СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ
METHOD (EMBODIMENTS) AND SYSTEM FOR SUPPLYING FUEL TO ENGINE

Известный уровень техники и краткое изложение сущности изобретения
Подача топлива в двигателях с системой впрыска топлива во впускные каналы осуществляется из топливного бака с помощью топливного насоса. Топливный насос закачивает топливо в топливную рампу, а топливные инжекторы, соединенные с топливной рампой, впрыскивают топливо во впускные окна двигателя. Топливо в двигатель может подаваться из топливной рампы в виде жидкости, газа или газожидкостной смеси, в зависимости от его состояния в топливной рампе. Однако впрыск топлива в жидком состоянии может оказаться предпочтительным, поскольку в этом случае облегчается контроль количества впрыскиваемого топлива. Впрыск жидкого топлива обеспечивается путем повышения давления топлива до величин сверх давления пара топлива. Давление топлива можно увеличить, снабжая топливный насос дополнительной энергией. Однако при увеличении энергии, подаваемой на топливный насос, возможно снижение экономии топлива в транспортном средстве, так как энергию, необходимую для работы насоса, получают от генератора переменного тока, соединенного с двигателем транспортного средства. Кроме того, давление, при котором топливо может подаваться в двигатель в жидком состоянии, может изменяться с изменением состава и температуры топлива. Соответственно, могут возникнуть затруднения при подаче топлива в двигатель в жидком состоянии, если оно не подается под давлением, приводящим к увеличению расхода топлива сверх требуемой величины.
С учетом вышеупомянутых ограничений авторы настоящего изобретения разработали способ подачи топлива в двигатель, включающий в себя следующие этапы: вводят данные о топливе в контроллер; выполняют оценку сжимаемости топлива на основе данных о топливе с помощью команд контроллера; и регулируют производительность топливного насоса с помощью контроллера в соответствии с выполненной оценкой сжимаемости топлива.
Благодаря регулированию производительности топливного насоса в соответствии со сжимаемости топлива становится возможным получение технического результата, состоящего в подаче в двигатель жидкого топлива с одновременным уменьшением мощности, подаваемой на топливный насос. В частности, сжимаемость топлива может послужить основой для такого регулирования давления подаваемого в двигатель топлива, чтобы была возможной подача в двигатель жидкого топлива с одновременным сведением к минимуму потребления энергии топливным насосом. Возможно увеличение или уменьшение производительности топливного насоса в соответствии со сжимаемостью топлива. Соответственно, даже если неизвестны свойства топлива, оказывающие воздействие на состояние впрыскиваемого топлива, оно может вводиться в двигатель в жидком состоянии со сведением к минимуму потребления энергии топливным насосом.
Настоящее изобретение дает ряд преимуществ. Так, в частности, предлагаемый подход делает возможной подачу в двигатель жидкого топлива с меньшими значениями давления на выходе топливного насоса. Работа с пониженным давлением особенно выгодна для расширения динамического диапазона инжектора до величин, обеспечивающих точную адаптацию к малым объемам впрыскиваемого топлива. Малые объемы впрыскиваемого топлива важны в режимах холостого хода с очисткой паров топлива. Эта мера не приводит к уменьшению возможности обеспечить стандартное (или более высокое) давление при большой частоте вращения двигателя, когда интервал впрыска незначителен. Поскольку большая частота вращения двигателя - не такой частый режим, высокое давление, имеющее место при такой работе, не будет существенно влиять на экономию топлива. Кроме того, предлагаемый способ дает возможность регулировать давление подаваемого в двигатель топлива без наличия информации о типе топлива или давлении паров топлива. Укажем также, что такой подход обеспечивает возможность управления энергией, подаваемой на топливный насос, без наличия информации о давлении паров топлива или его температуре.
Перечисленные выше и иные преимущества и признаки настоящего изобретения с очевидностью следуют из нижеследующего детального описания, которое может рассматриваться либо само по себе, либо в комбинации с приложенными чертежами.
Следует понимать, что приведенное выше краткое изложение представляет собой лишь упрощенный сводный перечень принципов, которые будут разъяснены в нижеследующем описании более детально. Оно не подразумевает выявление ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем охраны которого определяется исключительно формулой изобретения, следующей за детальным описанием. Кроме того, заявляемый объект не ограничивается теми вариантами осуществления, с помощью которых устраняются те или иные недостатки, указанные выше или в любой из частей данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение двигателя;
фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий пример определения сжимаемости топлива;
фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий пример определения нужного давления топлива в соответствии со сжимаемостью топлива;
фиг. 4 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую типовой способ подачи топлива в двигатель.
Детальное описание
Настоящее изобретение относится к такой подаче в двигатель топлива, при которой осуществляется впрыск в двигатель жидкого топлива с одновременным уменьшением потребления энергии топливным насосом. В соответствии с одним из вариантов, топливо подается в двигатель с помощью топливной системы, показанной на фиг. 1. Сжимаемость топлива может определяться согласно фиг. 2 с целью регулирования производительности топливного насоса. Нужное давление на выходе топливного насоса может быть определено путем определения давления топливного насоса при увеличении сжимаемости топлива, как показано на фиг. 3. На фиг. 4 иллюстрируется способ регулирования производительности топливного насоса в соответствии со сжимаемостью топлива.
Как видно на фиг. 1, работой двигателя внутреннего сгорания 10, включающего в себя ряд цилиндров, один из которых показан на фиг. 1, управляет электронный контроллер 12. В состав двигателя 10 входят камера сгорания 30 и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, который помещен между этими стенками и соединен с коленчатым валом 40. Как показано на схеме, камера сгорания 30 сообщается с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через, соответственно, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждым из этих клапанов, впускного и выпускного, может управлять, соответственно, впускной кулачок 51 и выпускной кулачок 53. В соответствии с другим вариантом, возможно управление одним или более впускных и выпускных клапанов с помощью узла «обмотка-якорь» клапана с электромеханическим приводом. Фазы впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53 относительно коленчатого вала 40 могут регулироваться с помощью кулачковых приводов 59 и 69. Положение впускного кулачка 51 можно задавать датчиком 55 впускного кулачка, а положение выпускного кулачка 53 - датчиком 57 выпускного кулачка
Имеется топливный инжектор 66, устанавливаемый таким образом, чтобы обеспечивался впрыск топлива во впускное окно 38 цилиндра 30, что известно специалистам как «впрыск топлива во впускные каналы». Топливный инжектор 66 подает жидкое топливо в соответствии с длительностью импульса от контроллера 12. Топливо подается в топливный инжектор 66 из топливной системы, включающей в себя топливный бак 140, топливный насос 142 и топливную рампу 145. В топливный инжектор 66 и топливный насос 142 подается рабочий ток из контроллера 12. Кроме того, впускной коллектор 44, как показано на схеме, сообщается с дроссельной заслонкой 62 с электроприводом, которая предусматривается факультативно для регулирования положения дроссельной шайбы 64 с целью регулирования воздушного потока из отверстия 42 для впуска воздуха.
Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на действие контроллера 12. Эта система 88 зажигания может выдавать в каждый цилиндр в ходе каждого цикла цилиндра одну или более искр. Кроме того, можно предусмотреть опережение или запаздывание момента зажигания, обеспечиваемого системой 88 зажигания, относительно момента синхронизации коленчатого вала в соответствии с рабочими режимами двигателя.
Имеется также универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ), соединенный с выпускным коллектором 48 перед устройством 70 для нейтрализации отработавших газов. В соответствии с другим вариантом, вместо УДКОГ 126 можно использовать двухрежимный датчик содержания кислорода в отработавших газах. В соответствии с некоторыми вариантами, устройством 70 для нейтрализации отработавших газов может представлять собой сажевый фильтр и/или трехкомпонентный нейтрализатор. В соответствии с другими вариантами, в качестве устройства 70 для нейтрализации отработавших газов использую только трехкомпонентный нейтрализатор.
Показанный на фиг. 1 контроллер 12 представляет собой обычный микрокомпьютер, включающий в себя: микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 106, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и обычную шину данных. Как видно на схеме, на контроллер 12 поступают различные сигналы с датчиков, соединенных с двигателем 10, помимо ранее перечислявшихся сигналов, в том числе: температура хладагента двигателя (ТХД) с температурного датчика 112, соединенного с патрубком 114 охлаждения; положение с датчика 134 положения, соединенного с педалью 130 акселератора, для определения положения педали (ПП) акселератора, изменяемого нажатием ноги 132; давление топлива сдатчика 121 давления топлива; положение двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; результат измерения массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, термоанемометра); и результат определения положения дроссельной заслонки с датчика 58. Возможно также измерение барометрического давления (датчик не показан) с последующей обработкой в контроллере 12. В соответствии с одним из предпочтительных аспектов настоящего изобретения, датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное число равномерно отстоящих друг от друга импульсов на каждый оборот коленчатого вала, на основе чего может определяться частота вращения двигателя (ЧВД).
В соответствии с некоторыми вариантами, двигатель может быть присоединен в системе электромотора/батареи в гибридном транспортном средстве. Гибридное транспортное средство может быть выполнено в параллельной конфигурации, в последовательной конфигурации либо с использованием какой-либо их модификации или комбинации. Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами, можно применить и иные конфигурации двигателя, например, дизельного типа.
В процессе работы в каждом цилиндре двигателя 10 имеет место, как правило, четырехтактный цикл, включающий в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В процессе такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. В камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44 поступает воздух, при этом поршень 36 смещается в нижнюю часть цилиндра, увеличивая тем самым объем в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в нижней части цилиндра и в конце своего хода (то есть при наибольшем объеме камеры 30 сгорания), специалисты называют обычно «нижней мертвой точкой» (НМТ). В процессе такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 смещается в направлении головки цилиндра, сжимая при этом воздух в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в конце своего хода и максимально близко к головке цилиндра (то есть при наименьшем объеме камеры 30 сгорания), специалисты называют обычно «верхней мертвой точкой» (ВМТ). В ходе операции, называемой ниже впрыском, производится ввод топлива в камеру сгорания. В ходе операции, называемой ниже зажиганием, производится зажигание впрыскиваемого топлива известными средствами типа свечи 92 зажигания, вследствие чего происходит сгорание. В процессе такта расширения расширяющиеся газы сдвигают поршень 36 обратно в сторону НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, в процессе такта выпуска происходит открытие выпускного клапана 54 с выпуском при этом сгоревшей топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор 48, после чего поршень возвращается в ВМТ. Следует иметь в виду, что выше был рассмотрен всего лишь один из возможных примеров, так что время открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов может меняться с формированием положительного или отрицательного перекрытия клапанов, запаздыванием закрытия впускного клапана и различными другими событиями.
Итак, благодаря системе по фиг. 1 удается получить систему управления двигателем, содержащую: двигатель; топливный насос, выполненный с возможностью подачи топливо в двигатель; контроллер, содержащий исполнимые команды, хранящиеся в долговременном запоминающем устройстве, на регулирование производительности топливного насоса в соответствии со сжимаемостью топлива, подаваемого в двигатель. В этой системе сжимаемость топлива, подаваемого в двигатель, основывается на массе впрыскиваемого топлива, деленной на изменение давления в топливной рампе. Система дополнительно содержит топливную рампу, соединенную с двигателем и топливным инжектором, и датчик давления, соединенный с топливной рампой.
В соответствии с некоторыми вариантами, система также содержит дополнительные команды на оценку сжимаемости топлива, подаваемого в двигатель, на основе выходного сигнала датчика давления. Система также содержит дополнительные команды на определение нужного давления топлива в соответствии со сжимаемостью топлива, подаваемого в двигатель. Наконец, система также содержит дополнительные команды на оценку сжимаемости топлива, подаваемого в двигатель, при изменении температуры топлива или доливке топлива в бак.
На фиг. 2 приведен моделированный типовой график, иллюстрирующий процедуру определения сжимаемости топлива. Последовательность, показанная на графике фиг. 2, может быть обеспечена благодаря способу по фиг. 4. Вертикальные метки Т0-Т6 обозначают наиболее значимые моменты в ходе этой последовательности.
Верхний график на фиг. 2 характеризует напряжение, подаваемое на топливный насос. По вертикальной оси отложено напряжение на топливном насосе. Это напряжение возрастает в направлении стрелки по вертикальной оси. По горизонтальной оси X отложено время, идущее на фиг. 2 в направлении слева направо.
На нижнем графике фиг. 2 отображено давление топлива в топливной рампе, подающей топливо в один или более цилиндров двигателя. По вертикальной оси отложено давление топлива в топливной рампе, которое возрастает в направлении стрелки по вертикальной оси. По горизонтальной оси X отложено время, идущее на фиг. 2 в направлении слева направо. Впрыск топлива в двигатель осуществляется с одной и той же скоростью на протяжении всей последовательности, представленной на фиг. 2.
В момент Т0 подается команда на выключение топливного насоса, что видно по низкому напряжению на топливном насосе, при этом происходит уменьшение давления топлива в топливной рампе. Это давление топлива в топливной рампе уменьшается в ответ на впрыск топлива в цилиндры двигателя с целью приведения этого последнего в действие.
В момент Т1 происходит активация топливного насоса, что видно по возросшему напряжению на топливном насосе. Топливный насос приводится в действие в ответ на запрос определения сжимаемости топлива, впрыскиваемого в двигатель. Давление топлива в рампе повышается в ответ на активацию топливного насоса.
В момент Т2 происходит дезактивация топливного насоса, что видно по переходу от более высокого напряжения на топливном насосе к более низкому напряжению на топливном насосе. Дезактивацию топливного насоса производят для определения сжимаемости топлива, впрыскиваемого в двигатель. Впрыск топлива в цилиндры двигателя (не показаны) продолжается даже после выключения топливного насоса, при этом подача топлива в топливную рампу прекращается.
В интервале между моментами Т2 и Т3 производится впрыск температура в работающий двигатель, при этом начинается падение давления топлива, поскольку топливный насос не работает и топливо в рампу не доливается. Падение давления топлива происходит с постоянной скоростью, так как постоянна скорость его впрыска в двигатель. Если построить этот же график в виде зависимости давления топлива от его расхода, то давление топлива будет падать линейно, вне зависимости от скорости подачи топлива, в течение всего времени, пока сжимаемость остается постоянной. Таким образом, этот расчет можно приметь даже при меняющейся скорости впрыска топлива.
В момент Т3 начинается отсчет накопленного количества топлива, введенного в двигатель. Массу (или объем) введенного в двигатель топлива можно определить, исходя из времени, в течение которого топливный инжектор открывается на впрыск топлива, и передаточной функции, обеспечивающей зависимость количества топлива от давления топлива и времени, в течение которого открыт инжектор. Кроме того, давление топлива определяют таким образом, чтобы можно было определить падение давления топлива в топливной рампе. Дискретизация давления топлива на кратные величины или дольные величины частоты впрыска способна уменьшить шумы сжимаемости (d/dt V / d/dt Р). Очень значительное изменение объема при малом изменении давления говорит о большой сжимаемости. Теоретически, если давление текучей среды равно давлению пара, то эта среда обладает бесконечной сжимаемостью. Опять же теоретически, если топливный контейнер идеально жесткий, а текучая среда целиком жидкая, то сжимаемость прямо пропорциональна величине, обратной модулю объемной упругости.
В момент Т4 отсчет накопленного количества топлива, введенного в двигатель, прекращается, и производится определение давления в топливной рампе. Суммарную фактическую массу (или объем) топлива, введенного в двигатель, делят на разность давления в топливной рампе между моментами Т3 и Т4 для определения сжимаемости введенного в двигатель топлива. Падение давления топлива обозначено позицией 204. Время, в течение которого накапливается масса впрыскиваемого в двигатель топлива, обозначено позицией 202.
В интервале между моментами Т4 и Т5 продолжается впрыск топлива в двигатель при выключенном топливном насосе.
В момент Т5 происходит активация топливного насоса, что видно по возросшему напряжению на топливном насосе. Активация топливного насоса производится в ответ на запрос доливки топлива в топливную рампу. Давление топлива в топливной рампе возрастает в ответ на активацию топливного насоса.
В момент Т6 происходит дезактивация топливного насоса, что видно по переходу от более высокого напряжения на топливном насосе к более низкому напряжению на топливном насосе. Дезактивацию топливного насоса производят для снижения интенсивности работы топливного насоса после того, как давление топлива в топливной рампе достигнет нужного значения. Впрыск топлива в цилиндры двигателя продолжается.
В результате становится возможным определение сжимаемости подаваемого в двигатель топлива в процессе работы двигателя и движения транспортного средства по дороге. Кроме того, если двигатель работает с малыми нагрузками, то сжимаемость топлива можно определять достаточно часто, без нежелательного воздействия на работу двигателя, поскольку в условиях малых нагрузок в двигатель поступают меньшие количества топлива.
На фиг. 3 приведена моделированная последовательность операций по определению нужного давления топлива в соответствии с его сжимаемостью. Последовательность по фиг. 3 может быть обеспечена благодаря способу по фиг. 4, реализуемому по командам от контроллера 12 в системе по фиг. 1. Вертикальные метки Т10-Т14 обозначают наиболее значимые моменты в ходе этой последовательности. Впрыск топлива в двигатель производится с одной и той же скоростью на протяжении всей последовательности, представленной на фиг. 3. Все три графика на фиг. 3 синхронизированы по времени, а отображенные на них события происходят одновременно.
На верхнем графике фиг. 3 приведено изменение во времени давления топлива в топливной рампе, подающей топливо в двигатель. По вертикальной оси отложено давление топлива, которое возрастает в направлении стрелки по вертикальной оси. По горизонтальной оси отложено время, идущее на фиг. 3 в направлении слева направо.
На среднем графике фиг. 3 приведено изменение во времени сжимаемости топлива в топливной рампе, подающей топливо в двигатель. По вертикальной оси отложена сжимаемость топлива в топливной рампе, которая увеличивается в направлении стрелки по вертикальной оси. По горизонтальной оси отложено время, идущее на фиг. 3 в направлении слева направо. Горизонтальная линия 305 отображает пороговое значение сжимаемости топлива. Желательно управлять работой топливного насоса с таким расчетом, чтобы сжимаемость топлива поддерживалась на уровне ниже порогового значения 305.
3
На нижнем графике фиг. 3 приведено изменение во времени скорости впрыска топлива (например, в см/сек.). По вертикальной оси отложена скорость впрыска топлива, которая возрастает в направлении стрелки по вертикальной оси. По горизонтальной оси отложено время, идущее на фиг. 3 в направлении слева направо.
В момент Т10 давление топлива в топливной рампе находится на более низком уровне. В процессе выполнения последовательности производится впрыск топлива в двигатель, однако это не показано. Топливный насос и в этом случае выключен (не показано). Сжимаемость топлива увеличивается, а скорость его впрыска остается постоянной.
В момент Т11 активируется топливный насос в ответ на достижение порога 305 сжимаемости топлива, а давление топлива в топливной рампе повышается в ответ на активацию топливного насоса. Топливный насос активируют для того, чтобы топливо в топливной рампе было обязательно в жидком состоянии, а не частично газообразном (в виде пара). В интервале между моментами Т11 и Т12, когда топливный насос приведен в действие, расчет сжимаемости не ведут.
В момент Т12 происходит дезактивация топливного насоса. Топливный насос может быть дезактивирован в некоторый заданный момент после его активации или в ответ на достижение нужного значения давления в топливной рампе. После дезактивации топливного насоса (не показана) продолжается впрыск топлива в двигатель с постоянной скоростью, при этом выясняется, что сжимаемость топлива имеет более низкое значение.
В интервале между моментами Т12 и Т13 давление топлива в топливной рампе уменьшается в процессе впрыска топлива в двигатель (не показано). В соответствии с некоторыми вариантами, сжимаемость топлива может определяться в интервале между моментами Т12 и Т13 так же, как было описано при рассмотрении фиг. 2. В соответствии с данным вариантом, сжимаемость топлива остается приблизительно постоянной, а скорость впрыска топлива постоянна.
В момент Т13 скорость изменения давления топлива (например, крутизна кривой) в топливной рампе уменьшается. Уменьшение скорости изменения давления топлива имеет место тогда, когда достигается минимальный уровень давления пара и начинается увеличение сжимаемости топлива. Часть топлива в топливной рампе может находиться в газообразном состоянии. Горизонтальная линия 304 характеризует давление в топливной рампе, когда крутизна кривой давления в топливной рампе или скорость падения уменьшается в ответ на достижение минимальный уровень давления паров топлива. Может оказаться желательной работа с давлением в топливной рампе, обозначенным горизонтальной линией 302. Эта горизонтальная линия 302 соответствует давлению в топливной рампе на уровне горизонтальной линии 304 плюс некоторая поправка. При использовании этого варианта поправка соответствует давлению между горизонтальной линией 304 и горизонтальной линией 302. Таким образом, работой топливного насоса можно управлять таким образом, чтобы давление топлива в топливной рампе удерживалось на уровне, обозначенном горизонтальной линией 302, с тем чтобы в двигатель поступало жидкое топливо и чтобы уменьшалась подаваемая в топливный насос энергия. Уменьшение энергии топливного насоса возможно тогда, когда давление в топливной рампе находится на уровне, обозначенном горизонтальной линией 302, так как при работе топливной рампы с давлениями выше уровня линии 302 возрастает потребление энергии топливным насосом. Поправка давления топлива в промежутке между горизонтальной линией 304 и горизонтальной линией 302 обеспечивает получение доверительного интервала, в котором топливо в топливной рампе не будет переходить в газообразное состояние. Скорость же впрыска топлива остается постоянной.
В интервале между моментами Т13 и Т14 продолжается впрыск топлива в двигатель при выключенном топливном насосе. Уменьшение давления в топливной рампе происходит с меньшей скоростью или с меньшей крутизной кривой по сравнению с интервалом между моментами Т12 и 13, даже если топливо впрыскивается в двигатель с одной и той же скоростью. Однако сжимаемость топлива увеличивается довольно устойчиво даже тогда, когда скорость впрыска топлива остается постоянной.
В момент Т14 производится повторное приведение в действие топливного насоса с целью повышения давления топлива в топливной рампе в ответ на достижение порога 305 сжимаемости топлива. Скорость впрыска топлива остается постоянно, а расчет сжимаемости топлива прекращается. Эта последовательность может возобновляться несколько раз для подтверждения наличия давления в топливной рампе после достижения минимального уровня давления паров топлива.
В результате становится возможным определить управляющее давление для регулирования производительности топливного насоса. Управляющее давление - это давление, обеспечивающее подачу в двигатель жидкого топлива с направлением при этом меньшего количества энергии в топливный насос, подающий топливо в топливную рампу и в двигатель. В соответствии с другим вариантом, можно объединить с измеряемым давлением напряжение, рабочий цикл, ток или мощность, при этом напряжение, рабочий цикл, ток или мощность станут, после добавления некоторого отклонения, новыми уставками для контроллера.
На фиг. 4 представлена схема последовательности операций, иллюстрирующая типовой способ подачи топлива в двигатель. По меньшей мере, часть способа по фиг. 4 может быть использована в системе по фиг. 1 в виде исполнимых команд. Кроме того, части способа по фиг. 4 могут быть реализованы физически с помощью контроллера, в который поступают данные от датчиков и управляющих исполнительных органов. Способ по фиг. 4 действует тогда, когда установленный на транспортном средстве двигатель работает. Тест на сжимаемость топлива может оказаться невозможным, если скорость впрыска топлива велика. При высоких скоростях впрыска можно либо использовать какое-либо априорно принятое давление, либо поднять уровень электроэнергии для насоса.
На этапе 402 в рамках способа 400 выносится суждение о том, определена ли сжимаемость впрыскиваемого топлива. Может потребоваться определение сжимаемости топлива, так как сжимаемость возрастает до некоторой более высокой величины, когда топливо может находиться, по меньшей мере частично, в газообразном состоянии. Когда топливо находится исключительно в жидком состоянии, его сжимаемость будет меньшей. В соответствии с одним из вариантов, можно присвоить какому-нибудь биту памяти значение «один», когда сжимаемость топлива известна, и значение «ноль», когда сжимаемость топлива неизвестна. Если в рамках способа 400 делается вывод, что сжимаемость топлива известна, то выдается ответ «да», после чего в рамках способа 400 переходят к этапу 430. В противном случае выдается ответ «нет», и в рамках способа 400 переходят к этапу 404. Принцип состоит здесь в том, чтобы довести давление топлива до достаточно высокого значения, когда заведомо известно, что давление топлива заметно превышает давление пара, и определить сжимаемость в этих условиях. Хотя в данном контексте под сжимаемостью понимается свойство топлива как такового, фактически она является также свойством механической структуры, в которой находится топливо, поскольку сам контейнер не является идеально жестким.
На этапе 404 включают топливный насос, закачивающий топливо в топливную рампу и двигатель, на работу с полной или номинальной мощностью с целью получения более высокого давления в топливной рампе. Включение топливного насоса можно произвести на какое-либо заданное время или же до достижения порогового значения давления в топливной рампе двигателя. В рамках способа 400 переходят к этапу 406 после того, как топливный насос отработает в течение заданного времени или будет достигнуто пороговое давление в топливной рампе.
На этапе 406 топливный насос выключают. При этом топливный насос прекращает закачку топлива в топливную рампу. Выключение топливного насоса можно выполнить путем прекращения подачи в него электроэнергии. После выключения топливного насоса переходят в рамках способа 400 к этапу 408.
На этапе 408 приступают в рамках способа 400 к впрыску топлива в двигатель. Впрыск топлива производится с постоянной скоростью, так чтобы в каждый цилиндр поступало практически (например, в пределах ±5%) одинаковое количество топлива. Далее в рамках способа 400 переходят к этапу 410.
На этапе 410 в рамках способа 400 суммируют массу (или объем) топлива, вводимого в двигатель с помощью топливной рампы. Впрыск топлива ведется на протяжении нескольких циклов двигателя, при этом давление в топливной рампе уменьшается в ответ на отсутствие подачи топлива в топливную рампу с помощью топливного насоса и впрыск топлива в цилиндры двигателя. Масса (или объем) топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя, может суммироваться в течение заданного времени или до тех пор, пока не будет выявлено заданное падение давления в топливной рампе. В соответствии с одним из вариантов, масса (или объем) топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя, может быть определена путем индексации передаточной функции топливного инжектора, которая выдает массу топлива при наличии данных о давлении в топливное рампе и времени, в течение которого был открыт топливный инжектор. Далее в рамках способа 400 переходят к этапу 412.
На этапе 412 в рамках способа 400 определяют падение давления в топливной рампе в ответ на впрыск топлива в работающий двигатель и выключение топливного насоса. Падение давления в топливной рампе определяют за время с момента, когда началось суммирование массы впрыскиваемого топлива, до момента, когда суммирование массы впрыскиваемого топлива прекратилось. Далее в рамках способа 400 переходят к этапу 414.
На этапе 414 в рамках способа 400 определяют сжимаемость топлива, впрыскиваемого в двигатель. Сжимаемость топлива определяют путем деления суммированной массы (или объема) впрыскиваемого топлива, определенной на этапе 410, на изменение в давлении топлива в топливной рампе, определенное на этапе 414. Кроме того, в рамках способа 400 указывается, что сжимаемость топлива известна, посредством присвоения биту памяти значения «1». На фиг. 2 приведен пример последовательности, описанной для этапов 404-414. В соответствии с некоторыми вариантами, последовательность этапа 404 может возобновляться несколько раз, при этом для определения сжимаемости топлива берется среднее значение сжимаемости. После того как определена сжимаемость топлива, переходят в рамках способа 400 к этапу 416.
На этапе 416 в рамках способа 400 выясняют, желательно ли определить давление топлива в топливной рампе, при котором сжимаемость топлива увеличивается, с тем чтобы указать на то, что, по меньшей мере, часть топлива в топливной рампе находится в газообразном состоянии. Такое определение давления топлива в топливной рампе, при котором сжимаемость топлива увеличивается, может потребоваться для указания минимального уровня давления пара, когда двигатель работает с малыми нагрузками, при которых он может функционировать без значительных изменений крутящего момента или воздушно-топливного отношения. Таким образом, если двигатель работает в заданном диапазоне частот вращения и крутящего момента, удается определить давление топлива в топливной рампе, при котором сжимаемость топлива увеличивается. Если в рамках способа 400 выясняется, что желательно определить давление топлива в топливной рампе, при котором сжимаемость топлива увеличивается, то выдается ответ «да», после чего в рамках способа 400 переходят к этапу 420. В противном случае выдается ответ «нет», и в рамках способа 400 переходят к этапу 418.
На этапе 420 в рамках способа 400 продолжают впрыск топлива в двигатель при выключенном топливном насосе для определения нужного давления топлива, которое должно быть создано в топливной рампе с помощью топливного насоса. В рамках способа 400 определяют крутизну или скорость изменения давления в топливной рампе в зависимости от массы вводимого топлива. Сжимаемость топлива невелика, когда топливо находится в жидком состоянии и несколько больше, когда оно находится в газообразном или, по меньшей мере, частично газообразном состоянии. Изменение крутизны или скорости изменения давления в топливной рампе по отношению к массе впрыскиваемого топлива с большего значения на меньшее может указывать на некоторое изменение в сжимаемости топлива, как это показано на фиг. 3. Двигатель может работать в постоянном режиме (например, с постоянными массой впрыскиваемого топлива, частотой вращения и крутящим моментом), когда определяется изменение крутизны кривой давления топлива в зависимости от массы впрыскиваемого топлива. Давление топлива, при котором крутизна или скорость изменения давления топлива изменяется, определяют так, как описано при рассмотрении фиг. 3, и сохраняют в памяти. Давление топлива в топливной рампе, при котором крутизна кривой давления топлива изменяется, характеризует достижение минимального уровня давления паров топлива. В соответствии с одним из вариантов, добавляют к давлению топлива в топливной рампе, при котором изменяется крутизна кривой давления топлива, некоторую заданную поправку для определения нужного давления топлива в топливной рампе с целью добиться надежного впрыска жидкого топлива и уменьшить энергию, потребляемую топливным насосом, подающим топливо в топливную рампу. Эта последовательность иллюстрируется на фиг. 3. После того, как будет определено давление топлива в топливной рампе, в рамках способа 400 осуществляют выход из системы. Нужное давление топлива в топливной рампе может послужить основой для регулирования производительности топливного насоса. Кроме того, можно изменить значение бита в памяти на «единицу» для указания на то, что производится определение давления управления подачей топлива.
На этапе 418 в рамках способа 400 выполняется корректировка сжимаемости топлива, определенной на этапе 414, на некоторый заданный коэффициент (например, 1,4). Результирующее значение представляет собой нужную сжимаемость топлива, при этом нужная сжимаемость топлива может послужить основой для регулирования производительности топливного насоса, подающего топливо в топливную рампу. После определения нужной сжимаемости топлива в рамках способа 400 осуществляют выход из системы.
При следующем выполнении способа 400 нужное давление топлива в топливной рампе или нужная сжимаемость топлива могут послужить основой для регулирования производительности топливного насоса, подающего топливо в топливную рампу и в двигатель.
На этапе 430 в рамках способа 400 выносят суждение о том, определено ли давление управления подачей топлива для топлива в топливной рампе на основе сжимаемости топлива в топливной рампе. В соответствии с одним из вариантов, если значение переменной в памяти - «единица», то выдается ответ «да», и в рамках способа 400 переходят к этапу 436. В противном случае выдается ответ «нет», и в рамках способа 400 переходят к этапу 432. При этом переменной может быть присвоено значение «единица» согласно этапу 420.
На этапе 432 в рамках способа 400 регулируют давление топлива на получение топлива в топливной рампе с нужным значением сжимаемости. Нужное значение сжимаемости топлива получают по результатам выполнения этапа 418. В соответствии с одним из вариантов, давление топлива регулируют на максимальную величину и уменьшают заданными шагами до достижения нужного значения сжимаемости топлива. Сжимаемость топлива можно определять так, как описано для этапов 404-414, при этом каждый раз давление топлива в топливной рампе уменьшают отдельными шагами с выяснением при этом, имеет ли топливо в топливной рампе нужную сжимаемость. Далее в рамках способа 400 переходят к этапу 434 после того, как давление в топливной рампе достигнет уровня, обеспечивающего нужную сжимаемость.
На этапе 434 в рамках способа 400 сохраняют давление топлива в топливной рампе, обеспечивающего нужную сжимаемость. Сохраненное значение давления топлива представляет собой нужное давление топлива для регулирования давления топлива в топливной рампе. После сохранения нужного давления топлива в памяти переходят в рамках способа 400 к этапу 436.
На этапе 436 в рамках способа 400 выясняют, имели ли место доливка топлива в бак или изменение температуры топлива в топливной рампе. В рамках способа 400 вывод о том, что имела место доливка топлива в бак, может быть сделан, если датчик топливного бака указывает на увеличение количества топлива, хранящегося в баке. В рамках этого способа 400 вывод о том, что имело место изменение температуры топлива, может быть сделан на основе температуры двигателя или измеренной температуры топлива в топливной рампе. Если по результатам выполнения способа 400 выносится заключение, что имела место доливка топлива или что произошло изменение температуры топлива в топливной рампе, то выдается ответ «да», и в рамках способа 400 переходят к этапу 450. В противном случае выдается ответ «нет», и в рамках способа 400 переходят к этапу 438.
На этапе 450 в рамках способа 400 делают указание на то, что нужная сжимаемость топлива неизвестна, а потому можно приступать к определению нового значения сжимаемости топлива на этапах 404-414. После присвоения биту памяти значения «0» для указания на то, что сжимаемость неизвестна, в рамках способа 400 осуществляют выход из системы.
На этапе 438 в рамках способа 400 выясняют, превышает ли значение давления топлива в топливной рампе сумму нужного давления топлива и заданной поправки. Если это так, выдается ответ «да», и в рамках способа 400 переходят к этапу 450. В противном случае выдается ответ «нет», и в рамках способа 400 переходят к этапу 440.
На этапе 460 в рамках способа 400 уменьшают производительность насоса путем снижения напряжения и/или тока, подаваемого на топливный насос. Производительность топливного насоса можно уменьшать пропорционально разности между нужным и фактическим значениями давления топлива. После того как давление топлива отрегулировано, в рамках способа 400 осуществляют выход из системы.
На этапе 440 в рамках способа 400 выясняют, является ли давления топлива в топливной рампе меньше разности между нужным давлением топлива и заданной поправкой. Если это так, выдается ответ «да», и в рамках способа 400 переходят к этапу 442. В противном случае выдается ответ «нет», и в рамках способа 400, не выполняя никаких регулировок производительности топливного насоса, осуществляют выход из системы.
На этапе 442 в рамках способа 400 увеличивают производительность насоса путем повышения напряжения и/или тока, подаваемого на топливный насос. Производительность топливного насоса можно увеличивать пропорционально разности между нужным и фактическим значениями давления топлива. После того как давление топлива отрегулировано, в рамках способа 400 осуществляют выход из системы.
В результате этого становится возможным регулирование давления топлива в топливной рампе в зависимости от сжимаемости находящегося в топливной рампе топлива, которое подается в двигатель. Давление в топливной рампе регулируют с целью подачи в двигатель жидкого топлива с одновременным снижением потребления энергии топливным насосом.
Таким образом, благодаря схеме по фиг. 4 удается реализовать способ подачи топлива в двигатель, включает в себя следующие этапы: выполняют оценку сжимаемости топлива на основе данных о топливе с помощью команд контроллера; и регулируют производительность топливного насоса с помощью контроллера в соответствии с выполненной оценкой сжимаемости топлива. В соответствии с этим способом, оценка сжимаемости топлива включает в себя деление массы впрыскиваемого в двигатель топлива на перепад давления в топливной рампе. В соответствии со способом, данные о топливе включают в себя давление топлива в топливной рампе. В соответствии со способом, данные о топливе включают в себя результат оценки массы впрыскиваемого топлива.
В соответствии с некоторыми вариантами, регулирование производительности топливного насоса включает в себя увеличение напряжения или величины тока, подаваемых на топливный насос, когда результат оценки сжимаемости топлива выше некоторого порогового значения сжимаемости. В соответствии с этим способом, регулирование производительности топливного насоса включает в себя уменьшение напряжения или величины тока, подаваемых на топливный насос, когда результат оценки сжимаемости топлива ниже некоторого порогового значения сжимаемости.
Благодаря схеме по фиг. 4 удается также реализовать способ подачи топлива в двигатель, включающий в себя следующие этапы: впрыскивают топливо в двигатель, когда топливный насос, подающий топливо в двигатель, выключен; вводят данные о топливе в контроллер, когда топливный насос выключен; создают нужное давление топлива в соответствии с изменением крутизны кривой давления топлива, исходя из данных о топливе; и регулируют производительность топливного насоса с помощью контроллера в соответствии с нужным давлением топлива. В соответствии с этим способом, изменение крутизны кривой характеризует давление паров топлива.
Кроме того, в соответствии с этим способом, нужное давление топлива больше давления топлива при изменении крутизны кривой. В соответствии с некоторыми вариантами, изменение крутизны кривой состоит в уменьшении крутизны кривой. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором корректируют нужное давление топлива при изменении температуры топлива или доливке топлива в бак. В соответствии со способом, полученные данные о топливе включают в себя давление топлива. В соответствии со способом, регулируют производительность топливного насоса с целью получения нужного давления топлива. В соответствии со способом, этап впрыска топлива в двигатель, когда топливный насос, подающий топливо в двигатель, выключен, осуществляют при изменении температуры топлива или доливке топлива в бак.
Следует иметь в виду, что рассмотренные здесь типовые программы управления и оценки можно использовать для разных конфигураций двигателя и/или транспортной системы. Кроме того, описанные выше способы могут представлять собой некоторую комбинацию действий, физически выполняемых контроллером, и используемых в нем команд. Изложенные выше способы и программы управления могут храниться в виде исполнимых команд в долговременном запоминающем устройстве и осуществляться управляющей системой, в состав которой входит контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и прочим оборудованием двигателя. Описанные здесь специальные программы могут характеризовать одну или более из любого количества стратегий обработки типа управляемых событиями, управляемых прерываниями, многозадачных, многопоточных и т.п. По сути дела, различные проиллюстрированные здесь действия, операции и/или функции могут быть осуществлены в рассмотренной последовательности или параллельно, либо, в ряде случаев, опущены. Подобным же образом, порядок обработки не обязательно должен обеспечивать достижение признаков и преимуществ описанных здесь типовых вариантов осуществления и был изложен лишь для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из описанных здесь действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой методики. Кроме того, описанные здесь действия, операции и/или функции могут графически отображать код, подлежащий программированию в долговременном запоминающем устройстве машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, где описанные действия осуществляются посредством выполнения команд в системе, включающей в себя различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.
На этом заканчивается описание, чтение которого напомнит специалистам о возможности внесения разнообразных изменений и модификаций при условии сохранения сущности и объема изобретения. Так, например, получить выгоду от настоящего изобретения позволит использование двигателей типов I3, I4, I5, V6, V8, V10 и V12, работающих на природном газе, бензине, дизельном топливе или топливах иных видов.
В прилагаемой формуле изобретения демонстрируются некоторые комбинации и субкомбинации, считающиеся новыми и неочевидными. В пунктах формулы могут иметься ссылки на «какой-либо» или «первый» элемент или на его эквивалент. Эти пункты следует понимать как подразумевающие присоединение одного или более таких элементов, без требования при этом наличия или исключения двух или более таких элементов. Могут быть заявлены и другие комбинации и субкомбинации раскрытых здесь признаков, функций, элементов и/или свойств путем изменения данной формулы изобретения или путем представления новой формулы в этой или родственной заявке. Такая формула, будь она шире, уже, такой же или отличной по объему притязаний от первоначальной формулы изобретения, тоже будет считаться включенной в предмет настоящего изобретения.