена со вторым каналом EGR между клапаном 52 изменения распределения потока и вторым клапаном 27 EGR. Поэтому сконденсировавшаяся вода, хранящаяся в резервуаре 31 для сконденсировавшейся воды, может быть подана во второй канал 26 EGR между клапаном 52 изменения распределения потока и вторым клапаном 27 EGR. Как описано выше, подаваемое количество сконденсировавшейся воды можно регулировать при помощи управления клапаном 38 подачи сконденсировавшейся воды. Путем управления клапаном 52 изменения распределения потока и клапаном 38 подачи сконденсировавшейся воды, соответственно, можно изменять соотношение воды и диоксида углерода в газе EGR. Таким образом, сепаратор 50, перепускной канал 51, клапан 52 изменения распределения потока и механизм 35 подачи сконденсировавшейся воды в целом образуют средство изменения соотношения компонентов, соответствующее изобретению.
ЭБУ 40 управляет внутрицилиндровой плотностью путем изменения соотношения воды и диоксида углерода в газе EGR в соответствии с коэффициентом избытка топлива двигателя 1В внутреннего сгорания. Также, как и в вариантах осуществления изобретения с первого по четвертый, описанных выше, путем регулирования внутрицилиндровой плотности достигается ее уменьшение при большом коэффициенте избытка топлива и увеличение при малом коэффициенте избытка топлива. Более конкретно, ЭБУ 40 вычисляет соотношение воды (Н2О) и диоксида углерода (СО2) в газе EGR в соответствии с коэффициентом избытка топлива двигателя 1В внутреннего сгорания на основании расчетной диаграммы, приведенной на фиг. 13, после чего осуществляет управление клапаном 52 изменения распределения потока и клапаном 38 подачи сконденсировавшейся воды с целью реализации вычисленного соотношения.
На фиг. 14 показан один из примеров управляющей программы, реализуемой ЭБУ 40. Программное обеспечение управляющей программы, показанной на фиг. 14, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами.
На стадии S41 ЭБУ 40 рассчитывает объем впрыска топлива для двигателя 1В внутреннего сгорания. Как и в описанных выше вариантах осуществления изобретения, на основании выходного сигнала датчика 42 положения педали акселератора ЭБУ 40 определяет положение педали акселератора и рассчитывает объем впрыска топлива в зависимости от положения педали акселератора. На стадии S42 ЭБУ 40 рассчитывает основной коэффициент избытка топлива на основании рабочих условий или, другими словами, объема впрыска топлива (нагрузки) двигателя 1В внутреннего сгорания. Как и в первом варианте осуществления изобретения, основной коэффициент избытка топлива – это коэффициент избытка топлива, однозначно определяемый в соответствии с объемом впрыска топлива и устанавливаемый по диаграмме с параметрами, показанными на фиг. 4. Обращаясь к диаграмме, показанной на фиг. 4, ЭБУ 40 рассчитывает основной коэффициент избытка топлива, исходя из объема впрыска топлива (нагрузки), вычисленного на стадии S41, учитывая, применяется EGR или нет.
На стадии S43 ЭБУ 40 рассчитывает соотношение воды и диоксида углерода в газе EGR, соответствующие коэффициенту избытка топлива, вычисленному на стадии S42, обращаясь к расчетной диаграмме, показанной на фиг. 13. На стадии S44 ЭБУ 40 рассчитывает распределение потока между потоком через сепаратор 50 и потоком через перепускной канал 51 с целью обеспечения соотношения воды и диоксида углерода, определенного на стадии S43. На стадии S45 ЭБУ 40 рассчитывает величину отверстия клапана 38 сконденсировавшейся воды, при котором может быть реализовано соотношение воды и диоксида углерода, определенное на стадии S43. Распределение потока и размер отверстия рассчитываются на стадии S44 и S45, соответственно, на основании расчетной диаграммы, не показанной на чертежах, которая создана заблаговременно в ходе испытаний опытного образца и моделирования. Отметим, что этот вариант осуществления изобретения применим только для режима, в котором два устройства 20А, 20В’ EGR работают одновременно или для режима, в котором работает только второе устройство 20В’ EGR, следовательно, расчетную диаграмму, не показанную на чертежах, готовят для каждого из этих двух режимов.
На стадии S46 ЭБУ 40 приводит в действие клапан 52 изменения распределения потока с целью реализации распределения потока, рассчитанного на стадии S44. На стадии S47 ЭБУ 40 приводит в действие клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды с целью реализации отверстия, рассчитанного на стадии S45. На этом выполнение текущей программы заканчивается.
В соответствии с управляющей программой, показанной на фиг. 14, когда EGR действует, соотношение воды и диоксида углерода в газе EGR, подаваемом в цилиндр 2 двигателя 1В внутреннего сгорания, регулируется в соответствии с пропорциями, показанными на фиг. 13. Более конкретно, при большом коэффициенте избытка топлива доля воды в газе EGR больше, а доля диоксида углерода в газе EGR меньше, чем при малом коэффициенте избытка топлива. Другими словами, как и в описанных выше вариантах осуществления изобретения, внутрицилиндровая плотность двигателя 1В внутреннего сгорания уменьшается при большом коэффициенте избытка топлива и увеличивается при малом коэффициенте избытка топлива. Таким образом, внутрицилиндровая плотность уменьшается при большом коэффициенте избытка топлива, следовательно, может быть усилена диффузия струи топлива, в результате этого количество образующегося дыма и НС может быть уменьшено. С другой стороны, внутрицилиндровая плотность увеличивается при малом коэффициенте избытка топлива, следовательно, проникновение струи топлива может быть ослаблено, в результате чего подавляется увеличение потерь при охлаждении и количества НС, образующегося из-за адгезии топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра 2. При реализации управляющей программы, показанной на фиг. 14, ЭБУ 40 функционирует как средство изменения соотношения компонентов, соответствующее изобретению. Кроме того, выполняя стадию S42 (фиг. 14), ЭБУ 40 функционирует как средство вычисления коэффициента избытка топлива, соответствующее изобретению.
ШЕСТОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее шестой вариант осуществления изобретения описан со ссылкой на фиг. 15. Шестой вариант осуществления изобретения аналогичен пятому варианту за исключением содержания управляющей программы. Таким образом, физическая конфигурация шестого варианта осуществления изобретения соответствует показанной на фиг. 14. Шестой вариант осуществления изобретения отличается от пятого способом вычисления коэффициента избытка топлива. Управляющая программа, показанная на фиг. 15, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами.
На стадии S51, так же, как и в пятом варианте осуществления изобретения, ЭБУ 40 определяет положение педали акселератора по выходному сигналу датчика 42 положения педали акселератора и на этом основании рассчитывает объем впрыска топлива. На стадии S52 по выходному сигналу расходомера 43 воздуха ЭБУ 40 определяет количество воздуха. На стадии S53 по выходному сигналу датчика 44 A/F выхлопного газа ЭБУ 40 определяет концентрацию кислорода в выхлопном газе. На стадии S54 ЭБУ 40 рассчитывает коэффициент избытка топлива для двигателя 1В внутреннего сгорания на основании объема впрыска топлива, количества воздуха и концентрации кислорода, полученных, соответственно, на стадиях S51 – S53. Операции, осуществляемые на стадиях S55–S59, идентичны описанным в отношении стадий S43–S47 пятого варианта осуществления изобретения, показанных на фиг. 14, поэтому их описание опускается.
В соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения, как и в пятом варианте осуществления изобретения, при большом коэффициент избытка топлива может быть уменьшено количество образующегося дыма и НС, а при малом коэффициенте избытка топлива может быть сдержано увеличение потерь при охлаждении и количество образующегося НС. При реализации управляющей программы, показанной на фиг. 15, ЭБУ 40 функционирует как средство изменения соотношения компонентов, соответствующее изобретения. Кроме того, выполняя стадию S54 (фиг. 15), ЭБУ 40 функционирует как средство вычисления коэффициента избытка топлива, соответствующее изобретению.
Изобретение не ограничивается описанными выше вариантами его осуществления и может быть реализовано во множестве вариантов, не выходящих за рамки существа изобретения. В вариантах осуществления с первого по четвертый в качестве вещества низкой плотности используют сконденсировавшуюся воду, однако, использование в качестве вещества низкой плотности води или сконденсировавшейся воды – это только пример. Путем подачи вещества низкой плотности во входную систему можно изменять внутрицилиндровую плотность. Цель изобретения может быть точно также достигнута и при использовании вместо воды инертного вещества с меньшим молекулярным весом, чем у диоксида углерода (молекулярный вес 44), не оказывающего отрицательного влияния на горение, такого как, например, гелий, азот или неон, в качестве вещества низкой плотности.
В вариантах осуществления с первого по четвертый сконденсировавшуюся воду, образовавшуюся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, подают в цилиндр, тем самым, исключается необходимость подготовки и пополнения запасов вещества низкой плотности. Кроме того, подаваемая сконденсировавшаяся вода в цилиндре испаряется, снижая, тем самым, температуру горения. Таким образом, при большом коэффициенте избытка топлива увеличивают скорость подачи сконденсировавшейся воды вместо уменьшения скорости подачи газа EGR; в результате этого эффект подавления образования NOx может поддерживаться одновременно с подавлением увеличения внутрицилиндровой плотности.
В вариантах осуществления изобретения с первого по четвертый газ EGR подают в цилиндр по входному каналу, однако, в модифицированном варианте осуществления изобретения газ EGR может быть подан в цилиндр непосредственно. Кроме этого, В вариантах осуществления изобретения с первого по четвертый сконденсировавшуюся воду подают в цилиндр по входному каналу, однако вместо этого, сконденсировавшаяся вода может быть подана в цилиндр по выхлопному каналу во время перекрытия клапанов с использованием способа, аналогичного, так называемому, внутреннему EGR. Кроме этого, сконденсировавшаяся вода может быть подана в цилиндр непосредственно. Когда вместо воды и сконденсировавшейся воды в качестве вещества низкой плотности используют инертное вещество из указанных выше, инертное вещество может быть подано в цилиндр либо косвенно - через входной канал или выхлопной канал, либо непосредственно, т.е., без прохождения по входному каналу или выхлопному каналу.
В пятом и шестом вариантах осуществления изобретения соотношение воды и диоксида углерода в газе EGR изменяют путем подачи сконденсировавшейся воды при помощи механизма 35 подачи сконденсировавшейся воды, при этом, отделяя диоксид углерода от газа EGR при помощи сепаратора 50. Однако, это является всего лишь примером; вместо этого, например, изобретение может быть реализовано как вариант, в котором добавляют диоксид углерода, одновременно отделяя воду от газа EGR. В этом варианте осуществления изобретения сочетание средства отделения воды от газа EGR и средства добавления диоксида углерода соответствует средству изменения соотношения компонентов настоящего изобретения. В пятом и шестом вариантах осуществления изобретения соотношение воды и диоксида углерода в газе EGR изменяют, используя сконденсировавшуюся воду, образовавшуюся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, однако, использование сконденсировавшейся воды является лишь примером, вместо этого, изобретение может быть реализовано как вариант, в котором подготавливают и добавляют в газ EGR воду, отличную от сконденсировавшейся воды. Как и в вариантах осуществления изобретения с первого по четвертый, когда используют сконденсировавшуюся воду, необходимость в подготовке и пополнении запасов вещества низкой плотности исключается. Кроме того, подаваемая сконденсировавшаяся вода в цилиндре испаряется, снижая, тем самым, температуру горения. Таким образом, при большом коэффициенте избытка топлива увеличивают долю воды в газе EGR вместо уменьшения доли диоксида углерода в газе EGR; в результате этого эффект подавления образования NOx может поддерживаться одновременно с подавлением увеличения внутрицилиндровой плотности.
Программа, выполняемая в пятом и шестом вариантах осуществления изобретения, может быть изменена до программы управления, аналогичной третьему или четвертому вариантам осуществления изобретения. Как и в управляющей программе третьего варианта осуществления изобретения, ЭБУ 40 может вычислять долю воды в газе EGR и долю диоксида углерода в газе EGR на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, после чего осуществлять управление клапаном 52 изменения распределения потока и клапаном 38 подачи сконденсировавшейся воды, соответственно, на основании результата вычисления. Конкретное содержание управляющей программы аналогично третьему варианту осуществления изобретения. Другими словами, ЭБУ 40 рассчитывает внутрицилиндровую плотность на основании давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, обращаясь к диаграмме, такой как представленная на фиг. 7, и вычисляет доли воды и диоксида углерода, при которых достигается рассчитанная внутрицилиндровая плотность. Таким образом, регулирование проникновения струи топлива может быть таким же, как в третьем варианте осуществления изобретения.
Кроме того, подобно управляющей программе четверного варианта осуществления изобретения, ЭБУ 40 может осуществлять управление клапаном 52 изменения распределения потока и клапаном 38 подачи сконденсировавшейся воды, соответственно, так, чтобы доля диоксида углерода в газе EGR в том случае, когда коэффициент избытка топлива двигателя 1В внутреннего сгорания меньше заданной величины, была меньше до завершения разогрева двигателя 1В внутреннего сгорания, чем после завершения разогрева двигателя 1В внутреннего сгорания. Конкретное содержание управляющей программы аналогично четвертому варианту осуществления изобретения. Другими словами, когда коэффициент избытка топлива меньше заданной величины ϕt, и прогрев двигателя еще не завершен, как показано на фиг. 10, ЭБУ 40 корректирует рабочее отверстие клапана 52 изменения распределения потока в сторону увеличения потока в перепускном канале 51 и корректирует отверстие клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды в сторону уменьшения. Таким образом, доля диоксида углерода в газе EGR в том случае, когда коэффициент избытка топлива меньше заданной величины ϕt, становится меньше до завершения прогрева двигателя, чем после завершения прогрева двигателя, следовательно, внутрицилиндровая плотность при малом коэффициенте избытка топлива до завершения прогрева двигателя становится больше, чем внутрицилиндровая плотность после завершения прогрева. В результате этого, как и в четвертом варианте осуществления изобретения, количество НС, образующегося до завершения прогрева, может быть уменьшено.
В описанных выше вариантах осуществления изобретения использовано два устройства EGR с разной конфигурацией контура, однако, изобретение может быть реализовано в виде варианта, в котором имеется только одно устройство EGR. Двигатель внутреннего сгорания, соответствующий описанным выше вариантам осуществления изобретения, сконструирован как дизельный двигатель, однако, изобретение не ограничивается возможностью применения только к дизельному двигателя и может быть применено к любому двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо впрыскивается в цилиндр, такому как двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива, в котором в качестве топлива используется бензин. Кроме того, на применение изобретения не влияет присутствие или отсутствие турбонагнетателя, следовательно, изобретение может быть также применено к двигателю внутреннего сгорания без наддува.