СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ ТОПЛИВА
METHOD (EMBODIMENTS) AND SYSTEM FOR DETERMINING FUEL VAPOUR PRESSURE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к определению давления паров топлива в топливной системе двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
Состав топлива может варьироваться в зависимости от технических характеристик смеси для различных регионов с учетом климата и норм по охране окружающей среды. Более конкретно, в топливные смеси могут быть добавлены всевозможные присадки, чтобы изменить летучесть топлива с учетом региона где происходит продажа топлива. Например, виды топлива, продаваемые в южных областях с теплым климатом, могут иметь более низкую летучесть, чем виды топлива, продаваемые в северных областях с холодным климатом, так что различиям климата соответствуют различия в летучести топлива, и тем самым достигаются одинаковые последствия в отношении токсичных выбросов. Аналогично, летучесть топлива может варьировать на протяжении года в одном и том же регионе с учетом климата региона. Например, топливо, выдаваемое топливораздаточной колонкой, может иметь более низкую летучесть в теплые месяца, чем топливо, выдаваемое в холодные месяца. Кроме того, поставщики топлива торговых сортов могут предлагать виды топлива, содержащие смесь бензина с этанолом (например, Е10, Е25, Е85 и т.п.), чтобы уменьшить выбросы углерода. Более того, топливный бак может быть дозаправлен топливом определенного состава, и в то же время по-прежнему содержать некоторое количество топлива, возможно другого состава. В результате, топливный бак может содержать несколько разных топливных смесей.
Между тем нормы по охране окружающей среды жестко требуют от производителей автомобилей снижения токсичных выбросов. В результате, алгоритмы управления автомобилем, касающиеся работы двигателя, обнаружения утечек и т.п. могут зависеть от параметров горения топлива, чтобы оптимизировать к.п.д. двигателя и выполнить требования экологических норм. Более того, бортовые диагностические средства контроля (мониторы) системы управления двигателем также применяют оценочные значения летучести топлива, например, при контроле и обнаружении утечек в топливной системе. Для оценки летучести топлива обычно используется давление паров по Рейду (ДПР), которое определяется, как манометрическое давление жидкого топлива вместе с объемом воздуха над ним при оговоренной температуре (конкретно, 37,78°С). Величина ДПР является близкой оценкой давления паров, которое является абсолютным давлением.
Однако, зависимость между давлением паров и температурой нелинейная, и поэтому при более высоких температурах два вида топлива с небольшим отличием в ДПР могут иметь существенно разные параметры горения. В результате, даже небольшие ошибки в измерении ДПР могут приводить, например, к снижению к.п.д. двигателя и к ошибочным результатам тестов обнаружения утечек в топливной системе, что тем самым приводит к увеличению токсичных выбросов.
Один способ по меньшей мере частичного решения проблемы измерения ДПР заключается в измерении абсолютного давления паров топлива при текущих рабочих температурах. Если оставить в стороне изменение давления в зависимости от высоты над уровнем моря и расхода, то давление внутри объема одинаково. Давление паров задается самой горячей поверхностью, которая находится в контакте с жидкостью. Разместить датчик температуры в самой горячей точке в топливной системе трудно, поскольку температура меняется в широких пределах, и местоположение самой горячей точки является неопределенным. Кроме того, с топливной системой могут преднамеренно работать при отношении объемов «пар-жидкость» равном нулю, и таким образом давление в топливной системе может всегда быть выше давления паров, что тем самым увеличивает трудность точного измерения давления паров.
Раскрытие изобретения
Существование вышеуказанных проблем признано, и разработаны различные подходы к их решению. В частности, предложены способы системы и способы для измерения давления паров топлива. Согласно одному примеру, способ для транспортного средства содержит: во время запуска двигателя, после того как двигатель находился выключенным в течение по меньшей мере минимального промежутка времени - активное регулирование давления топлива в топливной системе, чтобы обеспечить отношение объемов «пар-жидкость» большее нуля, и затем - запись измеренного давления и температуры топлива в топливной системе. При таком способе может быть точно измерено давление паров топлива при данной температуре при изотермических условиях, что тем самым улучшает точность оценки ДПР. В свою очередь, способы управления, касающиеся впрыска топлива, момента зажигания, и контроля токсичных выбросов, можно обновлять на основе уточненной оценки ДПР, что тем самым увеличивает к.п.д. работы двигателя и снижает токсичные выбросы.
Согласно другому примеру, способ содержит: в ответ на запуск двигателя из холодного состояния - включение топливного насоса в работу в импульсном режиме и определение зависимости давления паров топлива от температуры на основе данных давления и температуры топлива, при этом топливный насос приводят в действие импульсами в ответ на уменьшение объемного к.п.д. насоса непосредственного впрыска. При таком способе может быть точно определена летучесть топлива, и использована для последующего исполнения алгоритмов управления транспортным средством, что тем самым увеличивает к.п.д. работы двигателя и снижает токсичные выбросы.
Согласно другому примеру, топливная система для двигателя содержит: топливный бак, содержащий топливо; топливный насос, расположенный внутри топливного бака, и выполненный с возможностью нагнетания топлива к одной или более топливным форсункам, связанным с двигателем; датчик давления, связанный с топливным каналом; и контроллер, оснащенный инструкциями, записанными в постоянное запоминающее устройство, которые, будучи исполненными, вынуждают контроллер: активно управлять топливным насосом в ответ на включение двигателя, после того как двигатель находился выключенным в течение по меньшей мере минимального промежутка времени; и записывать температуру, измеренную датчиком температуры, и давление, измеренное датчиком давления. Таким образом, могут быть измерены давление топливных паров и температура топлива в самой горячей точке топливной системы, что тем самым обеспечивает более точную оценку летучести топлива.
Вышеуказанные и иные преимущества, а также отличительные признаки настоящего изобретения будут более понятны из последующего подробного описания, взятого отдельно или вместе с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 схематически изображает пример топливной системы, связанной с двигателем.
Фиг. 2 схематически изображает пример топливного насоса непосредственного впрыска, и связанные с ним компоненты, которые входят в систему фиг. 1.
Фиг. 3 представляет графики, иллюстрирующие способ измерения давления паров топлива.
Фиг. 4 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую пример способа измерения давления паров топлива.
Фиг. 5 представляет график, иллюстрирующий пример линейной модели для совокупности результатов измерения давления паров и температуры.
Фиг. 6 изображает семейство графиков, иллюстрирующих во времени пример реализации способа управления фиг. 4
Осуществление изобретения
Настоящее описание касается определения различных свойств топлива в топливной системе. Точнее, предлагаются способы и системы для измерения давления паров топлива после запуска двигателя из холодного состояния. Упрощенная схема примера топливной системы непосредственного впрыска изображена на фиг. 1, в то время как на фиг. 2 представлена подробная схема топливного насоса, соответствующего фиг. 1, и сопутствующие компоненты. Подкачивающий топливный насос можно приводить в действие в импульсном режиме для измерения давления паров, как показано на фиг. 3. На фиг. 4 изображена блок-схема алгоритма, иллюстрирующая способ активного управления подкачивающим топливным насосом в целях измерения давления паров топлива и температуры во время запуска двигателя из холодного состояния. Фиг. 5 изображает, как можно определять состав топлива и ДПР, исходя из данных измерения давления паров топлива и температуры. Наконец, фиг. 6 изображает несколько графиков примера работы подкачивающего топливного насоса.
Что касается терминологии, используемой повсеместно в данном подробном описании, то для топливного насоса более высокого давления или топливного насоса непосредственного впрыска, который подает топливо под давлением к топливной рампе непосредственного впрыска, соединенной с топливными форсунками, может быть использована аббревиатура «насос ВД» (высокого давления) или «насос НВ» (непосредственного впрыска). Аналогично, для насоса более низкого давления (который нагнетает топливо при давлении более низком, чем насос ВД) или топливного подкачивающего насоса, который подает топливо под давлением из топливного бака к насосу ВД, может быть использована аббревиатура «насос НД» (низкого давления). Электромагнитный сливной клапан, на который можно подавать электропитание, чтобы позволить работать запорному клапану, и который можно обесточивать, чтобы открывать запорный клапан (или наоборот), можно помимо других наименований также называть регулятором объема топлива, магнитным соленоидным клапаном и цифровым впускным клапаном.
На фиг. 1 изображена топливная система 150 непосредственного впрыска, связанная с двигателем 110 внутреннего сгорания, который может быть выполнен как часть системы привода транспортного средства (автомобиля). Двигатель 110 внутреннего сгорания может содержать ряд камер сгорания или цилиндров 112. Топливо можно подавать напрямую в цилиндры 112 через форсунки 120 непосредственного впрыска. Как схематически показано стрелками на фиг. 1, двигатель 110 также может на впуске принимать воздух, а на выпуске высвобождать продукты сгорания топлива. Для простоты впускная и выпускная системы на фиг. 1 не показаны. Двигатель 110 может представлять собой ДВС подходящего типа, включая бензиновый или дизельный двигатель. Согласно другим вариантам осуществления, сжигаемое в двигателе топливо может представлять собой другие отдельные типы топлива или смесь различных типов топлива.
Топливо может быть подано в двигатель 110 через форсунки 120 посредством топливной системы 150 непосредственного впрыска. В данном конкретном примере топливная система 150 содержит топливный бак 152 для хранения топлива на борту автомобиля, топливный насос 130 низкого давления (например, топливоподкачивающий насос), топливный насос 140 высокого давления или топливный насос непосредственного впрыска, топливную рампу 158 и различные топливные каналы 154 и 156. В примере, изображенном на фиг. 1, топливный канал 154 переносит топливо от насоса 130 НД к насосу 140 ВД, а топливный канал 156 переносит топливо от насоса 140 ВД к топливной рампе 158. В силу расположения указанных топливных каналов, канал 154 можно называть топливным каналом низкого давления (НД), а канал 156 можно называть топливным каналом высокого давления (ВД). В сущности, топливо в канале 156 может подвергаться большему сжатию, чем топливо в канале 154. Согласно некоторым примерам, топливная система 150 может включать в себя более одного топливного бака, а также дополнительные каналы, клапаны и другие устройства для обеспечения дополнительной функциональности топливной системы 150 непосредственного впрыска.
В представленном на фиг. 1 примере топливная рампа 158 может распределять топливо в каждую из указанного ряда топливных форсунок 120 непосредственного впрыска. Каждая форсунка из ряда топливных форсунок 120 может быть расположена на соответствующем цилиндре 112 двигателя 110, так чтобы при работе топливных форсунок 120 производился непосредственный впрыск топлива в каждый соответствующий цилиндр 112. В ином варианте (или в дополнение к указанным) двигатель 110 может содержать топливные форсунки, расположенные у отверстия или вблизи отверстия впускного канала каждого цилиндра, так что при работе топливных форсунок ввод топлива осуществляется вместе с воздушным зарядом в одно или более впускных отверстий каждого цилиндра. Такая схема топливных форсунок может быть частью системы впрыска топлива во впускной канал, которая может быть включена в топливную систему 150. В рассматриваемом варианте осуществления двигатель 110 содержит четыре цилиндра, которые питаются топливом только путем непосредственного впрыска. Однако, следует понимать, что двигатель может содержать другое число цилиндров, а также сочетание обеих систем ввода топлива - непосредственного впрыска и впрыска во впускной канал.
Топливный насос 130 НД может быть приведен в действие посредством контроллера 170 с целью подачи топлива к насосу 140 ВД через топливный канал 154 НД. Топливный насос 130 НД может иметь такую конструкцию, что его можно называть топливоподкачивающим насосом. Согласно одному примеру, топливный насос 130 НД может включать в себя электрический мотор, при этом приращением давления на насосе и/или объемным расходом через насос можно управлять путем изменения электрического питания, подаваемого на мотор насоса, тем самым увеличивая или уменьшая скорость вращения мотора. Например, когда контроллер 170 уменьшает электрическое питание, подаваемое на насос 130 НД, величина объемного расхода и/или приращение давления на насосе могут быть уменьшены. С другой стороны, величина объемного расхода и/или приращение давления на насосе могут быть увеличены путем увеличения электрического питания, подаваемого на насос 130. Согласно одному примеру, электрическое питание, подаваемое на мотор насоса НД, может быть получено от генератора переменного тока или другого устройства (не показано) на борту автомобиля, которое накапливает электрическую энергию, в соответствии с чем управляющая система, построенная на контроллере 170, может управлять электрической нагрузкой, которая используется для питания насоса НД. Таким образом, изменяя напряжение и/или ток, подаваемые на топливный насос 130 НД, как показывает линия 182, контроллер 170 может регулировать величину расхода и давление топлива, подаваемого на насос 140 ВД, а в конечном счете - на топливную рампу 158.
Топливный насос 130 НД может иметь жидкостную связь с обратным клапаном 104, который может обеспечивать доставку топлива и поддерживать давление в топливной магистрали. Фильтр 106 может иметь жидкостную связь с обратным клапаном 104 через канал 154 НД. Фильтр 106 может удалять мелкие примеси, которые могут содержаться в топливе, и которые потенциально могли бы повреждать компоненты топливной системы. Когда обратный клапан 104 расположен перед фильтром 106 (по ходу движения топлива), согласованность канала 154 НД может быть улучшена, поскольку фильтр может быть физически большим по объему. Кроме того, стравливающий клапан 155 содержит механизм на основе пружины и шарика, который садится на седло и герметично закупоривает канал при определенном перепаде давления, чтобы стравливать топливо для ограничения давления топлива в канале 154. Дроссельный обратный клапан 157 может быть установлен последовательно с дроссельным отверстием 159, чтобы дать возможность воздуху и/или парам топлива вытекать из топливоподкачивающего насоса 130. Как видно из фиг. 1, обратный клапан 104 ориентирован так, чтобы обратное течение топлива из насоса 140 ВД к насосу 130 НД было существенным образом уменьшено (т.е. исключено). Согласно некоторым вариантам осуществления, топливная система 150 может содержать ряд последовательно соединенных обратных клапанов, имеющих жидкостную связь с топливным насосом 130 НД, чтобы еще сильнее препятствовать топливу стекать в обратном направлении в область перед клапанами. В данном контексте, термин «обратное течение» относится к потоку топлива от топливной рампы 158 в направлении насоса 130 НД, в то время как термин «прямое течение» относится к номинальному направлению потока топлива от насоса НД в сторону топливной рампы.
Затем топливо может доставляться от обратного клапана 104 к топливному насосу 140 ВД. Насос 140 ВД может увеличивать давление топлива, полученного от обратного клапана 104, от первого уровня давления, создаваемого топливным насосом 130 НД, до второго уровня давления, который выше первого уровня. Насос 140 ВД может подавать топливо высокого давления к топливной рампе 158 по топливной магистрали (каналу) 156 высокого давления. Регулирование работы насоса 140 ВД может осуществляться исходя из условий работы автомобиля, чтобы обеспечить более эффективную работу топливной системы и двигателя. Компоненты насоса 140 ВД будут рассмотрены более подробно ниже со ссылкой на фиг. 2.
Управление насосом 140 ВД может осуществлять контроллер 170, чтобы подавать топливо в топливную рампу 158 по топливному каналу 156 высокого давления. Согласно одному примеру (который не носит ограничительного характера), в насосе 140 ВД может использоваться клапан управления расходом, электромагнитный «сливной клапан» (СК) или регулятор объема топлива (РОТ), чтобы дать возможность управляющей системе изменять эффективную объемную производительность насоса для каждого хода насоса. Сливной клапан, который более подробно будет рассмотрен согласно фиг. 2, может представлять собой отдельное устройство или может быть частью насоса 140 ВД (например, встроен в насос 140). Насос 140 ВД может приводиться в движение механически от двигателя 110 в отличие от топливного насоса НД (или топливоподкачивающего насоса 130), который приводится в движение от электрического мотора. Поршень насоса 140 ВД может получать механическую энергию от коленчатого вала двигателя или распредвала через кулачок 146. Таким образом, насос 140 ВД может приводиться в действие в соответствии с принципом кулачкового одноцилиндрового насоса. Кроме того, угловое положение кулачка 146 можно измерять (т.е. определять) посредством датчика, который расположен вблизи кулачка 146 и связан с контроллером 170, как показано соединительной линией 185. В частности, датчик может измерять угол кулачка 146 в градусах в интервале от 0 до 360° согласно круговому движению кулачка 146. Хотя на фиг. 1 кулачок 146 изображен снаружи насоса 140 ВД, следует понимать, что кулачок 146 может быть включен в систему насоса 140 ВД.
Как показано на фиг. 1, после топливоподкачивающего насоса 130 расположен датчик 148 давления топлива. В частности, датчик 148 давления топлива может быть расположен в канале 154 низкого давления между топливоподкачивающим насосом 130 и насосом 140 непосредственного впрыска, и его можно называть датчиком давления топливоподкачивающего насоса или датчиком низкого давления. Датчик 148 давления топлива может измерять давление в топливном канале 154 низкого давления. Датчик 148 давления может быть соединен с контроллером 170 по линии 149, и его можно использовать (согласно некоторым примерам, которые будут рассмотрены ниже) для измерения давления паров топлива.
Кроме того, как показано на фиг. 1, после топливоподкачивающего насоса 130 расположен датчик 138 температуры. В частности, датчик 138 температуры может быть расположен в канале 154 низкого давления между топливоподкачивающим насосом 130 и насосом 140 непосредственного впрыска. Датчик 138 температуры топлива может измерять температуру в топливном канале 154 низкого давления. Датчик 138 температуры может быть соединен с контроллером 170 по линии 139, и его можно использовать (согласно некоторым примерам, которые будут рассмотрены ниже) для измерения температуры топлива. Согласно некоторым примерам, датчик 138 температуры может быть расположен перед топливоподкачивающим насосом 130 или после насоса 140 непосредственного впрыска.
Согласно некоторым примерам, насос 140 ВД может работать в качестве топливного датчика 148, чтобы определять уровень испарения топлива. Например, конструкция насоса 140 ВД в виде цилиндра с поршнем образует электрический конденсатор, заполненный жидкостью. Как таковая, конструкция в виде цилиндра с поршнем позволяет насосу 140 ВД служить в качестве емкостного элемента датчика состава топлива. Согласно некоторым примерам, конструкция насоса 140 ВД в виде цилиндра с поршнем может быть самым горячим местом в системе - таким местом, где в первую очередь образуются пары топлива. Согласно такому примеру, насос 140 ВД может быть использован в качестве датчика для обнаружения образования паров топлива, так как образование паров топлива может происходить в конструкции «цилиндр-поршень», прежде чем оно происходит где-либо еще в системе. В рамках идеи настоящего изобретения могут быть возможны и другие конструкции топливных датчиков.
Как показано на фиг. 1, топливная рампа 158 содержит датчик 162 давления в топливной рампе для индикации давления в топливной рампе для контроллера 170. Датчик 164 оборотов двигателя может быть использован для индикации частоты вращения вала двигателя для контроллера 170. Информация об оборотах двигателя может быть использована для определения частоты вращения (оборотов) вала насоса 140 ВД, поскольку насос 140 механически приводится в движение двигателем 110, например, через коленчатый вал или распредвал. Датчик 166 выхлопных газов может быть использован для индикации состава отработавшего газа для контроллера 170. Согласно одному примеру, датчик 166 выхлопных газов может представлять собой универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ). Датчик 166 выхлопных газов может быть использован контроллером 170 в качестве устройства обратной связи для регулирования количества топлива, доставляемого к двигателю 110 посредством форсунок 120. Таким образом, контроллер 170 может поддерживать воздушно-топливное отношение горючей смеси, подаваемой в двигатель, на заданном уровне.
Кроме того, контроллер 170 может принимать прочие сигналы параметров двигателя/отработавшего газа от других датчиков двигателя, такие как: сигнал температуры хладагента двигателя, сигнал оборотов двигателя, сигнал положения дросселя, сигнал абсолютного давления в коллекторе, сигнал температуры устройства снижения токсичности выбросов и т.п. Более того, контроллер 170 может обеспечивать управление с обратной связью на основе сигналов, получаемых от датчика 138 температуры, датчика 148 давления, датчика 162 давления, датчика 164 оборотов двигателя, а также сигналов от других датчиков. Например, контроллер 170 может посылать сигналы для регулирования уровня тока, скорости изменения тока, длительности импульса электромагнитного клапана (СК) насоса 140 ВД, и аналогичные сигналы по линии связи 184 в целях регулирования работы насоса 140 ВД. Также, контроллер 170 может посылать сигналы для регулирования заданного значения давления топлива для регулятора давления топлива и/или количества впрыскиваемого топлива и/или фазы в зависимости от сигналов от датчика 148 давления, датчика 162 давления, датчика 164 оборотов двигателя и подобных сигналов. Повсюду в двигателе 110 и в топливной системе 150 могут быть расположены и другие датчики, не показанные на фиг. 1.
Контроллер 170 может индивидуально включать каждую из форсунок 120 через усилитель (драйвер) 122 впрыска топлива. Контроллер 170, драйвер 122 и другие подходящие контроллеры двигательной системы могут образовывать управляющую систему. Хотя показано, что драйвер 122 является внешним устройством для контроллера 170, согласно другим примерам контроллер 170 может включать в себя драйвер 122, или контроллер 170 может быть выполнен с возможностью обеспечения функционирования драйвера 122. Контроллер 170 в данном конкретном примере представляет собой электронное управляющее устройство, содержащее одно или более устройств 172 ввода/вывода, центральное процессорное устройство 174 (ЦПУ), постоянное запоминающее устройство 176 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 177 (ОЗУ), и энергонезависимое запоминающее устройство 178 (ЭЗУ). В среду хранения ПЗУ 176 могут быть записаны считываемые компьютером данные, представляющие собой неизменные инструкции, которые может исполнять процессор 174 для осуществления способов, которые описаны ниже, а также иных вариантов, возможность существования которых предполагается, но, которые конкретно не рассмотрены. Например, контроллер 170 может содержать записанные в память инструкции для реализации различных алгоритмов управления насосом 140 ВД и насосом 130 НД исходя из данных измерения нескольких условий работы, полученных от вышеупомянутых датчиков.
Как показано на фиг. 1, топливная система 150 непосредственного впрыска представляет собой безвозвратную систему подачи топлива, и она может быть механической безвозвратной системой подачи топлива (МБСПТ) или электрической безвозвратной системой подачи топлива (ЭБСПТ). В случае МБСПТ давлением в топливной рампе можно управлять посредством регулятора давления (стравливающего клапана 155), расположенного в топливном баке 152. В случае ЭБСПТ на топливной рампе 158 может быть установлен датчик 162 давления для измерения давления в топливной рампе; однако, в рассматриваемой системе с разомкнутой обратной связью датчику 162 давления отведена только диагностическая функция, и поэтому вопрос включения данного датчика давления в состав системы оставлен на усмотрение разработчика. Сигнал с датчика 162 давления может быть подан обратно в контроллер 170, который осуществляет управление драйвером 122, при этом драйвер 122 изменяет напряжение на насосе 140 ВД в целях обеспечения надлежащего давления и величины расхода топлива в топливных форсунках.
Хотя на фиг. 1 это и не показано, в других примерах топливная система 150 непосредственного впрыска может содержать возвратную магистраль, посредством которой избыток топлива из двигателя возвращается через регулятор давления топлива в топливный бак 152. Регулятор давления топлива может быть соединен последовательно с возвратной магистралью, чтобы регулировать количество топлива, подаваемое в топливную рампу при заданном давлении. Чтобы регулировать давление топлива на заданном уровне, регулятор давления топлива может возвращать избыток топлива в топливный бак 152 по возвратной магистрали, после того как давление в топливной рампе достигнет заданного уровня. Следует понимать, что действие регулятора давления топлива можно регулировать в целях изменения заданного уровня давления, чтобы приспосабливаться к условиям работы.
На фиг. 2 более подробно изображен насос 140 ВД, показанный на фиг. 1. Насос 140 ВД забирает топливо из канала 154 НД во время хода всасывания и подает топливо в двигатель через канал 156 ВД во время хода нагнетания. Насос 140 ВД содержит впускное отверстие 203 компрессионной камеры, которое имеет жидкостную связь с компрессионной камерой 208, топливо в которую может подаваться посредством топливного насоса 130 НД, как показано на фиг. 1. При прохождении топлива через топливный насос 140 непосредственного впрыска может осуществляться повышение давления топлива и его подача в топливную рампу 158 (и форсунки 120 непосредственного впрыска) через выпускное отверстие 204 насоса. В изображенном примере насос 140 непосредственного впрыска может представлять собой объемный насос с механическим приводом, который содержит поршень 206 со штоком 220, компрессионную камеру 208 и штоковую камеру 218. Канал, который соединяет штоковую камеру 218 с впускным каналом 299 насоса, может содержать аккумулятор 209, при этом указанный канал, охватывая впускной канал 299, дает возможность топливу из штоковой камеры 218 снова поступать в магистраль низкого давления. Аккумулятор 209 может поглощать топливо, возвращаемое из камеры 208 насоса обратно через клапан 212. У поршня 206 также имеется верхний торец 205 и нижний торец 207. Штоковая камера 218 и компрессионная камера 208 могут включать в себя полости, расположенные на противоположных торцах поршня насоса. Согласно одному примеру, контроллер 170 двигателя может быть выполнен с возможностью приведения в движение поршня 206 в насосе 140 непосредственного впрыска путем приведения в движение кулачка 146 за счет вращения коленчатого вала двигателя. Согласно одному примеру, кулачок 146 содержит четыре рабочих выступа и совершает один оборот на каждые два оборота коленчатого вала двигателя.
Впускной канал 299 насоса ВД дает возможность топливу двигаться к сливному клапану 212, расположенному по ходу канала 235. Сливной клапан 212 имеет жидкостную связь с топливным насосом 130 НД и с топливным насосом 140 ВД. Поршень 206 совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз внутри компрессионной камеры 208 во время хода нагнетания/подачи и хода всасывания. Насос 140 ВД совершает ход нагнетания/подачи, когда поршень 206 движется в направлении, при котором объем компрессионной камеры 208 уменьшается. С другой стороны, насос 140 ВД совершает ход всасывания, когда поршень 206 движется в направлении, при котором объем компрессионной камеры 208 увеличивается. После выпускного отверстия 204 компрессионной камеры 208 к последней может быть присоединен выпускной обратный клапан 216 прямого течения. Выпускной обратный клапан 216 открывается, чтобы дать возможность топливу вытекать из выпускного отверстия 204 компрессионной камеры и поступать в топливную рампу 158 только, когда давление на выходе насоса 140 непосредственного впрыска (например, давление на выходе компрессионной камеры) выше давления в топливной рампе. При работе насоса 140 ВД давление топлива в компрессионной камере 208 может возрастать, и при достижении заданного уровня давления топливо может проходить через выпускной клапан 216 в топливную рампу 158. Предохранительный клапан 214 давления может быть расположен так, чтобы ограничивать давление в топливной рампе 158 непосредственного впрыска. В клапане 214 может быть предусмотрено смещение, так чтобы препятствовать движению топлива к топливной рампе 158, но позволять топливу двигаться из топливной рампы 158 в направлении выпускного отверстия 204 насоса, когда давление топлива в топливной рампе превышает заранее установленный уровень (т.е. давление настройки клапана 214).
С впускным отверстием 203 компрессионной камеры может быть связан электромагнитный сливной клапан 212. Как говорилось выше, топливные насосы непосредственного впрыска или насосы ВД, такие как насос 140, могут представлять собой поршневые насосы, которыми управляют, чтобы осуществлять сжатие какой-то доли максимального рабочего объема путем изменения фазы закрытия электромагнитного сливного клапана. В сущности, в зависимости от того, когда на сливной клапан 212 подается питание и когда питание снимается, в топливную рампу 158 непосредственного впрыска и форсунки 120 непосредственного впрыска может быть подано топливо во всем диапазоне долей перекачиваемого объема. В частности, контроллер 170 может посылать сигнал насосу, который может быть промодулирован, чтобы изменить рабочее состояние сливного клапана 212 (например, задать открытое состояние, закрытое состояние или функцию обратного клапана). Модуляция сигнала насоса может заключаться в изменении уровня тока, скорости нарастания тока, длительности импульса, рабочего цикла или другого параметра модуляции. Как говорилось выше, контроллер 170 может быть выполнен с возможностью регулирования расхода топлива через сливной клапан 212 путем подачи питания или снятия питания с электромагнита (в зависимости от конструкции электромагнитного клапана) синхронно с работой приводящего кулачка 146. Соответственно, электромагнитный сливной клапан 212 может быть приведен в действие в двух режимах. В первом режиме на электромагнитный сливной клапан 212 питание не подается (клапан деактивирован или выключен) и клапан находится в открытом состоянии, что позволяет топливу двигаться в обоих направлениях относительно обратного клапана, который входит в состав электромагнитного клапана 212. При этом режиме нагнетания топлива в канал 156 не может происходить, поскольку через выключенный, открытый сливной клапан 212 нагнетание топлива осуществляется в направлении канала 235, а не в направлении выпускного обратного клапана 216.
С другой стороны, во втором режиме на сливной клапан 212 питание подано (клапан включен), и он переведен посредством контроллера 170 в закрытое состояние, так что жидкостная связь через клапан прервана, чтобы ограничить количество топлива, движущегося через электромагнитный сливной клапан 212 в направлении канала 235 (например, исключить такое течение вообще). Во втором режиме сливной клапан 212 может действовать в качестве обратного клапана, который позволяет топливу поступать в камеру 208 при достижении заданного перепада давления на клапане 212, но в сущности не дает топливу двигаться в обратном направлении из камеры 208 в канал 235. В зависимости от моментов времени (фазы) подачи питания и снятия питания со сливного клапана 212 используется данная величина объема насоса, чтобы вытеснить данный объем топлива в топливную рампу 158, что позволяет сливному клапану 212 функционировать в качестве регулятора объема топлива. В сущности, фаза срабатывания электромагнитного клапана 212 может управлять эффективной объемной производительностью насоса. Контроллер 170, изображенный на фиг. 1, включен в фиг. 2 для управления электромагнитным сливным клапаном 212 по линии связи 184. Кроме того, на фиг. 2 показана линия связи 185 для измерения углового положения кулачка 146. В некоторых алгоритмах управления угловое положение (т.е. фаза) кулачка 146 может быть использовано для определения моментов времени открытия и закрытия сливного клапана 212.
В сущности, электромагнитный сливной клапан 212 может быть выполнен с возможностью регулирования массы (объема) топлива, сжимаемого в топливном насосе непосредственного впрыска. Согласно одному примеру, контроллер 170 может регулировать момент закрытия электромагнитного сливного клапана, чтобы регулировать массу сжимаемого топлива. Например, позднее закрытие сливного клапана 212 может уменьшать массу топлива, засосанного в компрессионную камеру 208. Моменты времени закрытия и открытия электромагнитного сливного клапана могут быть координированы относительно фазы хода топливного насоса непосредственного впрыска.
При условиях, когда работа топливного насоса непосредственного впрыска не требуется, контроллер 170 может включать и выключать электромагнитный сливной клапан 212 так, чтобы регулировать поток топлива и давление в компрессионной камере 208, поддерживая давление на уровне ниже давления в топливной рампе во время хода нагнетания (подачи). Управление насосом 140 ВД таким образом может быть отнесено к способам смазки без подачи топлива, (СБПТ). При такой работе в режиме СБПТ, на ходе всасывания давление в компрессионной камере 208 изменяется до давления близкого к уровню давления топливоподкачивающего насоса 130 и несколько ниже давления в топливной рампе. Впоследствии, в конце хода нагнетания (подачи) давление насоса возрастает до уровня близкого к давлению в топливной рампе. Если давление в компрессионной камере (давление накачки) остается ниже давления в топливной рампе, то в результате получается нулевая подача топлива. Когда давление в компрессионной камере оказывается немного ниже давления в топливной рампе, то достигается рабочая точка режима СБПТ. Другими словами, рабочая точка режима СБПТ это максимальное давление в компрессионной камере, которое обеспечивает нулевой расход топлива (т.е. практически никакого топлива не подается в топливную рампу 158). Смазка поверхности сопряжения «поршень-цилиндр» может происходить, когда давление в компрессионной камере 208 превышает давление в штоковой камере 218. Эта разница давлений может также способствовать смазке насоса, когда контроллер 170 выключает электромагнитный сливной клапан 212. Выключение сливного клапана 212 может также снижать шум, создаваемый клапаном 212. Другими словами, даже при том, что на электромагнитный клапан 212 подано питание, если выпускной обратный клапан 216 не открыт, то насос 140 может создавать меньше шума, чем во время действия других алгоритмов работы. Одним результатом такого способа регулирования является то, что в топливной рампе поддерживается давление, зависящее от того, когда на сливной клапан подано питание во время хода подачи топлива. Точнее, осуществляется регулирование давления топлива в компрессионной камере 208 во время хода нагнетания (подачи) топливного насоса 140 непосредственного впрыска. Таким образом, по меньшей мере во время хода нагнетания топливного насоса 140 непосредственного впрыска обеспечивается смазка указанного насоса. Когда насос непосредственного впрыска вступает в фазу хода всасывания, давление топлива в компрессионной камере может быть снижено; при этом все равно какой-то уровень смазывания может быть обеспечен, пока остается разность давлений.
В качестве примера, режим смазки без подачи топлива может быть задан, когда не требуется непосредственный впрыск топлива (т.е. задан контроллером 170). Когда непосредственный впрыск прекращается, необходимо, чтобы давление в топливной рампе 158 оставалось близким к постоянному уровню. Как таковой, сливной клапан 212 может быть выключен и переведен в открытое состояние, чтобы топливо могло свободно входить и выходить из компрессионной камеры 208; и таким образом накачки топлива в топливную рампу 158 не происходит. Постоянное выключенное состояние сливного клапана соответствует 0% объема топлива, запертого поршнем, т.е. нулевому запертому объему или нулевому вытеснению. В то время как отсутствует компрессия топлива, смазка и охлаждение насоса ВД, как таковые могут уменьшаться, что тем самым приводит к износу насоса. Поэтому, в соответствии со способами СБПТ, может быть полезно подавать питание на сливной клапан 212, чтобы нагнетать небольшое количество топлива, когда непосредственный впрыск не требуется. В сущности, работа насоса 140 ВД может быть отрегулирована так, чтобы поддерживать давление на выходе насоса ВД на уровне или ниже уровня давления в топливной рампе 158, чтобы тем самым заставить топливо проходить в область сопряжения «поршень-отверстие цилиндра» насоса ВД. Поддерживая выходное давление насоса ВД на уровне чуть ниже давления в топливной рампе, и не позволяя топливу выходить из выпускного отверстия насоса ВД, можно поддерживать смазку насоса ВД, уменьшая тем самым износ насоса. Такую работу в целом можно называть «смазкой без подачи топлива» (СБПТ).
Следует отметить, что изображенный на фиг. 2 насос 140 ВД представлен в качестве иллюстративного упрощенного примера возможной конструкции насоса ВД. Компоненты, показанные на фиг. 2 могут быть исключены и/или заменены, в то время как дополнительные компоненты, не показанные на фиг. 2, могут быть добавлены в насос 140, и при этом все равно будет сохранена способность насоса подавать топливо высокого давления в топливную рампу непосредственного впрыска. В частности, вышеописанные способы СБПТ могут быть осуществлены в различных конструкциях насоса 140 ВД, и могут не оказывать отрицательного влияния на нормальную работу насоса 140.
В контексте настоящего изобретения, непрерывная работа насоса заключается в подаче по существу постоянного электрического тока (т.е. питания или энергии) в топливоподкачивающий насос 130. С другой стороны, работа насоса в импульсном режиме заключается в подаче тока в топливоподкачивающий насос в течение ограниченного промежутка времени. В данном контексте, такой ограниченный промежуток времени может представлять собой некоторую пороговую величину, например, 0,3 с или иную подходящую величину в зависимости от двигателя и топливных систем. Между импульсами действия насоса в топливоподкачивающий насос не подается по существу никакого тока (т.е. нулевой ток), в силу чего между импульсами действия насоса работа насоса прекращается.
Традиционно способы управления топливоподкачивающим насосом разрабатывают так, чтобы в топливном канале 154 НД поддерживать отношение объемов «пар-жидкость» равным нулю. Другими словами, топливоподкачивающий насос 130 можно приводить в действие так, чтобы препятствовать образованию паров топлива в топливном канале 154 НД. Однако, согласно некоторым примерам, способ управления топливоподкачивающим насосом может заключаться в прерывистой подаче электрического питания на топливоподкачивающий насос 130 фиг. 1, чтобы приводить отношение объемов «пар-жидкость» в топливном канале 154 НД к ненулевой величине. Другими словами, за счет подачи в топливоподкачивающий насос 130 импульсов электрического тока всякий раз, когда выполняются одно или более условий, в топливном канале 154 можно создавать давление, и при этом топливный канал может содержать смесь жидкого топлива и паров топлива. В способе, соответствующем настоящему изобретению, используется выгодная сторона способности обнаружения паров на входе 299 насоса ВД, или обнаружения засасывания паров в компрессионную камеру 208 насоса 140 ВД. В данной точке датчик давления подвергают действию давления близкого давлению паров топлива. Существует множеством способов обнаружения паров. Пример одного способа, который может быть использован, заключается в сравнении количества топлива, которое предписано перекачать, с количеством топлива, которое перекачано фактически. Например, во время запуска двигателя из холодного состояния, когда можно считать, что температура в топливной системе 150 везде одинакова, топливоподкачивающий насос 130 можно приводить в действие импульсами, чтобы намеренно образовать пары топлива на входе 299 насоса ВД. Таким образом, как говорилось выше, могут быть получены результаты измерения давления паров при данной температуре.
На фиг. 3 изображено семейство 300 графиков, иллюстрирующих пример способа для измерения давления паров топлива. В частности, графики 300 относятся к приложению импульса напряжения к топливоподкачивающему насосу, чтобы привести отношение объемов «пар-жидкость» к ненулевой величине. Графики 300 будут описаны ниже соответственно компонентам и системам, изображенным на фиг. 1 и 2, хотя следует понимать, что в рамках идеи и объема настоящего изобретения указанный способ может быть применим и к другим системам.
0
Перед моментом Т топливоподкачивающий насос 130 не получает по существу никакого электрического напряжения (т.е. получает 0 В), что показывает график 310. Давление в топливной магистрали и температура топлива по существу постоянны, что показывают соответственно графики 320 и 330.
0
В момент Т топливоподкачивающий насос получает импульс напряжения, что показывает график 310. Напряжение на топливоподкачивающем насосе может быть порядка 7-15 В в зависимости от температуры топлива, которая показана на графике 330.
0
1
Импульс напряжения на топливоподкачивающем насосе длится от момента Т до момента T, как показывает график 310. Напряжение 310 питает топливоподкачивающий насос 130, который нагнетает топливо из топливного бака 152 в топливный канал 154 НД. Топливный канал 154 НД оказывается под давлением, когда подкачивающий насос 130 нагнетает в него топливо, что показывает график 320 давления в топливной магистрали. Точнее, как только возрастает напряжение на топливоподкачивающем насосе, имеет место соответствующий рост давления на выходе насоса.
1
1
В момент T импульс напряжения на топливоподкачивающем насосе заканчивается и напряжение на входе топливоподкачивающего насоса 130 возвращается к нулю, что показывает график 310. В результате после момента T давление в топливной магистрали снижается, как показывает график 320. Скорость изменения давления в топливной магистрали может зависеть от согласованности топливного канала 154 НД.
1
2
2
Между моментами T и Т на топливоподкачивающий насос 130 не поступает по существу никакого напряжения (т.е. приходит 0 В), что показывает график 310. В отсутствии напряжения на входе топливоподкачивающего насоса, давление в топливной магистрали снижается, пока в момент Т указанное давление не достигнет давления паров, что показывает график 320. Как показывает график 330, температура топлива остается по существу постоянной несмотря на увеличение давления в топливной магистрали.
2
2
В момент Т контроллер 170 может записать давление в топливной магистрали, измеренное датчиком 148 давления, которое показано графиком 320. Это записанное давление может представлять собой давление паров при данной температуре, а именно, при температуре в момент Т, которую показывает график 330, и которая измерена датчиком 138 температуры. Таким образом может быть получена затребованная пара величин - давления паров и температуры.
На фиг. 4 изображена блок-схема алгоритма 400, иллюстрирующая пример реализации способа для измерения давления паров и температуры, соответствующего настоящему изобретению. В частности, алгоритм 400 относится к измерению давления паров и температуры после запуска двигателя из холодного состояния в ответ на обнаружение паров топлива в топливной системе. Алгоритм 400 будет описан ниже в отношении компонентов и систем, изображенных на фиг. 1 и 2, хотя следует понимать, что в рамках идеи и объема настоящего изобретения способ может быть применен и к другим системам. Алгоритм 400 может быть исполнен контроллером 170, и может быть записан с виде исполняемых инструкций в ПЗУ.
Алгоритм 400 начинает работу на шаге 405. На шаге 405 алгоритм 400 оценивает рабочие условия (параметры). К числу рабочих параметров, помимо других возможных, могут относиться: давление в топливной системе, температура топлива, время, прошедшее после выключения зажигания, рабочее состояние двигателя, температура хладагента двигателя, нагрузка двигателя и т.п. Рабочие параметры могут быть измерены посредством одного или более датчиков, связанных с контроллером 170, или могут быть оценены или рассчитаны на основе располагаемых данных.
На шаге 410 производится проверка, происходит ли запуск двигателя из холодного состояния. Проверка факта запуска двигателя из холодного состояния может заключаться, например, в определении того, имел ли место запуск двигателя 110, и если да, то выполнены ли условия запуска из холодного состояния. Например, двигатель выключен, когда в двигателе не происходит горения топлива и отсутствует вращение вала двигателя (т.е. имеют место нулевые обороты). Определение факта запуска двигателя 110 может заключаться, например, в определении того, была ли нажата кнопка включения/выключения или был ввод аналогичной команды от оператора (например, повернут ключ зажигания), в то время как автомобиль находился в выключенном режиме. Если начать этот процесс, когда температура топлива низкая, и продолжать, по мере того как температура топлива естественным образом увеличивается вместе с увеличением рабочей температуры, то можно получить точки данных в требуемом диапазоне температур.
Согласно одному примеру, определение факта выполнения условий запуска из холодного состояния может заключаться в определении того, сколько времени прошло с момента выключения зажигания. Например, если время, прошедшее после выключения зажигания, превышает пороговое время, то можно считать, что для двигателя 110 и топливной системы 150 выполнены условия холодного запуска. Условия запуска из холодного состояния могут заключаться в том, что одна или более температур в системе находятся ниже одной или более пороговых температур. В сущности, согласно другому примеру, проверка выполнения условий холодного запуска может заключаться в проверке, находится ли одна или более температур системы ниже одной или более пороговых температур. Например, тот факт, что температура хладагента двигателя (ТХД) находится ниже пороговой температуры, может указывать на то, что двигатель 100 еще не прогрелся и не вышел за пределы холодного состояния, в то время как тот факт, что температура топлива находится ниже пороговой температуры, может указывать на то, что топливная система 150 еще не прогрелась за счет работы двигателя. Согласно некоторым примерам, определение факта выполнения условий запуска из холодного состояния может заключаться в определении того, что все температуры системы лежат ниже одного и того же порога, совместно с определением времени, прошедшем после последнего выключения зажигания.
Если холодный запуск двигателя не имеет места, то алгоритм 400 переходит к шагу 415. На шаге 415 алгоритм 400 сохраняет рабочие условия, например, условия, которые оценивались на шаге 405. Затем алгоритм 400 завершает работу.
Однако, если происходит запуск двигателя из холодного состояния, то алгоритм 400 переходит к шагу 420. На шаге 420 алгоритм 400 включает топливоподкачивающий насос в импульсном режиме для создания давления в топливном канале 154 НД и на входе 299 насоса ВД. Импульсное питание топливоподкачивающего насоса 130 (а не непрерывное питание) может привести в движение жидкое топливо в топливном канале 154 НД, и тем самым создать дополнительное количество паров топлива. В результате, давление в топливной магистрали может быть увеличено, в то время как температура в топливной системе останется одинаковой во всей топливной системе 150, как было описано ранее в отношении фиг. 3. Таким образом, отношение объемов «пар-жидкость» в топливной системе 150, которое традиционно поддерживают на нуле, можно привести к ненулевому значению.
Количество топлива, доставляемое в двигатель 110 во время запуска из холодного состояния, может быть больше количества топлива, доставляемого в двигатель 110 при нормальных рабочих условиях. Вследствие этого импульсное питание топливоподкачивающего насоса 130 может быть основано на температуре, например, температуре топливной системы, температуре двигателя и/или наружной температуре. Например, продолжительность импульсного питания, подаваемого на топливоподкачивающий насос 130, может быть меньше для более низких рабочих температур, и больше для более высоких наружных температур. Кроме того, коэффициент заполнения импульсов, питающих топливоподкачивающий насос 130, может зависеть от той же температуры. Например, во время запуска двигателя из холодного состояния в двигатель можно подавать больше топлива по сравнению с нормальными рабочими условиями, и поэтому коэффициент заполнения импульсов может быть увеличен для более низких рабочих температур, так чтобы при поступлении импульсов в топливоподкачивающий насос 130 в двигатель доставлялось больше топлива.
На шаге 425, при обнаружении паров топлива на входе 299 насоса ВД алгоритм 400 производит запись измеренного давления в топливной магистрали и температуры топлива. Согласно одному примеру, обнаружение паров топлива на входе 299 насоса ВД может заключаться в обнаружении падения объемного к.п.д. насоса 140 ВД. Согласно другому примеру, обнаружение паров топлива на входе 299 насоса ВД может заключаться в обнаружении падения пульсаций давления в топливном канале 154 НД, измеряемых датчиком 148 давления. Как говорилось выше в отношении фиг. 3, давление в топливной магистрали, измеренное датчиком 148 давления при обнаружении паров топлива, может представлять собой давление паров. Таким образом, может быть произведено измерение давления паров при данной температуре.
При наступлении условий запуска двигателя из холодного состояния топливная система 150 может находиться в тепловом равновесии, при котором температура одинакова во всей топливной системе. Кроме того, вначале после холодного запуска условия в топливной системе 150 можно считать изотермическими. Таким образом, можно полагать, что измеренные давление в топливной системе и температура являются постоянными и одинаковыми во всей топливной системе 150. Вследствие этого, измерение температуры топлива может заключаться в измерении температуры автомобильной системы в месте ином, нежели топливный канал 154 НД, включая, помимо других возможных, температуру на выходе турбины (ТВТ), ТХД, температуру воздушного заряда (ТВЗ), температуру заряда в коллекторе (ТЗК), температуру заряда в дросселе (ТЗД), температуру головки цилиндров (ТГЦ), температуру наружного воздуха (ТНВ), температуру масла двигателя (ТМТ), температуру в топливной рампе (ТТР) и т.п. Однако, согласно некоторым примерам, топливная система 150 может не обладать тепловой однородностью. В таких примерах, поскольку давление паров задается самой горячей точкой в топливной системе 150, под которой обычно понимают вход 299 насоса ВД, температуру, зарегистрированную датчиком 138 температуры в топливном канале 154 НД, можно измерять и связывать с записанным давлением паров.
После записи давления в топливной магистрали и температуры топлива алгоритм 400 переходит к шагу 430. На шаге 430 алгоритм 400 включает топливоподкачивающий насос 130 в импульсном режиме, чтобы восстановить давление в топливной магистрали.
На шаге 435 производится проверка, превышает ли температура топлива пороговую температуру. Данный порог может быть выбран так, чтобы температура топлива выше пороговой указывала на то, что двигатель 110 достиг нормальных рабочих условий (т.е. уже не находится в условиях холодного запуска). Если температура топлива ниже пороговой, то алгоритм возвращается к шагу 425, чтобы получить дополнительную затребованную пару значений давления паров и температуры. Во время прогрева двигателя температура топлива постепенно увеличивается, и затребованные пары значений давления паров и температуры можно получать при каждом кольцевом проходе по шагам 425 и 430, пока двигатель не будет полностью прогрет.
Если температура топлива выше пороговой, то алгоритм 400 переходит к шагу 440. На шаге 440 на основе записанных результатов измерения давления в топливной магистрали и температуры топлива алгоритм 400 определяет давление паров по Рейду (ДПР). Величина ДПР определяется, как давление паров топлива при оговоренной температуре (конкретно, 37,78°С).
Согласно некоторым примерам, величину ДПР можно определять непосредственно из данных измерения давления паров при определенной температуре, например, полученных на шаге 425, если давление паров измерять при температуре 37,78°С. Согласно другим примерам, определение ДПР может содержать вычисление постоянных в уравнениях Антуана или Августа на основе записанных результатов измерения давления в топливной магистрали и температуры топлива. Например, давление паров топлива может быть выражено в виде уравнения Антуана следующим образом:
Где р давление пара, T - температура, а А, В, С - постоянные, которые характеризуют конкретное рассматриваемое топливо.
Уравнение Августа - это упрощенная форма уравнения Антуана, которая получается, если положить С равным нулю, или:
В качестве иллюстрирующего примера фиг. 5 изображает график 500 примера результатов измерений давления паров и температуры, полученных с использование приемов, которые рассматриваются в данном описании. В частности, график 500 это построенный график зависимости логарифма давления, как обратной функции температуры. Точнее, график 500 содержит массив экспериментальных точек 507 и линейную модель 515 экспериментальных точек 507. Экспериментальные точки 507 представляют собой затребованные пары значений давления паров и температуры, полученные, например, на шаге 425. Линейная модель 515 может быть получена, например, путем использования метода линейной регрессии, такого как метод наименьших квадратов. Постоянные А и В в уравнении Августа могут быть определены из наклона и смещения линейной модели 515. Таким образом, контроллер 170 может обработать экспериментальные точки 507 методом линейной регрессии, чтобы определить параметры А и В для уравнения Августа. Затем, на основе постоянных А и В контроллер 170 может определить ДПР, используя, например, таблицу соответствия, которая хранится в ПЗУ. Таким образом, может быть осуществлена экстраполяция или интерполяция ДПР на основе данных измерения давления паров и температуры.
Если вернуться к фиг. 4, то после определения ДПР алгоритм 400 переходит к шагу 445. На шаге 445 алгоритм 400 на основе записанных данных измерения давления в топливной магистрали и температуры топлива производит определение состава топлива. В частности, состав топлива может быть определен из параметров А и В уравнения Августа, поскольку эти параметры характеризуют топливо, включая и его состав. Таким образом, по данным измерения давления паров и температуры может быть определено содержание этанола в топливе.
На шаге 450 алгоритм 400 обновляет один или более рабочих параметров на основе найденного ДПР и состава топлива. Управляющие процедуры, которые исполняются после этого, и которые зависят от знания давления паров топлива и состава топлива, могут использовать полученные значения для оптимизации управления транспортным средством. Например, процедуры управления удалением паров топлива (продувкой поглотителя) могут использовать полученное значение летучести топлива (т.е. ДПР), чтобы регулировать интенсивность продувки. Согласно другому примеру, процедуры управления впрыском топлива могут использовать полученное значение ДПР для регулирования количества впрыскиваемого топлива. Способы управления воздушно-топливным отношением и способы управления моментом зажигания могут дополнительно зависеть от содержания этанола (т.е. состава топлива), поскольку присутствие этанола благоприятно для уменьшения запаздывания искры при высоких нагрузках и непосредственном впрыске бензина. На этом алгоритм 400 завершает работу.
На фиг. 6 изображены временные диаграммы 600 измерения давления паров топлива и температуры при использовании рассмотренного выше способа, соответствующего фиг. 4. Диаграммы содержат график 605, показывающий время после выключения зажигания. Линия 607 представляет пороговое время после выключения ключа зажигания. Временные диаграммы 600 также содержат график 610, указывающий состояние двигателя во времени; график 615, указывающий температуру топлива во времени; график 620, указывающий изменение во времени напряжения на топливоподкачивающем насосе; и график 625, указывающий изменение во времени давления в топливной магистрали.
0
t
t
t
В момент Т двигатель выключен, что показывает график 610. Таким образом время, прошедшее с момента выключения зажигания, возрастает в направлении порога T, что показывает график 605 и линия 607. Согласно одному варианту осуществления, временной порог T, представленный линией 607, может представлять промежуток времени с момента выключения зажигания для всей автомобильной системы, включая топливную систему, чтобы в указанных системах установились изотермические условия. Таким образом, можно определить, что двигатель находится в условиях холодного запуска, если время, прошедшее после выключения зажигания, превышает пороговое время T. Согласно другому варианту осуществления, для определения факта запуска двигателя из холодного состояния может быть проведено оценивание одной или более температур автомобильной системы, например, температуры хладагента двигателя и/или температуры топливной системы.
1
t
В момент T состояние двигателя меняется от выключенного к включенному, что показывает график 610. Как показывает график 605, время с момента выключения зажигания превышает пороговое время T, представленное линией 607, что указывает на факт запуска двигателя из холодного состояния. В ответ на включение двигателя счетчик времени, прошедшего после выключения зажигания, сбрасывается в 0.
1
В ответ на наличие условий запуска двигателя из холодного состояния, после момента T контроллер 170 осуществляет управление топливоподкачивающим насосом 130, используя метод импульсного управления, который был описан выше согласно фиг. 4. В частности, напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос 130, состоит из серии коротких импульсов, как показывает график 620. Во время действия каждого импульса напряжения давление в топливной магистрали (т.е. давление, измеряемое датчиком 148 в топливном канале НД) увеличивается, как показывает график 625. Температура топлива (т.е. температура, измеряемая датчиком 138 в топливном канале НД) постепенно увеличивается по мере прогрева двигателя, что показывает график 615. Как показывают графики 620 и 615, в зависимости от температуры топлива напряжение на топливоподкачивающем насосе с каждым импульсом может увеличиваться.
Согласно примеру осуществления настоящего изобретения, вводится понятие предельного цикла, в котором происходит обнаружение паров топлива, и на топливоподкачивающий насос подаются импульсы, чтобы устранить пары топлива. Сокращение предельного цикла приводит с увеличению частоты передачи данных. Предельный цикл сокращают, делая импульсы питания топливоподкачивающего насоса короткими по длительности или малыми по напряжению. С другой стороны, топливная система может питать импульсами топливоподкачивающий насос с целью увеличения давления топливоподкачивающего насоса до уровня близкого к точке стравливания (которая задается стравливающим клапаном 155), чтобы минимизировать число предельных циклов.
Контроллер 170 может записывать значения давления в топливной магистрали и соответствующей температуры топлива перед подачей каждого импульса напряжения на топливоподкачивающий насос, поскольку давление в топливной магистрали соответствует давлению паров при соответствующей температуре топлива, о чем шла речь выше. Эта совокупность полученных результатов замеров давления паров и температуры может затем быть использована для определения летучести топлива и/или состава топлива, как это было рассмотрено выше. В конечном счете температура топлива достигает порога (не показан), после чего подача импульсов напряжения на топливоподкачивающий насос может быть прекращена (график 620), в то время как для управления работой топливоподкачивающего насоса могут быть использованы обычные способы управления.
Как уже было сказано, согласно одному примеру осуществления изобретения, предлагается способ для управления работой транспортного средства при помощи контроллера в комбинации с различными датчиками и исполнительными органами, также другими компонентами транспортного средства, содержащий: во время запуска двигателя после того как последний находился в выключенном состоянии в течение по меньшей мере минимального промежутка времени - активное управление давлением топлива в топливной системе в целях обеспечения отношения объемов «пар-жидкость» большего нуля, и затем запись измеренного давления и температуры топлива в топливной системе.
Согласно одному примеру, данный способ содержит осуществления активного управления только после того, как двигатель находился в выключенном состоянии в течение по меньшей мере минимального промежутка времени, в противном случае осуществление активного управления давлением топлива и последующая запись давления не предусмотрено.
Согласно одному примеру, активное управление давлением топлива содержит приведение в действие топливного насоса в импульсном режиме. Согласно некоторым примерам, указанный топливный насос представляет собой топливоподкачивающий насос, или топливный насос низкого давления.
Согласно другому примеру, запись измеренного давления и температуры топлива осуществляют в ответ на обнаружение паров топлива. Например, обнаружение паров топлива заключается в обнаружении уменьшения объемного к.п.д. топливного насоса. Согласно другому примеру, обнаружение паров топлива заключается в обнаружении уменьшения пульсаций давления в топливной магистрали вблизи топливного насоса, например, пульсаций, измеренных датчиком давления в топливном канале НД. Согласно некоторым примерам, способ дополнительно содержит активное управление давлением топлива после записи, и в ответ на измеренные значения давления и температуры топлива. Данный способ позволяет получать, и, поэтому, может содержать построение кривой зависимости давления паров от температуры. Точки данных давления пара снимают во всем диапазоне температур топлива. Температура топлива может быть либо измерена, либо получена расчетом. Поскольку указанная совокупность данных может быть неудобной для обработки, данные могут быть приведены к двухпараметрической характеристике подстановкой данных в уравнение Августа. В некоторых целях может быть полезным дополнительно редуцировать данные, при водя просто к однопараметрической характеристике: давлению паров по Рейду, ДПР, при 37,78°С.
Согласно одному примеру, способ дополнительно содержит определение летучести топлива на основе записанных значений давления и температуры топлива, и регулирование работы двигателя посредством контроллера во время последующих актов горения на основе установленной летучести топлива. Согласно другому примеру, способ дополнительно содержит определение состава топлива на основе записанных значений давления и температуры топлива, и регулирование работы двигателя посредством контроллера во время последующих актов горения на основе установленного состава топлива.
В силу действия условий холодного запуска двигателя, во время запуска из холодного состояния можно считать, что температура во всем транспортном средстве практически одинакова. При этих условиях неопределенность температуры минимальна. Кроме того, во время прогрева двигателя можно считать, что транспортное средство и в частности топливная система находятся в изотермических условиях. Таким образом, температура самой горячей точки контакта с топливом, и следовательно - температура, которая задает давление пара, может быть измерена в месте (или рассчитана для места), которое не зависит от близости к самой горячей точке контакта с топливом. Таким образом, согласно некоторым примерам, запись измеренной температуры топлива представляет собой запись по меньшей мере одной из температур системы: температуры топливной системы, температуры на выходе турбины, температуры хладагента двигателя, температуры воздушного заряда, температуры заряда в коллекторе, температуры заряда в дросселе, температуры головки цилиндров, температуры наружного воздуха, температуры масла двигателя и температуры в топливной рампе.
Кроме того, как говорилось выше, согласно другому варианту осуществления изобретения, топливная система для двигателя содержит: топливный бак, содержащий топливо, топливный насос, расположенный внутри топливного бака, и выполненный с возможностью нагнетания топлива к одной или более топливным форсункам, связанным с двигателем, датчик температуры, связанный с топливным каналом, соединяющим топливный насос с одной или более топливными форсунками, и датчик давления, связанный с топливным каналом. Система дополнительно содержит контроллер, оснащенный инструкциями, которые хранятся в постоянном запоминающем устройстве, которые, будучи исполненными, вынуждают контроллер осуществлять активное управление давлением топлива в топливном канале во время запуска двигателя после того, как двигатель находился в выключенном состоянии в течение по меньшей мере минимального промежутка времени, и осуществлять запись температуры, измеренной датчиком температуры, и давления, измеренного датчиком давления.
Согласно одному примеру, активное управление давлением топлива заключается в приведении топливного насоса в действие в импульсном режиме, чтобы вывести давление топлива на уровень, обеспечивающий отношение объемов «пар-жидкость» большее нуля. Согласно некоторым примерам, топливный насос приводят в действие в импульсном режиме в ответ на обнаружение паров топлива. Согласно одному примеру, обнаружение паров топлива заключается в обнаружении уменьшения объемного к.п.д. топливного насоса. Согласно другому примеру, обнаружение паров топлива заключается в обнаружении уменьшения пульсаций давления в топливном канале НД.
Согласно другому примеру, контроллер дополнительно оснащен инструкциями, которые, будучи исполненными, вынуждают контроллер вычислять летучесть топлива на основе записанной температуры и записанного давления. Согласно еще одному примеру, контроллер дополнительно оснащен инструкциями, которые, будучи исполненными, вынуждают контроллер определять состав топлива на основе записанной температуры и записанного давления. Согласно другому примеру, контроллер дополнительно оснащен инструкциями, которые, будучи исполненными, вынуждают контроллер обновлять одну или более управляющих процедур на основе записанной температуры и записанного давления.
Как уже было сказано, согласно еще одному варианту осуществления изобретения, способ содержит приведение в действие топливного насоса и импульсном режиме в ответ на факт запуска двигателя из холодного состояния, и определение зависимости давления паров топлива от температуры на основе давления и температуры топлива, при этом топливный насос приводят в действие с импульсном режиме в ответ на уменьшение объемного к.п.д. насоса ВД. Согласно одному примеру, продолжительность импульсного питания топливного насоса зависит от температуры, измеренной перед приведением топливного наоса в действие в импульсном режиме. Способ дополнительно содержит посредством контроллера двигателя - регулирование во время горения в двигателе впрыска топлива в двигатель на основе выявленной зависимости давления паров топлива от температуры; при этом контроллер двигателя далее приводит топливный насос в действие в импульсном режиме, и содержит инструкции для определения зависимости давления паров топлива от температуры на основе измеренных значений давления и температуры топлива.
Согласно одному примеру, коэффициент заполнения импульсов питания топливного насоса регулируют на основе температуры, измеренной непосредственно перед подачей импульсов. Согласно другому примеру, способ дополнительно содержит определение летучести топлива на основе давления и температуры топлива. Способ дополнительно содержит посредством контроллера двигателя - коррекцию одного или более способов управления двигателем в зависимости от летучести топлива.
Согласно одному примеру, запуск двигателя из холодного состояния заключается во включении двигателя, после того как двигатель находился в выключенном состоянии на протяжении по меньшей мере минимального промежутка времени. Согласно другому примеру, запуск двигателя из холодного состояния заключается во включении двигателя, когда двигатель и топливная система находятся в тепловом равновесии, причем их температура ниже пороговой температуры.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти, и могут быть реализованы посредством управляющей системы, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными органами и прочими аппаратными устройствами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемых событиями, управляемых прерываниями, многозадачных, многопотоковых и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема от идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.