СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ХОЛОДНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD AND SYSTEM FOR COLD START OF ENGINE

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для уменьшения выбросов при холодном пуске.
Уровень техники и раскрытие изобретения
2
В связи с ростом цен на традиционные топлива были разработаны альтернативные топлива для снижения зависимости от импортного топлива и снижения образования загрязнителей, например, СO. Например, спиртовые и спиртосодержащие смешанные топлива были признаны выгодной альтернативой, в частности - для применения в автотранспортных средствах. При этом, спиртовые, спиртосодержащие топлива и бензин обладают меньшей летучестью, чем дизельное топливо, в связи с чем может не происходить их эффективное испарение при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях холодного пуска. Для обеспечения желаемого воздушно-топливного отношения при сгорании, во время холодного пуска можно подавать большее количество топлива. Неполное парообразование спиртовых и спиртосодержащих топлив может снизить экономию топлива и ухудшить качество выбросов.
Предложен ряд решений для увеличения парообразования топлива во время холодного пуска. В одном примере, раскрытом Самэдзима (Samejima) в документе JP 2009002314А, регулируют частоту прокручивания коленчатого вала двигателя. В частности, применяют более высокую частоту прокручивания коленчатого вала двигателя при высокой концентрации спирта во впрыскиваемом топливе и низкой температуре окружающей среды. В другом примере решений, раскрытом Куроки (Kuroki) в документе JP 2008232007, при наличии проблемы с парообразованием топлива повышают частоту вращения стартера. В дополнительном примере, раскрытом Улри (Ulrey) с соавторами в документе US 9,346,451, раскрыт способ прокручивания коленчатого вала двигателя без подачи топлива с частотой ниже нормальной с возможностью передачи тепла, вырабатываемого при такте сжатия в цилиндре, стенкам цилиндра и, тем самым, ускорения прогрева двигателя.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких решений. В решениях, раскрытых Самэдзима и Куроки, частоту вращения стартера повышают для быстрого снижения давления во впускном коллекторе, поскольку более низкое давление способствует парообразованию топлива. При этом быстрое снижение давления в коллекторе за счет повышения частоты вращения стартера также уменьшает располагаемое время для образования паров топлива. Как следствие, может быть трудно оптимизировать частоту вращения стартера с учетом и давления в коллекторе, и спиртосодержания топлива. Повышенная частота прокручивания при пуске двигателя также может привести к колебаниям горения в двигателе. Для поддержания устойчивости горения может быть нужно, чтобы количество перешедшего в пар топлива было оптимальным. Неполное парообразование топлива также может стать причиной событий пропуска зажигания в цилиндре. Согласно решению, раскрытом Улри с соавторами, двигатель прокручивают без подачи топлива при относительно низкой частоте прокручивания, поэтому при начале подачи топлива может оказаться, что времени для парообразования смешанных топлив с относительно высоким спиртосодержанием до начала сгорания недостаточно. При впрыске большего количества топлива для обеспечения наличия желаемого количества перешедшего в пар топлива во время сгорания, часть неперешедшего в пар топлива может образовывать пленки на стенках камеры сгорания. Возможен выброс данного неперешедшего в пар топлива в атмосферу вместе с отработавшими газами и, тем самым, увеличение выбросов несгоревших углеводородов (НУВ) и твердых частиц (ТЧ). В состояниях холодного пуска, работоспособность каталитического нейтрализатора отработавших газов может не быть оптимальной, в связи с чем уменьшение им выбросов НУВ и оксидов азота может не быть эффективным. Кроме того, увеличение количества подаваемого топлива может отрицательно повлиять на топливную экономичность.
В одном примере вышеуказанные недостатки позволяет преодолеть способ для двигателя, в котором: при холодном пуске, если точка кипения топлива ниже пороговой, прокручивают коленчатый вал двигателя посредством стартера с первой частотой прокручивания с одновременным впрыском топлива в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя начиная с первого рабочего цикла двигателя, и, если точка кипения топлива выше пороговой, прокручивают коленчатый вал двигателя со второй частотой прокручивания с одновременным впрыском топлива и блокированием подачи искры в течение указанного числа рабочих циклов двигателя начиная с первого рабочего цикла двигателя. Таким образом, прокручивание коленчатого вала двигателя посредством стартера с более низкой частотой прокручивания без увеличения количества подаваемого топлива обеспечивает достаточное количество времени для образования паров топлива и создания однородной топливовоздушной смеси.
В качестве одного примера, в состояниях холодного пуска для прокручивания коленчатого вала двигателя можно привести в действие стартер. Частота прокручивания может быть снижена относительно номинальной, при этом в двигатель впрыскивают топливо. Снижение частоты прокручивания можно регулировать в зависимости от точки кипения топлива, при этом частоту прокручивания снижают тем больше, чем выше точка кипения топлива. Для топлив с точкой кипения выше пороговой, в дополнение к снижению частоты прокручивания и впрыску топлива, можно блокировать подачу искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя. Число рабочих циклов двигателя и частоту прокручивания можно выбирать в зависимости от точки кипения впрыскиваемого топлива и температуры окружающей среды так, чтобы относительно большая часть топлива могла перейти в пар к моменту разблокирования подачи искры. Например, частоту прокручивания можно снизить до 150 об./мин, и подавать в двигатель топливо без искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя (например, первых двух рабочих циклов двигателя с начала пуска двигателя). В последующем рабочем цикле двигателя (например, третьем рабочем цикле двигателя с начала пуска двигателя), частоту прокручивания можно повысить, например, до 250 об./мин, и возобновить подачу искры. Кроме того, для дополнительного улучшения парообразования топлив с точкой кипения выше пороговой время впрыска топлива можно отрегулировать для его продления вплоть до события подачи искры. Например, окончание времени впрыска топлива можно перенести с нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска на верхнюю мертвую точку (ВМТ) такта сжатия.
Таким образом, снижение частоты прокручивания до уровня ниже номинальной обеспечивает больший временной интервал для парообразования топлива. Применение относительно низкой частоты прокручивания коленчатого вала двигателя также позволяет уменьшить колебания частоты вращения двигателя. Технический эффект, достигаемый увеличением парообразования топлива за счет снижения частоты прокручивания до уровня ниже номинальной, состоит в возможности впрыска меньшего суммарного количества топлива для получения желаемого количества перешедшего в пар топлива и, тем самым, уменьшения количества неперешедшего в пар топлива, сбрасываемого в атмосферу, и улучшения качества выбросов. Уменьшение количества впрыскиваемого топлива позволяет улучшить топливную экономичность. При применении топлив с относительной высокой точкой кипения, отключение подачи искры до тех пор, пока не пройдет определенное число циклов прокручивания коленчатого вала двигателя с подачей топлива, состоит в возможности обеспечения наличия в каждом цилиндре перешедшего в пар топлива и улучшения устойчивости горения после того, как будет включена подача искры после накопления оптимального количества заранее перешедшего в пар топлива. Улучшение устойчивости горения позволяет сократить возникновение событий пропуска зажигания и возникающие при этом выбросы несгоревших углеводородов при пусках двигателя. Повышение частоты прокручивания по прошествии указанного числа рабочих циклов двигателя позволяет достичь желаемого давления во впускном коллекторе и, тем самым, облегчить сгорание. Регулирование частоты прокручивания, профиля впрыска топлива и числа циклов без зажигания в зависимости от точки кипения топлива позволяет оптимизировать парообразование любой разновидности бензинового или спиртового топлива. В целом, повышение степени парообразования спиртового топлива позволяет повысить эксплуатационные показатели двигателя, экономию топлива и качество выбросов.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 изображает пример осуществления системы двигателя, содержащей стартер.
ФИГ. 2 изображает блок-схему, иллюстрирующую пример способа с возможностью реализации для увеличения парообразования топлива в состояниях холодного пуска.
ФИГ. 3 изображает пример изменения температуры заряда воздуха и точки кипения топлива при изменении частоты прокручивания.
ФИГ. 4 изображает пример диаграммы положений поршня относительно положения двигателя для отдельно взятого цилиндра двигателя во время прокручивания.
ФИГ. 5 изображает пример диаграммы времени впрыска, момента зажигания и частоты прокручивания для отдельно взятого цилиндра двигателя во время прокручивания для увеличения парообразования топлива.
ФИГ. 6А изображает первый статистический пример устойчивости горения при первом событии зажигания при первой частоте прокручивания.
ФИГ. 6В изображает второй статистический пример устойчивости горения при первом событии зажигания при второй частоте прокручивания.
ФИГ. 6С изображает третий статистический пример устойчивости горения при первом событии зажигания при третьей частоте прокручивания.
ФИГ. 7 изображает блок-схему, иллюстрирующую пример способа с возможностью реализации для улучшения соблюдения норм выбросов в состояниях холодного пуска.
ФИГ. 8 изображает блок-схему, иллюстрирующую пример способа с возможностью реализации для улучшения соблюдения норм выбросов в состояниях холодного пуска для топлив с относительно высокой точкой кипения.
ФИГ. 9 изображает пример диаграммы времени впрыска, моментов зажигания и частоты прокручивания для отдельно взятого цилиндра двигателя для улучшения качества выбросов.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для увеличения парообразования топлива при прокручивании коленчатого вала двигателя в состоянии холодного пуска. Пример осуществления системы двигателя, содержащей стартер, систему зажигания и топливную систему, раскрыт на ФИГ. 1. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритмов управления, например - алгоритмов на ФИГ. 2, 7 и 8, для регулирования частоты прокручивания, впрыска топлива и начала подачи искры для увеличения парообразования топлива и улучшения качества выбросов в состояниях холодного пуска. Изменения температуры заряда воздуха и точки кипения топлива из-за изменения частоты прокручивания в состояниях холодного пуска представлены на ФИГ. 3. ФИГ. 4, 5 и 9 изображают регулировки графика подачи топлива, момента зажигания и частоты прокручивания в состояниях холодного пуска для улучшения парообразования топлива и качества выбросов. График подачи топлива, момент зажигания и частоту прокручивания можно регулировать в зависимости от содержания спирта (например, этанола) в топливе для улучшения устойчивости горения и качества выбросов с одновременным уменьшением возникновения пропусков зажигания при пуске двигателя. ФИГ. 6А-6С изображают статистические примеры устойчивости горения при первом событии зажигания и возникновения пропусков зажигания при разных частотах прокручивания.
ФИГ. 1 представляет собой принципиальную схему, изображающую один из цилиндров многоцилиндрового двигателя 10, могущего входить в состав движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно по меньшей мере частично управлять с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя 132 через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, для обеспечения пуска (прокручивания коленчатого вала) двигателя 10, с коленчатым валом 140 может быть соединен стартер 190 через маховик.
Всасываемый воздух может поступать в цилиндр 30 по ряду воздухозаборных каналов 142, 144 и 146. Воздухозаборный канал 146 выполнен с возможностью сообщения и с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления один или более заборных каналов могут содержать устройство наддува, например, турбонагнетатель или механический нагнетатель. Например, на ФИГ. 1 изображен двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, расположенный между заборными каналами 142 и 144, и газовую турбину 176, расположенную вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере, частично приводить в действие газовая турбина 176 посредством вала 180, если устройство наддува выполнено как турбонагнетатель. Однако в других примерах, где двигатель 10 выполнен с механическим нагнетателем, газовая турбина 176 может необязательно отсутствовать, а компрессор 174 может быть выполнен с механическим приводом от мотора или двигателя. Дроссель 20 с дроссельной заслонкой 164 может быть расположен вдоль какого-либо заборного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как на ФИГ. 1, или выше по потоку от компрессора 174.
В выпускной канал 148 могут поступать отработавшие газы и из других цилиндров двигателя 10 помимо цилиндра 30. В одном примере, в выпускной канал 148 могут поступать отработавшие газы из всех цилиндров двигателя 10. При этом, в некоторых вариантах, как подробнее раскрыто на ФИГ. 2, возможно направление отработавших газов из одного или нескольких цилиндров в первый выпускной канал и направление отработавших газов из одного или нескольких других (остальных) цилиндров во второй, другой, выпускной канал, при этом указанные разные выпускные каналы сходятся в один ниже по потоку у устройства снижения токсичности выбросов или за ним. Датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 можно выбрать из числа подходящих для определения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например: линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (как показано на фигуре), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), накопитель оксидов азота, устройство снижения токсичности выбросов какого-либо иного типа или их комбинацию.
Температуру отработавших газов можно оценивать посредством одного или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. Или же температуру отработавших газов можно выводить их таких параметров работы двигателя, как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.п. Температуру отработавших газов также можно вычислять с помощью одного или более датчиков 128 отработавших газов. Следует понимать, что, в качестве альтернативы, температуру отработавших газов можно оценивать посредством любой комбинации указанных в настоящем описании способов оценки температуры.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 30 показан содержащим по меньшей мере один подъемный впускной клапан 150 и по меньшей мере один подъемный выпускной клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 30. В некоторых вариантах любой цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 30, может содержать по меньшей мере два подъемных впускных клапана и по меньшей мере два подъемных выпускных клапана в верхней области цилиндра.
Впускным клапаном 150 может управлять контроллер 12 посредством системы 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, выпускным клапаном 156 может управлять контроллер 12 посредством системы 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может содержать один или более кулачков с возможностью применения одной или более из следующих систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для регулирования работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно определять с помощью датчиков 155 и 157 положения соответственно. В других вариантах впускной клапан и/или выпускной клапан могут быть электроприводными. Например, цилиндр 30 может содержать электроприводной впускной клапан и выпускной клапан с кулачковым приводом с системами ППК и/или ИФКР, или наоборот. В других вариантах впускные и выпускные клапаны могут иметь общий привод или систему привода, или привод или систему привода с возможностью изменения фаз газораспределения.
Двигатель 10 также может содержать систему рециркуляции отработавших газов (РОГ) для направления части отработавших газов из выпускного канала 148 во впускной коллектор 144. На ФИГ. 1 показана система РОГ низкого давления (РОГ НД), однако другой вариант может содержать только систему РОГ высокого давления (РОГ ВД) или системы и РОГ НД, и РОГ ВД в какой-либо комбинации. Газы РОГ НД направляют по каналу 149 РОГ НД из области ниже по потоку от турбины 176 в область выше по потоку от компрессора 174. Количество газов РОГ НД, подаваемых во впускной коллектор 144, может регулировать контроллер 12 посредством клапана 152 РОГ НД. Система РОГ НД может содержать охладитель 158 РОГ НД для отбора тепла из газов РОГ и его передачи охлаждающей жидкости двигателя, например. Например, один или более датчиков 159 могут быть расположены в канале 149 РОГ НД с возможностью указания давления, и/или температуры, и/или воздушно-топливного отношения отработавших газов рециркуляции по каналу РОГ НД. При наличии, система РОГ ВД может направлять газы РОГ ВД по выделенному каналу РОГ ВД (не показан) из области выше по потоку от турбины 176 в область ниже по потоку от компрессора 174 (и выше по потоку от впускного дросселя 20) через охладитель РОГ ВД. Количество газов РОГ ВД, подаваемых во впускной коллектор 144, может изменять контроллер 12 посредством клапана РОГ ВД (не показан).
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для воспламенения. Система 192 зажигания выполнена с возможностью подачи искры зажигания в камеру 30 сгорания с помощью свечи 192 зажигания по сигналу опережения зажигания (03) от контроллера 12 в определенных режимах работы. В частности, по сигналу зажигания от контроллера, система 192 зажигания может приложить высоковольтное смещение к свече 192 зажигания для определения ионизации. Высоковольтное смещение может быть приложено в зазоре между электродами свечи и до накопления энергии катушкой зажигания.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 30 показан содержащим одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала ДИВТ, полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 168. Так топливная форсунка 166 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск топлива (далее именуемый «НВ») в цилиндр 30 сгорания. Хотя на ФИГ. 1 форсунка 166 показана расположенной сбоку от цилиндра, она также может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Такое расположение может способствовать лучшему смешиванию и сгоранию при работе двигателя на спиртосодержащем топливе из-за пониженной летучести некоторых спиртосодержащих топлив. Или же форсунка может быть расположена над впускным клапаном или рядом с ним для улучшения смешивания. Следует понимать, что в другом варианте форсунка 166 может представлять собой форсунку впрыска во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30.
Следует понимать, что в дополнительных вариантах двигатель можно эксплуатировать, впрыскивая смешанное топливо переменного состава или жидкость для борьбы с детонацией/преждевременным воспламенением посредством двух форсунок (форсунки 166 непосредственного впрыска и форсунки впрыска во впускной канал) и изменяя относительное количество, впрыскиваемое каждой из форсунок.
Топливо может поступать в топливную форсунку 166 из топливной системы 80 высокого давления, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. Или же топливо может подавать одноступенчатый топливный насос под относительно низким давлением, при этом момент непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченным во время такта сжатия, чем при применении топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут содержать преобразователь давления с возможностью направления сигнала контроллеру 12.
Форсунка (форсунки) может подавать топливо в цилиндр во время одного и того же рабочего цикла цилиндра. Кроме того, распределение долей и/или относительное количество топлива, впрыскиваемого каждой из форсунок, могут быть разными в зависимости от параметров работы. Например, указанное распределение может зависеть от темпа изменения заряда воздуха в цилиндр, характера события аномального сгорания в цилиндре (например, имеет ли место событие пропуска зажигания в цилиндре, событие детонации или событие преждевременного воспламенения). Кроме того, для одного события сгорания можно выполнить несколько впрысков топлива за рабочий цикл. Эти несколько впрысков можно выполнить во время такта сжатия, такта впуска или во время и того, и другого в какой-либо подходящей комбинации.
Как сказано выше, на ФИГ. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.п.
Топливные баки в топливной системе 80 выполнены с возможностью содержать топлива или жидкости для борьбы с детонацией/преждевременным воспламенением с разными свойствами, например, разными составами. В число различий могут входить: разное спиртосодержание, разное содержание воды, разное октановое число, разная теплота парообразования, разные составы смешанного топлива и/или комбинации этих различий, и т.п. В одном примере, в число топлив или жидкостей для борьбы с детонацией/преждевременным воспламенением с разным спиртосодержанием могут входить одно топливо, представляющее собой бензин, и другое топливо, представляющее собой этанол или метанол. В другом примере двигатель может работать на бензине в качестве первого вещества и спиртосодержащем смешанном топливе, например, Е10 (состоящем приблизительно на 10% из этанола и на 90% из бензина) или Е100 (состоящем приблизительно на 100% из этанола), в качестве второго вещества. Другие спиртосодержащие топлива могу представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина и т.п. В еще одном примере одна из жидкостей может содержать воду, а другая жидкость может представлять собой бензин или спиртовую смесь. Кроме того, в число различий первого и второго топлив могут входить: температура, вязкость, октановое число, скрытая теплота парообразования и т.п. Содержание спирта в топливе можно оценивать по входному сигналу от датчика содержания спирта, соединенного с топливной системой 80.
Бензиновые, спиртовые и спиртосодержащие смешанные топлива могут иметь относительно высокие точки кипения, в связи с чем может не происходить их эффективное испарение при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях холодного пуска. Неполное парообразование таких спиртовых и спиртосодержащих смешанных топлив может увеличить выбросы несгоревших углеводородов через выхлопную трубу и снизить экономию топлива. Кроме того, пониженное парообразование топлива может отрицательно повлиять на устойчивость горения и стать причиной пропусков зажигания при пусках двигателя. Как подробно раскрыто в настоящем описании, контроллер двигателя может улучшить парообразование топлива, качество выбросов и степень легкости пуска двигателя на бензиновых и спиртовых топливах путем снижения частоты прокручивания и регулирования графика подачи топлива и искры на определенное число рабочих циклов двигателя с первого рабочего цикла двигателя со времени пуска двигателя.
В одном примере, при первом холодном пуске двигателя на бензиновом или спиртовом топливе, двигатель можно прокручивать посредством стартера 190 с частотой прокручивания, сниженной относительно номинальной, с разблокированной подачей искры и разблокированной подачей топлива в цилиндры во время такта впуска. При первом холодном пуске впрыск топлива можно начать после достижения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска рабочего цикла двигателя и после закрытия впускного клапана и завершить при достижении нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска. Прокручивание коленчатого вала двигателя при относительно низкой частоте прокручивания позволяет продлить время, располагаемое для парообразования топлива (время для парообразования), в течение которого температура заряда воздуха выше точки кипения топлива.
В другом примере, при втором холодном пуске двигателя на спиртовом топливе двигатель можно прокручивать посредством стартера 190 со сниженной частотой прокручивания с разблокированной подачей искры и продлением подачи топлива в цилиндры с такта впуска на такт сжатия. В еще одном примере, при третьем холодном пуске двигателя на спиртовом топливе двигатель можно прокручивать посредством стартера 190 со сниженной частотой прокручивания с заблокированной подачей искры и сжатием и расширением впрыснутого топлива в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя, а затем, по завершении указанного числа рабочих циклов двигателя, можно начать подачу искры. И при втором, и при третьем холодных пусках впрыск топлива можно начать после достижения НМТ такта впуска и завершить при достижении ВМТ такта сжатия. Продление подачи топлива на такт сжатия позволяет увеличить количество топлива, впрыснутого и перешедшего в пар до начала подачи искры. Число рабочих циклов двигателя, в течение которых подача искры блокирована, может зависеть от спиртосодержания впрыскиваемого топлива и температуры заряда воздуха. Число рабочих циклов двигателя может быть тем больше, чем выше спиртосодержание и чем ниже температура заряда воздуха. Это обеспечивает возможность перехода в пар большего количества спиртового топлива в холодных состояниях. Число рабочих циклов двигателя может быть тем меньше, чем ниже спиртосодержание и чем выше температура заряда воздуха. Как только двигатель достигнет частоты холостого хода, работу стартера 190 можно прекратить.
При первом, втором и третьем холодных пусках, спиртосодержание впрыскиваемого топлива и/или температура заряда воздуха могут отличаться друг от друга. По существу, спиртосодержание впрыскиваемого топлива при третьем холодном пуске может быть выше спиртосодержания впрыскиваемого топлива при втором холодном пуске, а спиртосодержание впрыскиваемого топлива при втором холодном пуске может быть ниже спиртосодержания впрыскиваемого топлива при первом холодном пуске. Точно также, температура заряда воздуха при третьем холодном пуске может быть ниже температуры заряда воздуха при втором холодном пуске, а температура заряда воздуха при втором холодном пуске может быть ниже температуры заряда воздуха при первом холодном пуске. В связи с более высоким спиртосодержаним впрыскиваемого топлива и/или более низкой температурой заряда воздуха при третьем холодном пуске, в дополнение к снижению частоты прокручивания и продлению подачи топлива (увеличению количества подаваемого топлива), можно блокировать подачу искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя для увеличения парообразования топлива (до сгорания) и устойчивости горения. Способ регулирования частоты прокручивания коленчатого вала двигателя, подачи топлива и начала подачи искры в состояниях холодного пуска подробно раскрыт на примере ФИГ. 2.
Двигатель 10 может также содержать один или более датчиков детонации, акселерометров, датчиков вибрации или датчиков внутрицилиндрового давления для измерений вибраций блока цилиндров двигателя, например, связанных с детонаций или преждевременным воспламенением. Кроме того, с помощью указанных акселерометров, датчиков вибрации, датчиков внутрицилиндрового давления и датчика 120 ускорения коленчатого вала можно определять событие пропуска зажигания в цилиндре, например, событие пропуска зажигания в цилиндре из-за неполного парообразования топлива до подачи искры.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 106, порты 108 ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере показанный в виде однокристального постоянного запоминающего устройства 110, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114 и шину данных. Помимо сигналов, речь о которых шла выше, контроллер 12 может принимать разнообразные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, в том числе: массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 116 температуры, соединенного с рубашкой 118 охлаждения; профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 124, температуры заряда в коллекторе (ТЗК) от датчика 145 температуры; ВТО цилиндра от ДКОГ 128, аномального сгорания от датчика детонации и датчика ускорения коленчатого вала; и содержания спирта в топливе от датчика содержания спирта, соединенного с топливной системой. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе (ДВК) от датчика давления в коллекторе может служить показанием разрежения или давления во впускном коллекторе. Прочие датчики, например, датчики давления в цилиндрах, датчики детонации и/или датчики преждевременного воспламенения могут быть соединены с двигателем 10 (например, с корпусом двигателя) с возможностью содействия в выявлении событий аномального сгорания. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1 и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и в соответствии с инструкциями в памяти контроллера. В одном примере, при пуске двигателя, из входного сигнала от датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя и/или датчика 145 температуры заряда в коллекторе контроллер 12 может сделать вывод о наличии состояния холодного пуска и привести в действие стартер 190 для прокручивания коленчатого вала двигателя с частотой ниже номинальной. В состоянии холодного пуска, контроллер 12 также может направить сигнал системе 192 зажигания и топливной системе 80 приостановить подачу искры до завершения некоторого числа рабочих циклов двигателя с одновременным продолжением подачи топлива. В носитель информации - постоянное запоминающее устройство 110 - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции с возможностью исполнения их процессорным устройством 106 для выполнения раскрытых ниже способов, а также других предусмотренных, но конкретно не перечисленных, вариантов.
Таким образом, на ФИГ. 1 предложена система транспортного средства, содержащая: стартер; двигатель, содержащий впускной коллектор, множество цилиндров, и выпускной коллектор; датчик температуры отработавших газов, соединенный с выпускным коллектором; датчик температуры заряда воздуха, соединенный с впускным коллектором; датчик положения коленчатого вала, соединенный с коленчатым валом; топливную систему, содержащую одну или более топливных форсунок, соединенных с указанным множеством цилиндров; систему зажигания, содержащую одну или более свечей зажигания, соединенных с указанным множеством цилиндров; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: при наличии состояния холодного пуска двигателя, приведения в действие стартера для прокручивания коленчатого вала двигателя с частотой прокручивания ниже номинальной, приведения в действие топливных форсунок для впрыска топлива, начиная после достижения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска до достижения ВМТ такта сжатия, и отключения подачи искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя после пуска двигателя; и, по завершении указанного числа рабочих циклов двигателя, приведения в действие стартера для прокручивания коленчатого вала двигателя с номинальной частотой прокручивания, продолжения подачи топлива начиная с достижения ВМТ такта впуска до достижения ВМТ такта сжатия, приведения в действие свечи зажигания для начала подачи искры при достижении ВМТ такта сжатия до тех пор, пока не будет достигнута частота холостого хода двигателя.
ФИГ. 2 иллюстрирует пример способа 200 с возможностью реализации для увеличения парообразования топлива при пуске двигателя в состояниях холодного пуска. Инструкции для осуществления способа 200 и остальных раскрытых в настоящем описании способов может исполнять контроллер в соответствии с инструкциями, сохраненными в памяти контроллера, и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
На шаге 202 алгоритма оценивают и/или измеряют параметры работы двигателя. В число оцениваемых параметров могут, например, входить: водительский запрос, температура двигателя, нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура отработавших газов, температура заряда воздуха, параметры окружающей среды, в том числе - температура, давление и влажность окружающей среды, давление и температура в коллекторе, давление наддува, воздушно-топливное отношение отработавших газов и т.п. Контроллер также может определить октановое число или спиртовое число топлива, подлежащего впрыску в цилиндры при прокручивании коленчатого вала двигателя. Например, можно использовать спиртовое смешанное топливо и определять содержание спирта (например, этанола) в топливе, так как от процентной доли спирта в смешанном топливе зависит точка кипения топлива. Например, можно применять Е10 (10% этанола, 90% бензина), Е85 (85% этанола, 15% бензина), Е100 (100% этанола) в качестве смешанных топлив. Или же в топливной системе транспортного средства можно использовать чистый бензин (без добавления какого-либо спирта). Точку кипения топлива можно определять как функцию от спиртосодержания топлива. Так как летучесть бензиновых и спиртосодержащих смешанных топлив ниже, чем у дизельного топлива, может не происходить переход в пар всего объема впрыснутого топлива при прокручивании коленчатого вала двигателя с номинальной частотой в состояниях холодного пуска. Точка кипения топлива также может зависеть от октанового числа топлива. В одном примере точка кипения топлива может быть тем выше точки кипения топлива с номинальным октановым числом (например, бензинового топлива без добавления какого-либо спирта), чем выше октановое число или спиртосодержание. Все топливо или его часть может перейти в пар, когда температура заряда воздуха (или внутрицилиндровая температура) превысит точку кипения топлива. Переход топлива в пар может происходить в пределах временного интервала для парообразования до подачи искры, когда внутрицилиндровая температура (заряда воздуха) выше точки кипения топлива.
На шаге 204 алгоритм предусматривает получение подтверждения состояния холодного пуска двигателя. Состояние холодного пуска двигателя может быть подтверждено, если двигатель запускают после длительного периода бездействия двигателя, когда температура двигателя ниже порога (например, ниже температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов), и когда температура окружающей среды ниже порога.
Если состояния холодного пуска двигателя будут подтверждены, на шаге 206 контроллер может направить сигнал приводу, соединенному со стартером (например, стартером 190 на ФИГ. 1), для прокручивания коленчатого вала двигателя за счет энергии от стартера. На шаге 208 частота прокручивания коленчатого вала двигателя в первом рабочем цикле двигателя с пуска двигателя и в течение некоторого числа циклов после него может быть снижена от номинальной частоты прокручивания коленчатого вала двигателя. В одном примере номинальная частота прокручивания может составлять 250 об./мин, а сниженная частота прокручивания в состояниях холодного пуска - 150 об./мин. В связи с более низкой частотой прокручивания, время между положениями поршня, соответствующими нижней мертвой точке (НМТ) и верхней мертвой точке (ВМТ) такта сжатия, может возрасти. Поэтому может возрасти время для парообразования, когда температура заряда воздуха выше точки кипения топлива, в связи с чем возрастает временной интервал для перехода топлива в пар до момента подачи искры при достижении ВМТ (в конце такта сжатия). Благодаря более длительному временному интервалу для парообразования, может возрасти степень парообразования топлива до подачи искры. Степень снижения частоты прокручивания относительно номинальной можно регулировать в зависимости от температуры заряда воздуха, точки кипения топлива или спиртосодержания топлива. Точка кипения топлива может быть пропорциональна спиртосодержанию топлива, при этом точка кипения тем выше, чем выше спиртосодержание. В одном примере степень снижения частоты прокручивания может быть тем ниже (частота прокручивания ближе к номинальной), чем выше температура заряда воздуха и/или чем ниже спиртосодержание топлива. В другом примере степень снижения может быть тем выше (частота прокручивания снижена в большей степени относительно номинальной), чем ниже температура заряда воздуха и/или чем выше спиртосодержание топлива. Величина снижения частоты прокручивания в степени, зависящей от спиртосодержания топлива, может быть отлична от степени снижения частоты прокручивания в зависимости от температуры заряда воздуха. В одном примере частоту прокручивания можно снизить на большую величину в связи с возрастанием спиртосодержания топлива, чем в связи с падением температуры заряда воздуха.
Например, контроллер может задать управляющий сигнал для направления приводу стартера, например, сигнал, соответствующий желаемой частоте вращения стартера, при этом сигнал задают в зависимости от температуры заряда воздуха и спиртосодержания топлива. Контроллер может определять частоту прокручивания путем, непосредственно учитывающим определенные температуру заряда воздуха и спиртосодержание топлива. Или же контроллер может определять частоту прокручивания путем вычисления по табулированной зависимости, входными параметрами которой являются температура заряда воздуха и спиртосодержание топлива, а результатом - желаемая частота прокручивания (частота вращения стартера) или желаемое снижение частоты прокручивания относительно стандартной/номинальной частоты прокручивания. В качестве другого примера, контроллер может выполнить логическое определение (например, частоты прокручивания) на основе логических формул, представляющих собой первую функцию от температуры заряда воздуха и вторую, другую, функцию от спиртосодержания топлива. Далее контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый приводу стартера.
На шаге 210, во время прокручивания коленчатого вала двигателя с частотой ниже номинальной, можно начать подачу топлива. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью регулирования профиля впрыска подаваемого в цилиндр топлива при холодном пуске двигателя во время прокручивания коленчатого вала двигателя. При прокручивании коленчатого вала двигателя с номинальной частотой окончание времени впрыска может иметь место при достижении нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска. При снижении частоты прокручивания относительно номинальной и впрыске того же количества топлива с тем же расходом (что и при впрыске во время прокручивания с номинальной частотой), возможен временной разрыв между окончанием времени впрыска и НМТ такта впуска. Подачу топлива можно продолжить во время этого временного разрыва, а также во время такта сжатия. По существу, окончание времени впрыска топлива можно регулировать так, чтобы оно совпадало с подачей искры при достижении верхней мертвой точки (ВМТ) такта сжатия. По существу, подачу топлива можно начать после достижения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска рабочего цикла двигателя и после закрытия впускного клапана, чтобы начался нагрев всасываемого заряда из-за сжатия, и завершить при достижении ВМТ такта сжатия.
Продолжение впрыска топлива вплоть до достижения ВМТ такта сжатия обеспечивает возможность впрыска и перехода в пар большего количества топлива. Подачу искры можно блокировать в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя с одновременным продолжением подачи топлива. Начало подачи искры по прошествии некоторого числа циклов прокручивания коленчатого вала двигателя обеспечивает возможность наличия некоторого количества заранее перешедшего в пар топлива для сгорания и, тем самым, улучшение устойчивости горения. Кроме того, сжатие и расширение топлива во время тактов в двигателе без подачи искры обеспечивает возможность перехода в пар большего количества топлива и нагрева стенок цилиндров. Тепло, вырабатываемое во время такта сжатия в цилиндре, может непосредственно нагревать стенки цилиндра, что улучшает устойчивость предстоящих событий сгорания и качество выбросов.
На шаге 212 алгоритма определяют, превышает ли число рабочих циклов двигателя с подачей топлива, но без зажигания, с пуска двигателя (включая первый рабочий цикл двигателя с пуска двигателя) пороговое число. Пороговое число рабочих циклов двигателя без зажигания можно выбрать в зависимости от спиртосодержания впрыскиваемого топлива и температуры заряда воздуха так, чтобы относительно большая часть топлива могла перейти в пар к моменту разблокирования подачи искры. Например, пороговое число циклов без зажигания можно увеличивать по мере того, как возрастает спиртосодержание топлива и/или падает температура заряда воздуха, при этом пороговое число циклов можно уменьшать по мере того, как падает спиртосодержание топлива и/или возрастает температура заряда воздуха. По существу, указанное число циклов (когда подача искры заблокирована, а подача топлива разблокирована), зависящее от спиртосодержания топлива, может быть отлично от числа циклов без зажигания, зависящего от температуры заряда воздуха. В одном примере увеличение числа циклов без зажигания в связи с возрастанием спиртосодержания топлива может быть больше, чем увеличение в связи с падением температуры заряда воздуха.
Например, контроллер может задать управляющий сигнал для направления свече зажигания, например, сигнал, соответствующий желаемому времени для возобновления подачи искры, при этом сигнал задают в зависимости от температуры заряда воздуха и спиртосодержания топлива. Контроллер может определять время разблокирования подачи искры путем, непосредственно учитывающим определенную температуру заряда воздуха и спиртосодержание топлива. Или же контроллер может определять время разблокирования подачи искры путем вычисления по табулированной зависимости, входными параметрами которой являются температура заряда воздуха и спиртосодержание топлива, а результатом - желаемое время для возобновления подачи искры. В качестве другого примера, контроллер может выполнить логическое определение (например, в отношении возобновления подачи искры) на основе логических формул, представляющих собой первую функцию от температуры заряда воздуха и вторую, другую, функцию от спиртосодержания топлива. Далее контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый приводу свечи зажигания.
Если будет определено, что число завершенных циклов без зажигания меньше порогового, на шаге 214 можно продолжить прокручивание с указанной относительно низкой частотой с одновременным продолжением подачи топлива (при этом подача топлива продлена на такт сжатия) и продолжением блокирования подачи искры.
Если будет определено, что было завершено пороговое число циклов без зажигания с первого рабочего цикла двигателя после пуска двигателя, на шаге 216 можно разблокировать подачу искры. Например, можно возобновить подачу искры при достижении ВМТ такта сжатия. В одном примере, по завершении указанного числа рабочих циклов двигателя двигатель можно прокручивать посредством стартера с более высокой частотой прокручивания с разблокированным впрыском топлива и разблокированной подачей искры. Указанная более высокая частота прокручивания может быть не выше номинальной частоты прокручивания, с которой можно осуществлять пуск двигателя из горячих состояний. Повышение частоты прокручивания по завершении указанного числа рабочих циклов двигателя позволяет снизить давление во впускном коллекторе и осуществлять сгорание в цилиндре с более высокой степенью перехода топлива в пар до начала подачи искры. В другом примере, по завершении указанного числа рабочих циклов двигателя, можно продолжить прокручивание коленчатого вала двигателя посредством стартера с частотой прокручивания ниже номинальной с разблокированным впрыском топлива и разблокированной подачей искры.
На шаге 218 можно отрегулировать время впрыска топлива так, чтобы продолжить его вплоть до момента зажигания. Например, окончание времени впрыска топлива можно перенести со времени достижения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска на время достижения верхней мертвой точки (ВМТ) такта сжатия. Это позволяет осуществить впрыск большего количества топлива в цилиндр до подачи искры и, тем самым, повысить парообразование топлива. После повышения частоты прокручивания и начала подачи искры, в течение по меньшей мере первого рабочего цикла двигателя после возобновления подачи искры можно регулировать длительность импульса впрыска топлива в зависимости от среднего времени для парообразования топлива (от которого зависит количество перешедшего в пар топлива) за предыдущее число рабочих циклов двигателя без зажигания. В одном примере длительность импульса впрыска топлива в первом цикле, в котором возобновлена подача искры, может быть тем меньше, чем больше количество топлива, перешедшего в пар за предыдущее число рабочих циклов двигателя. По существу, при наличии относительно большого количества заранее перешедшего в пар топлива во время начала подачи искры, график будущей подачи топлива можно отрегулировать для уменьшения общего количества топлива, впрыскиваемого во время последующих событий впрыска. Например, время для парообразования можно оценивать в зависимости от частоты вращения двигателя и спиртосодержания топлива, а начало впрыска и длительность импульса впрыска топлива можно регулировать в зависимости от времени для парообразования так, чтобы обеспечить переход в пар оптимального количества топлива для сгорания.
По существу, прокручивание коленчатого вала двигателя со сниженной частотой прокручивания с подачей топлива в двигатель в течение указанного числа рабочих циклов двигателя с заблокированной подачей искры осуществляют для улучшения парообразования спиртового топлива, что уменьшает возникновение событий пропуска зажигания. При этом, если пропуск зажигания все-таки происходит, прокручивание коленчатого вала двигателя можно дополнительно отрегулировать. События пропуска зажигания можно выявлять по входным сигналам от датчика положения (ускорения) коленчатого вала.
ФИГ. 6А изображает первый статистический пример 602 устойчивости горения при первом событии зажигания при первой частоте прокручивания 250 об./мин. В данном примере представлены 26 имитированных пусков двигателя в состояниях холодного пуска с применением частоты прокручивания 250 об./мин. По оси х представлен счет числа пусков двигателя (первое событие зажигания) для отдельно взятого цилиндра. Ось у представляет индикаторное среднее эффективное давление (ИСЭД), отражающее среднее давление в цилиндре при каждом пуске двигателя. ИСЭД ниже порогового может стать причиной неустойчивости горения и пропусков зажигания в двигателе. Среднеквадратичное отклонение ИСЭД (СКО_ИСЭД) вычислено с учетом ИСЭД во время каждого из 26 имитированных пусков двигателя. СКО_ИСЭД является показателем устойчивости горения, при этом чем выше значение среднеквадратичного отклонения, тем выше вероятность пропусков зажигания в двигателе. В данном примере СКО_ИСЭД составляет 1.24, что указывает на относительно высокую вероятность события пропуска зажигания.
ФИГ. 6В изображает второй статистический пример 604 устойчивости горения при первом событии зажигания при второй частоте прокручивания 200 об./мин. В данном примере представлены 26 имитированных пусков двигателя в состояниях холодного пуска с применением частоты прокручивания 200 об./мин. По оси х представлен счет числа пусков двигателя (первое событие зажигания) для отдельно взятого цилиндра, а ось у представляет индикаторное среднее эффективное давление (ИСЭД) при каждом пуске двигателя. В данном примере показатель устойчивости горения - СКО_ИСЭД - составляет 0.77. Более низкое по сравнению с примером 602 СКО_ИСЭД в примере 604 указывает на то, что эксплуатация двигателя при более низкой частоте прокручивания при холодном пуске улучшает устойчивость горения и снижает вероятность события пропуска зажигания.
ФИГ. 6С изображает второй статистический пример 606 устойчивости горения при первом событии зажигания при третьей частоте прокручивания 150 об./мин. Как и в примерах 602 и 604, в данном примере представлены 26 имитированных пусков двигателя в состояниях холодного пуска с применением частоты прокручивания 150 об./мин. По оси х представлен счет числа пусков двигателя (первое событие зажигания) для отдельно взятого цилиндра, а ось у представляет индикаторное среднее эффективное давление (ИСЭД) при каждом пуске двигателя. В данном примере 606 показатель устойчивости горения СКО_ИСЭД составляет 0.43, что указывает на более низкую вероятность события пропуска зажигания по сравнению со значениями СКО_ИСЭД в примерах 602 и 604. Таким образом, эксплуатация двигателя при относительно низкой частоте прокручивания в состояниях холодного пуска позволяет повысить устойчивость горения и снизить вероятность возникновения событий пропуска зажигания. Улучшение устойчивости горения при относительно низких частотах прокручивания может быть обусловлено более длительным временным интервалом для парообразования топлива до начала сгорания. Кроме того, снижение вероятности возникновения событий пропуска зажигания в состояниях холодного пуска позволяет сократить выбросы несгоревших углеводородов (НУВ) по сравнению с пуском двигателя при относительно высокой частоте прокручивания. В одном примере, для каких-либо отдельно взятых значений спиртосодержания топлива и температуры заряда воздуха в состоянии холодного пуска, контроллер может прокручивать двигатель посредством стартера с частотой прокручивания, сниженной относительно номинальной, с разблокированной подачей искры и разблокированной подачей топлива в цилиндры во время такта впуска. При этом, при возникновении в двигателе событий пропуска зажигания из-за неполного парообразования топлива, при последующих пусках двигателя с по существу аналогичными спиртосодержанием топлива и температурой заряда воздуха, например, последующих пусках двигателя в том же цикле езды, контроллер может прокручивать двигатель посредством стартера с частотой прокручивания, сниженной относительно номинальной, с разблокированной подачей искры и с подачей топлива в цилиндр, продленной с такта впуска на такт сжатия. Если улучшение устойчивости горения не происходит, и события пропуска зажигания продолжают возникать, при последующих пусках двигателя с по существу аналогичными спиртосодержанием топлива и температурой заряда воздуха, в дополнение к прокручиванию коленчатого вала двигателя при относительно низкой частоте и продлению подачи топлива на такт сжатия, контроллер также может блокировать подачу искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя для увеличения парообразования топлива до первого события сгорания, тем самым повышая устойчивость горения.
На шаге 220 алгоритма определяют, выполнено ли прокручивание коленчатого вала двигателя. По существу, как только двигатель достигнет частоты вращения холостого хода, прокручивание посредством стартера может быть не нужно. Если будет установлено, что прокручивание коленчатого вала двигателя не выполнено, можно продолжить эксплуатировать стартер и прокручивать двигатель с частотой не выше номинальной частоты прокручивания. Кроме того, в каждом цикле можно продолжать впрыск топлива вплоть до подачи искры. Если будет определено, что прокручивание коленчатого вала двигателя посредством стартера выполнено, на шаге 224 приведение двигателя в действие может происходить за счет сгорание, и прокручивание можно прекратить путем приостановки работы стартера.
Если на шаге 204 будет получено подтверждение того, что состояния холодного пуска отсутствуют, на шаге 226 можно сделать вывод, что пуск двигателя происходит из горячего состояния. При горячем пуске температура двигателя может быть выше пороговой, и температура заряда воздуха может быть выше точки кипения впрыскиваемого топлива. Поэтому при горячем пуске продление времени для парообразования может не быть желательно. На шаге 228, получив подтверждение горячего пуска двигателя, контроллер может направить сигнал стартеру для прокручивания коленчатого вала двигателя с номинальной частотой прокручивания. Кроме того, могут быть разблокированы впрыск топлива и подача искры при прокручивании коленчатого вала двигателя. Топливо можно впрыскивать в цилиндры, начиная с достижения ВМТ такта впуска и до достижения НМТ такта впуска, с возможностью подачи искры при достижении ВМТ такта сжатия.
Таким образом, во время холодных пусков двигатель можно прокручивать посредством стартера при более низкой частоте прокручивания с разблокированным впрыском топлива и блокированной подачей искры в течение первого числа рабочих циклов двигателя, после чего можно разблокировать подачу искры; и во время горячего пуска двигатель можно прокручивать посредством стартера при более высокой частоте прокручивания с разблокированными впрыском топлива и подачей искры.
ФИГ. 3 изображает пример графика 300 изменения температуры заряда воздуха и точки кипения топлива при изменении частоты прокручивания. Подачу искры можно задать так, чтобы она происходила при достижении верхней мертвой точки (ВМТ) в конце такта сжатия. В данном примере ось х представляет время (в микросекундах) до ВМТ (время до искры), а по оси у обозначена температура (по шкале Кельвина). График 302 представляет изменение точки кипения первого топлива А во времени, когда частота прокручивания коленчатого вала двигателя составляет 250 об./мин. График 304 представляет изменение точки кипения того же топлива А во времени, когда частота прокручивания коленчатого вала двигателя составляет 150 об./мин. В изображенном примере 250 об./мин может соответствовать номинальной частоте прокручивания, а 150 об./мин может представлять собой частоту прокручивания ниже номинальной в состояниях холодного пуска двигателя. Точка кипения топлива может быть прямо пропорциональна спиртосодержанию топлива, при этом точка кипения тем выше, чем выше спиртосодержание топлива. Спиртосодержание топлива можно оценивать посредством датчика, соединенного с топливной системой. В одном примере, топливо А может представлять собой Е10, Е85, Е100 и т.п. График 306 представляет температуру заряда воздуха при прокручивании коленчатого вала двигателя при 250 об./мин, а график 308 - температуру заряда воздуха при прокручивании коленчатого вала двигателя при 150 об./мин. Температуру заряда воздуха можно оценивать по входным сигналам от датчика температуры воздуха в коллекторе.
В состояниях холодного пуска температура заряда воздуха может быть ниже точки кипения топлива. Во время такта сжатия возрастает давление в цилиндре с соответствующим ростом точки кипения топлива и температуры заряда воздуха. Когда двигатель прокручивают при 150 об./мин, до момента Т1 точка кипения топлива выше температуры заряда воздуха. Точка Т1 соответствует времени до ВМТ, в которое температура заряда воздуха возрастает до равной точке кипения топлива А. Во временном интервале для парообразования W1, между Т1 и временем до искры при достижении НМТ, точка кипения топлива остается выше температуры заряда воздуха. Аналогичным образом, когда двигатель прокручивают при 250 об./мин, точка Т2 соответствует времени (до ВМТ), в которое температура заряда воздуха возрастает до равной точке кипения топлива А. Во временном интервале для парообразования W2 между Т1 и временем до искры при достижении НМТ точка кипения топлива остается выше температуры заряда воздуха. Топливо может переходить в пар во временных интервалах W1 и W2 во время работы двигателя при 150 об./мин и 250 об./мин соответственно. Как видно из данного примера, так как временной интервал W1 длительнее временного интервала W2, в пар может перейти большее количество топлива (до подачи искры) во время работы двигателя при более низкой частоте 150 об./мин, чем при частоте 250 об./мин. За счет перехода в пар большего количества топлива можно повысить устойчивость горения при относительно низких частотах прокручивания.
ФИГ. 4 изображает диаграмму 400 положений поршня относительно положения двигателя для отдельно взятого цилиндра двигателя при прокручивании коленчатого вала двигателя. Первый пример графика 402 представляет положения поршня относительно положения двигателя при применении бензина в качестве топлива при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях горячего пуска. Второй пример графика 404 представляет положения поршня относительно положения двигателя при применении бензина в качестве топлива при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях холодного пуска. Третий пример графика 406 представляет положения поршня относительно положения двигателя при применении Е10 (10% этанола, 90% бензина) в качестве топлива при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях холодного пуска. Четвертый пример графика 408 представляет положения поршня относительно положения двигателя при применении Е100 (100% этанола) в качестве топлива при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях холодного пуска.
Диаграмма 400 иллюстрирует положение двигателя по оси х в градусах по углу поворота коленчатого вала (ГУПКВ). Кривые 403 (графика 402), 405 (графика 404), 407 (графика 406) и 409 (графика 408) описывают положения поршня (по оси у) относительно верхней мертвой точки (ВМТ) и/или нижней мертвой точки (НМТ), а также его положения во время четырех тактов (впуска, сжатия, расширения и выпуска) рабочего цикла двигателя. Как видно из синусоидальных кривых 403, 405, 407 и 409, происходить постепенное перемещение поршня вниз из ВМТ с достижением самого низкого положения в НМТ к концу такта расширения. Затем происходит возврат поршня вверх - в ВМТ - к концу такта выпуска. Затем вновь происходит движение поршня вниз - ближе к НМТ - во время такта впуска с возвратом в исходное верхнее положение в ВМТ к концу такта сжатия.
В состояниях горячего пуска двигатель можно прокручивать при номинальной частоте. Кривая 403 первого примера графика 402 показывает положения поршня во время работы двигателя при данной номинальной частоте прокручивания. Впрыск топлива можно осуществлять во временном интервале F1 между ВМТ и НМТ такта впуска. Момент зажигания можно отрегулировать так, чтобы он соответствовал ВМТ в конце такта сжатия. В связи с состоянием горячего пуска, температура заряда воздуха может быть выше точки кипения топлива, и ожидаемое количество топлива может переходить в пар до подачи искры. Точка кипения топлива зависит от содержания этанола в топливе, при этом чем выше процентная доля спирта, тем выше точка кипения. В примере графика 402 в качестве топлива применяют бензин, и точка кипения бензина (без добавления этанола) выше, чем у смешанных топлив, содержащих этанол.
В состояниях холодного пуска температура заряда воздуха может быть ниже точки кипения топлива вплоть до такта сжатия. Располагаемый временной интервал для парообразования топлива (период времени до подачи искры, когда температура заряда воздуха выше точки кипения топлива) может быть меньше, результатом чего является неполное парообразование топлива, которое может стать причиной неустойчивости горения. Для увеличения величины парообразования топлива, частоту прокручивания можно снизить с возможностью увеличения продолжительности такта сжатия и увеличения временного интервала для парообразования. Степень снижения частоты прокручивания может зависеть от содержания этанола в топливе. Кроме того, в состояниях холодного пуска, для увеличения суммарного количества впрыскиваемого топлива впрыск топлива можно продлить с такта впуска на такт сжатия (начиная с достижения ВМТ такта впуска до достижения ВМТ такта сжатия). Иными словами, подачу топлива можно начать во время такта впуска и продолжить вплоть до подачи искры при достижении ВМТ такта сжатия. Длительность импульса графика подачи топлива можно поддерживать на том же уровне, что и при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях горячего пуска. Таким образом, продолжение подачи топлива с постоянным расходом вплоть до подачи искры обеспечивает больший объем топлива для сгорания.
В примере графика 404 кривая 405 показывает положения поршня при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях холодного пуска. В связи состояниями холодного пуска, частота прокручивания может быть снижена относительно номинальной. В данном примере графика 404 в качестве топлива применяют бензин, а подачу топлива можно осуществлять во временном интервале F2 между ВМТ такта впуска и ВМТ такта сжатия. Временной интервал F2 длительнее временного интервала F1. Поэтом сохранение одной и той же длительности импульса впрыска топлива в обоих состояниях обеспечивает возможность впрыска большего объема топлива до подачи искры во втором примере 404 по сравнению с первым примером 402. Увеличение количества впрыскиваемого топлива и продление временного интервала для парообразования позволяют обеспечить наличие большего объема перешедшего в пар топлива для сгорания.
В примере графика 406 кривая 407 показывает положения поршня при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях холодного пуска, когда в качества топлива применяют Е10. В связи с относительно высоким содержанием этанола в смеси Е10, точка кипения топлива может быть выше, чем у бензина. Поэтому, для дополнительного увеличения временного интервала для парообразования топлива до подачи искры, частоту прокручивания можно дополнительно снизить относительно номинальной. Подачу топлива можно осуществлять во временном интервале F3 между ВМТ такта впуска и ВМТ такта сжатия. Временной интервал F3 длительнее каждого из временных интервалов F1 и F2. Поэтому сохранение той же самой длительности импульса впрыска топлива позволяет увеличить объем впрыснутого топлива в третьем примере 406 по сравнению с первым и вторым примерами 402 и 404 соответственно. Продление временного интервала за счет снижения частоты прокручивания обеспечивает оптимальный уровень перехода топлива Е10 в пар.
В примере графика 408 кривая 409 показывает положения поршня при прокручивании коленчатого вала двигателя в состояниях холодного пуска, когда в качестве топлива применяют Е100. Поскольку данное топливо полностью состоит из этанола, его точка кипения может быть по существу выше, чем у бензина и Е10. Поэтому для дополнительного увеличения временного интервала для парообразования топлива до подачи искры можно дополнительно снизить частоту прокручивания относительно частоты прокручивания, применяемой для бензина и Е10 при холодном пуске. Подачу топлива можно осуществлять во временном интервале F4 между ВМТ такта впуска и ВМТ такта сжатия. Временной интервал F4 длительнее каждого из временных интервалов F1, F2 и F3. Поэтому сохранение той же самой длительности импульса впрыска топлива позволяет увеличить объем впрыснутого топлива до подачи искры в четвертом примере 406 по сравнению с предыдущими примерами (графики 402, 404 и 406). Продление временного интервала за счет снижения частоты прокручивания обеспечивает оптимальный уровень перехода топлива Е100 в пар. Таким образом, в состояниях холодного пуска, в зависимости от содержания этанола в топливе можно регулировать частоту прокручивания коленчатого вала двигателя и продлять подачу топлива вплоть до подачи искры для обеспечения оптимальной величины парообразования топлива для устойчивого горения.
На ФИГ. 5 раскрыт пример пуска двигателя с отрегулированной частотой прокручивания. На диаграмме 500 представлены время впрыска, момент зажигания и частота прокручивания при прокручивании коленчатого вала двигателя. Первый график, линия 502, представляет частоту прокручивания коленчатого вала двигателя при горячем пуске двигателя, когда в качестве топлива применяют бензин. Второй график, линия 504, представляет частоту прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске двигателя, когда в качестве топлива применяют бензин. Третий график, линия 506, представляет частоту прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске двигателя, когда применяют смешанное топливо Е10 (10% этанола и 90% бензина). Четвертый график, линия 508, представляет частоту прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске двигателя, когда применяют топливо Е100 (100% этанола). По оси х обозначен рабочий цикл двигателя (его номер) после пуска двигателя. В данном примере представлены четыре рабочих цикла двигателя, при этом каждый цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска.
В состоянии горячего пуска (представленном первым графиком), контроллер может направить сигнал приводу, соединенному со стартером, для прокручивания коленчатого вала двигателя с номинальной частотой прокручивания S1. На первом графике в качестве топлива применяют бензин, при этом L1 обозначает количество бензина, впрыскиваемое в каждом из рабочих циклов двигателя. На данном графике представлены четыре рабочих цикла двигателя, при этом в каждом цикле может быть впрыснуто равное количество топлива во время такта впуска. Можно начать подачу искры, обозначенную как «S», в конце такта сжатия каждого рабочего цикла двигателя. Частоту вращения двигателя можно поддерживать на уровне номинальной в каждом рабочем цикле двигателя. Отсутствие метки «S» означает отсутствие события подачи искры для того цикла.
В состоянии холодного пуска контроллер может направить сигнал приводу, соединенному со стартером, для прокручивания коленчатого вала двигателя с частотой прокручивания ниже номинальной частоты S2. На втором графике в качестве топлива применяют бензин, a L2 обозначает количество бензина, впрыскиваемое в каждом из рабочих циклов двигателя во время прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске. Снижение частоты прокручивания увеличивает располагаемый временной интервал для парообразования топлива. На данном графике представлены четыре рабочих цикла двигателя, при этом в каждом цикле может быть впрыснуто равное количество топлива и во время такта впуска, и во время такта сжатия. Впрыск топлива и во время такта впуска, и во время такта сжатия и снижение частоты прокручивания позволяют увеличить объем впрыснутого топлива и количество перешедшего в пар топлива. По существу, топливо можно впрыскивать после достижения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска рабочего цикла двигателя и после закрытия впускного клапана, когда начался нагрев всасываемого заряда из-за сжатия, до достижения верхней мертвой точки такта сжатия каждого рабочего цикла двигателя.
Как видно из данного примера, количество бензина L2, впрыснутое при холодном пуске, превышает количество бензина L1, впрыснутое при горячем пуске. Для увеличения располагаемого для сгорания количества перешедшего в пар топлива, можно блокировать подачу искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя. Число рабочих циклов двигателя без зажигания (без подачи искры) можно выбирать в зависимости от спиртосодержания впрыскиваемого топлива и температуры окружающей среды так, чтобы относительно большая часть топлива могла перейти в пар к моменту разблокирования подачи искры. Если в качестве топлива применяют бензин (без этанола), подачу искры можно блокировать на один рабочий цикл двигателя, а в конце такта сжатия второго цикла можно начать подачу искры. Кроме того, частоту прокручивания можно повысить до номинальной частоты прокручивания S1 в конце второго рабочего цикла двигателя. Повышение частоты прокручивания по прошествии указанного числа рабочих циклов двигателя и возобновление подачи искры позволяют снизить давление во впускном коллекторе и осуществлять сгорание в цилиндрах с более высокой степенью перехода топлива в пар до начала сгорания.
На третьем графике в качестве топлива применяют Е10 (10% этанола и 90% бензина), чья точка кипения выше, чем у бензина. Поэтому количество впрыскиваемого топлива и временной интервал для парообразования до подачи искры можно увеличить для облегчения перехода в пар оптимального количества топлива. «L3» обозначает количество Е10, впрыснутого во время тактов впуска и сжатия каждого рабочего цикла двигателя во время прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске. Частоту прокручивания можно дополнительно снизить до частоты S3 (S3 ниже, чем S2 и S1) для увеличения располагаемого временного интервала для парообразования топлива. Как видно из данного примера, L3 - количество Е10, впрыснутого при холодном пуске, превышает L2 -количество бензина, впрыснутого при холодном пуске. Для увеличения располагаемого для сгорания количества перешедшего в пар топлива Е10, подачу искры можно блокировать на два рабочих цикла двигателя, и в конце такта сжатия третьего цикла можно начать подачу искры. Частоту прокручивания можно повысить до номинальной частоты прокручивания S1 в конце третьего рабочего цикла двигателя для снижения давления во впускном коллекторе.
На четвертом графике в качестве топлива применяют Е100 (100% этанола), чья точка кипения выше, чем у Е10. Поэтому количество впрыскиваемого топлива и временной интервал для парообразования до подачи искры можно дополнительно увеличить для облегчения перехода в пар оптимального количества топлива. «L4» обозначает количество Е100, впрыснутого во время тактов впуска и сжатия каждого рабочего цикла двигателя во время прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске. Частоту прокручивания можно дополнительно снизить до частоты S4 (S4 ниже, чем S3) для увеличения временного интервала для парообразования. Для дополнительного увеличения располагаемого для сгорания количества перешедшего в пар топлива Е100, подачу искры можно блокировать на три рабочих цикла двигателя, и в конце такта сжатия четвертого цикла можно начать подачу искры. Частоту прокручивания можно повысить до номинальной частоты прокручивания S1 в конце третьего рабочего цикла двигателя для снижения давления во впускном коллекторе. Таким образом, регулирование частоты прокручивания и количества подаваемого топлива в зависимости от содержания этанола в топливе и эксплуатация двигателя без подачи искры в течение некоторого числа циклов обеспечивает возможность перехода в пар большего количества топлива для оптимальной работы двигателя в состояниях холодного пуска.
ФИГ. 7 иллюстрирует пример способа 700 с возможностью реализации для увеличения парообразования топлива для улучшения качества выбросов в состояниях холодного пуска двигателя. На шаге 702 алгоритма оценивают и/или измеряют параметры работы двигателя. В число оцениваемых параметров могут, например, входить: водительский запрос, температура двигателя, нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура отработавших газов, температура заряда воздуха, параметры окружающей среды, в том числе -температура, давление и влажность окружающей среды, давление и температура в коллекторе, давление наддува, воздушно-топливное отношение отработавших газов и т.п. Контроллер также может определить тип топлива, подлежащего впрыску в цилиндры при прокручивании коленчатого вала двигателя. Например, можно использовать спиртовое смешанное топливо. Можно определить содержание спирта (например, этанола) в топливе, так как от процентной доли спирта в смешанном топливе зависит точка кипения топлива. Например, можно применять Е10 (10% этанола, 90% бензина), Е85 (85% этанола, 15% бензина), Е100 (100% этанола) в качестве смешанных топлив. Или же в топливной системе транспортного средства можно использовать чистый бензин (без добавления какого-либо спирта). Точку кипения топлива можно определять как функцию от спиртосодержания топлива. Так как летучесть бензиновых и спиртосодержащих смешанных топлив ниже, чем у дизельного топлива, может не происходить переход в пар всего объема впрыснутого топлива при прокручивании коленчатого вала двигателя с номинальной частотой в состояниях холодного пуска, что может стать причиной нежелательных выбросов НУВ. Точка кипения топлива также может зависеть от октанового числа топлива. В одном примере точка кипения топлива может быть тем выше точки кипения топлива с номинальным октановым числом (например, бензинового топлива без добавления какого-либо спирта), чем выше октановое число или спиртосодержание. Все топливо или его часть может перейти в пар, когда температура заряда воздуха (или внутрицилиндровая температура) превысит точку кипения топлива. Переход топлива в пар может происходить в пределах временного интервала для парообразования до подачи искры, когда внутрицилиндровая температура (заряда воздуха) выше точки кипения топлива.
На шаге 704 алгоритм предусматривает получение подтверждения состояния холодного пуска двигателя. Состояние холодного пуска двигателя может быть подтверждено, если двигатель запускают после длительного периода бездействия двигателя, когда температура двигателя ниже порога (например, ниже температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов), и когда температура окружающей среды ниже порога.
Если будет получено подтверждение того, что состояния холодного пуска отсутствуют, на шаге 706 можно сделать вывод, что пуск двигателя происходит из горячего состояния. При горячем пуске температура двигателя может быть выше пороговой, и температура заряда воздуха может быть выше точки кипения впрыскиваемого топлива. Поэтому продление времени для парообразования может не быть желательно для получения оптимального количества перешедшего в пар топлива для сгорания. В связи с благоприятными условиями для парообразования топлива, количество неперешедшего в пар топлива в отработавших газах двигателя может быть относительно низким, что снижает вероятность выбросов НУВ через выхлопную трубу. На шаге 708, получив подтверждение горячего пуска двигателя, контроллер может направить сигнал стартеру для прокручивания коленчатого вала двигателя с номинальной частотой прокручивания. В одном примере номинальная частота прокручивания может составлять 250 об./мин. Кроме того, могут быть разблокированы впрыск топлива и подача искры при прокручивании коленчатого вала двигателя. Топливо можно впрыскивать в цилиндры, начиная с достижения верхней мертвой точки (ВМТ) такта впуска и до достижения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска, с возможностью подачи искры при достижении ВМТ такта сжатия. Таким образом, при горячем пуске, независимо от точки кипения топлива, двигатель можно прокручивать посредством стартера с номинальной частотой прокручивания.
Если состояния холодного пуска будут подтверждены, на шаге 710 алгоритма определяют, ниже ли точка кипения применяемого топлива, чем первая пороговая температура. Первая пороговая температура может соответствовать точке кипения топлива, ниже которой возможно отсутствие значительного влияния на парообразование топлива из-за относительно низкой температуры заряда воздуха в состояниях холодного пуска.
Если будет подтверждено, что точка кипения применяемого топлива ниже первого порога, на шаге 712 контроллер может направить сигнал приводу, соединенному со стартером (например, стартером 190 на ФИГ. 1), для прокручивания коленчатого вала двигателя за счет энергии от стартера. Частота прокручивания коленчатого вала двигателя в первом рабочем цикле двигателя с пуска двигателя и в течение некоторого числа циклов после него может быть снижена до первой частоты прокручивания ниже номинальной частоты прокручивания коленчатого вала двигателя. В одном примере номинальная частота прокручивания может составлять 250 об./мин, а первая сниженная частота прокручивания, применяемая в состояниях холодного пуска для двигателей, работающих на топливе с точкой кипения ниже первого порога, может составлять 200 об./мин. В связи с указанным снижением частоты прокручивания, время между положениями поршня, соответствующими НМТ и ВМТ такта сжатия, может возрасти. Следовательно, могут возрасти время для парообразования, когда температура заряда воздуха выше точки кипения топлива, и располагаемый временной интервал для перехода топлива в пар до подачи искры при достижении ВМТ (в конце такта сжатия). В связи с более длительным временным интервалом для парообразования, может возрасти степень парообразования топлива до подачи искры, в связи с чем можно не подавать дополнительное топливо для получения желаемого количества перешедшего в пар топлива для сгорания. Первую сниженную относительно номинальной частоту прокручивания можно регулировать в зависимости от температуры заряда воздуха. В одном примере степень снижения частоты прокручивания может быть тем ниже (частоту прокручивания ближе к номинальной), чем выше температура заряда воздуха. В другом примере степень снижения может быть тем выше (частота прокручивания снижена в большей степени относительно номинальной), чем ниже температура заряда воздуха.
Например, контроллер может задать управляющий сигнал для направления приводу стартера, например, сигнал, соответствующий желаемой частоте вращения стартера, при этом сигнал задают в зависимости от температуры заряда воздуха. Контроллер может определять частоту прокручивания путем, непосредственно учитывающим определенную температуру заряда воздуха. Или же контроллер может определять частоту прокручивания путем вычисления по табулированной зависимости, входным параметром которой является температура заряда воздуха, а результатом - желаемая частота прокручивания (частота вращения стартера) или желаемое снижение частоты прокручивания относительно стандартной/номинальной частоты прокручивания. В качестве другого примера, контроллер может выполнить логическое определение (например, частоты прокручивания) на основе логических формул, представляющих собой функцию от температуры заряда воздуха. Далее контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый приводу стартера.
На шаге 714 можно начать подачу топлива и осуществлять впрыск топлива начиная с верхней мертвой точки (ВМТ) такта впуска до достижения НМТ такта впуска для каждого рабочего цикла двигателя, начиная с первого рабочего цикла двигателя после пуска двигателя. Подачу искры можно разблокировать для подачи в конце (ВМТ) такта сжатия каждого рабочего цикла двигателя начиная с первого рабочего цикла двигателя после пуска двигателя. В связи с тем, что частота прокручивания ниже номинальной, располагаемый временной интервал для парообразования топлива (период времени до подачи искры, когда температура заряда воздуха выше точки кипения топлива) может возрасти, в результате чего возрастает парообразование топлива. Результатом возрастания парообразования топлива может стать устойчивое горение и уменьшение количества остаточного неперешедшего в пар топлива, и, как следствие, рост качества выбросов.
При прокручивании коленчатого вала двигателя с частотой ниже пороговой, на шаге 716 алгоритма определяют, выявлено ли событие пропуска зажигания. По существу, прокручивание коленчатого вала двигателя со сниженной частотой прокручивания позволяет увеличить парообразование топлива и уменьшить возникновение событий пропуска зажигания. При этом, даже при работе со сниженной частотой прокручивания может произойти пропуск зажигания из-за неустойчивости горения. События пропуска зажигания можно выявлять по входным сигналам от датчика положения (ускорения) коленчатого вала.
Если будет определено, что пропуск зажигания не выявлен, на шаге 718 можно продолжить впрыск топлива во время такта впуска с подачей искры в конце такта сжатия до тех пор, пока прокручивание не будет завершено. По существу, работу стартера можно приостановить, как только двигатель достигнет частоты вращения холостого хода.
Если на шаге 704 будет определено, что точка кипения топлива выше первого порога, на шаге 720 алгоритма определяют, выше ли точка кипения топлива, чем первая пороговая температура, но ниже, чем вторая пороговая температура. Вторая пороговая температура может соответствовать точке кипения топлива, ниже которой возможно значительное влияние на парообразование топлива из-за относительно низкой температуры заряда воздуха в состояниях холодного пуска, и может быть нужно дополнительное снижение частоты прокручивания.
Если будет подтверждено, что точка кипения топлива выше первого порога, но ниже второго порога, на шаге 722 можно привести в действие стартер для прокручивания коленчатого вала двигателя со второй (более низкой) частотой прокручивания, при этом вторая частота прокручивания ниже и номинальной частоты прокручивания, и первой частоты прокручивания. Величина снижения частоты прокручивания в степени, зависящей от спиртосодержания топлива, может быть отлична от степени снижения частоты прокручивания в зависимости от температуры заряда воздуха. В одном примере частоту прокручивания можно снизить на большую величину в связи с возрастанием спиртосодержания топлива, чем в связи с падением температуры заряда воздуха.
Например, контроллер может задать управляющий сигнал для направления приводу стартера, например, сигнал, соответствующий желаемой частоте вращения стартера, при этом сигнал задают в зависимости от температуры заряда воздуха и спиртосодержания топлива. В одном примере вторая частота прокручивания может составлять 175 об./мин. Контроллер может определять вторую частоту прокручивания путем, непосредственно учитывающим определенные температуру заряда воздуха и точку кипения топлива. Или же контроллер может определять частоту прокручивания путем вычисления по табулированной зависимости, входными параметрами которой являются температура заряда воздуха и точка кипения топлива, а результатом - желаемая частота прокручивания (частота вращения стартера) или желаемое снижение частоты прокручивания относительно стандартной/номинальной частоты прокручивания. В качестве другого примера, контроллер может выполнить логическое определение (например, частоты прокручивания) на основе логических формул, представляющих собой первую функцию от температуры заряда воздуха и вторую, другую, функцию от точки кипения топлива. Далее контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый приводу стартера. Таким образом, первая частота прокручивания и вторая частота прокручивания зависят от точки кипения впрыскиваемого топлива, при этом и первую частоту прокручивания, и вторую частоту прокручивания снижают относительно номинальной частоты тем больше, чем выше точка кипения впрыскиваемого топлива. И первая частота прокручивания, и вторая частота прокручивания также зависят от температуры заряда воздуха, при этом и первую частоту прокручивания, и вторую частоту прокручивания снижают относительно номинальной частоты тем больше, чем ниже температура заряда воздуха.
Как только частота прокручивания будет снижена до второй частоты прокручивания, алгоритм может проследовать на шаг 714, где можно начать подачу топлива и искры, как раскрыто выше.
Если на шаге 720 будет определено, что точка кипения подаваемого топлива не лежит в диапазоне между первой и второй пороговыми температурами, на шаге 708 можно сделать вывод, что точка кипения топлива может быть выше второй пороговой температуры. Такая относительно высокая точка кипения может существенно затруднить переход в пар желаемого количества топлива в состояниях холодного пуска.
На шаге 716 можно снизить частоту прокручивания коленчатого вала двигателя в первом рабочем цикле двигателя после пуска двигателя и в течение некоторого числа последующих циклов до третьей частоты прокручивания, при этом третья частота прокручивания ниже номинальной, первой и второй частот прокручивания. В одном примере третья частота прокручивания, применяемая в состояниях холодного пуска, может составлять 150 об./мин. Степень снижения частоты прокручивания относительно номинальной можно регулировать в зависимости и от температуры заряда воздуха, и от точки кипения топлива. Точка кипения топлива может быть пропорциональна спиртосодержанию топлива, при этом точка кипения тем выше, чем выше спиртосодержание. В одном примере степень снижения частоты прокручивания может быть тем ниже (частота прокручивания ближе к номинальной), чем выше температура заряда воздуха и/или чем ниже точка кипения топлива. В другом примере степень снижения может быть тем выше (частота прокручивания снижена в большей степени относительно номинальной), чем ниже температура заряда воздуха и/или чем выше точка кипения топлива. Величина снижения частоты прокручивания в степени, зависящей от точки кипения топлива, может быть отлична от степени снижения частоты прокручивания в зависимости от температуры заряда воздуха. В одном примере частоту прокручивания можно снизить на большую величину в связи с возрастанием точки кипения топлива, чем в связи с падением температуры заряда воздуха.
На шаге 728, при прокручивании коленчатого вала двигателя с третьей частотой ниже номинальной, можно начать подачу топлива. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью регулирования профиля впрыска подаваемого в цилиндр топлива, если точка кипения топлива выше второй пороговой температуры. При снижении частоты прокручивания относительно номинальной и впрыске того же количества топлива с тем же расходом (что и при впрыске во время прокручивания с номинальной частотой), возможен временной разрыв между окончанием времени впрыска и НМТ такта впуска. Подачу топлива можно продолжить во время этого временного разрыва, а также во время такта сжатия. По существу, окончание времени впрыска топлива можно регулировать так, чтобы оно совпадало с подачей искры при достижении верхней мертвой точки (ВМТ) такта сжатия. В одном примере подачу топлива можно начать после достижения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска рабочего цикла двигателя и после закрытия впускного клапана, чтобы начался нагрев всасываемого заряда из-за сжатия, и завершить при достижении ВМТ такта сжатия. Продолжение впрыска топлива вплоть до достижения ВМТ такта сжатия обеспечивает возможность впрыска и перехода в пар большего количества топлива. Таким образом, если точка кипения топлива ниже второго порога, впрыск топлива включает в себя то, что подачу топлива начинают при достижении ВМТ такта впуска рабочего цикла двигателя и завершают при достижении НМТ такта впуска рабочего цикла двигателя, а если точка кипения топлива выше второго порога, впрыск топлива включает в себя то, что подачу топлива начинают при достижении ВМТ такта впуска рабочего цикла двигателя и завершают при достижении ВМТ такта сжатия рабочего цикла двигателя.
Кроме того, можно блокировать подачу искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя с одновременным продолжением подачи топлива. Начало подачи искры по прошествии некоторого числа циклов прокручивания коленчатого вала двигателя обеспечивает возможность наличия некоторого количества заранее перешедшего в пар топлива для сгорания и, тем самым, улучшение устойчивости горения. Кроме того, сжатие и расширение топлива во время тактов в двигателе без подачи искры обеспечивает возможность перехода в пар большего количества топлива и нагрева стенок цилиндров. Тепло, вырабатываемое во время такта сжатия в цилиндре, может непосредственно нагревать стенки цилиндра, что улучшает устойчивость предстоящих событий сгорания и качество выбросов. Во время такта расширения циклов без зажигания возможно втягивание перешедшего в пар топлива в цилиндр, что снижает вероятность роста выбросов через выхлопную трубу, причиной которого являются несгоревшие пары топлива. Дальнейшее выполнение способа 700 раскрыто на ФИГ. 8 в виде способа 800.
Если на шаге 716 будет выявлено событие пропуска зажигания, алгоритм также может перейти на шаг 728 для увеличения количества впрыскиваемого топлива с одновременным блокированием подачи искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя. Увеличение впрыска топлива позволяет увеличить количество перешедшего в пар топлива и, тем самым, повысить устойчивость горения и снизить вероятность событий пропуска зажигания в будущем. Таким образом, если точка кипения топлива ниже второго порога, при выявлении события пропуска зажигания можно блокировать подачу искры в течение указанного числа рабочих циклов двигателя и продлить срок окончания времени впрыска, при этом срок окончания времени впрыска продлевают ближе к ВМТ такта сжатия.
Таким образом, если содержание спирта в топливе выше порогового, можно привести в действие стартер для прокручивания коленчатого вала двигателя при первой частоте прокручивания ниже номинальной, привести в действие топливные форсунки для впрыска топлива с достижения ВМТ такта впуска до достижения ВМТ такта сжатия и блокировать подачу искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя после пуска двигателя; и, по завершении указанного числа рабочих циклов двигателя, стартер можно привести в действие для прокручивания коленчатого вала двигателя при номинальной частоте прокручивания, привести в действие топливные форсунки для впрыска топлива с достижения ВМТ такта впуска до достижения НМТ такта впуска, привести в действие свечу зажигания для начала подачи искры при достижении ВМТ такта сжатия до тех пор, пока не будет достигнута частота холостого хода двигателя.
ФИГ. 8 иллюстрирует пример способа 800 с возможностью реализации для улучшения соблюдения норм выбросов в состояниях холодного пуска для топлив с относительно высокой точкой кипения. Способ 800 может быть продолжением способа 700 на ФИГ. 7 с возможностью выполнения на шаге 728 способа 700.
На шаге 802 алгоритма определяют, превышает ли число рабочих циклов двигателя с подачей топлива, но без зажигания, с пуска двигателя (включая первый рабочий цикл двигателя с пуска двигателя) пороговое число. Пороговое число рабочих циклов двигателя без зажигания можно выбрать в зависимости от точки кипения топлива и температуры заряда воздуха так, чтобы относительно большая часть топлива могла перейти в пар к моменту разблокирования подачи искры. Например, пороговое число циклов без зажигания можно увеличивать по мере того, как возрастает точка кипения топлива и/или падает температура заряда воздуха, при этом пороговое число циклов можно уменьшать по мере того, как падает точка кипения топлива и/или возрастает температура заряда воздуха. Если будет определено, что число завершенных циклов без зажигания меньше порогового, на шаге 804 можно продолжить прокручивание при третьей (более низкой) частоте с одновременным продолжением подачи топлива (при этом подачу топлива продляют на такт сжатия) и продолжением блокирования подачи искры.
Если будет определено, что число завершенных циклов без зажигания с пуска двигателя больше указанного порога, на шаге 806 можно разблокировать подачу искры. Например, контроллер может направить сигнал свече зажигания для возобновления подачи искры при достижении верхней мертвой точки (ВМТ) такта сжатия. Кроме того, по завершении указанного числа рабочих циклов двигателя, двигатель можно прокручивать посредством стартера при относительно высокой частоте прокручивания с разблокированным впрыском топлива и разблокированной подачей искры. Указанная относительно высокая частота прокручивания может быть не выше номинальной частоты прокручивания, которую можно применять при пуске двигателя в состояниях горячего пуска. Таким образом, переход в пар большего количества топлива до сгорания позволяет уменьшить выбросы несгоревших углеводородов.
На шаге 808 можно продолжить впрыск топлива вплоть до подачи искры. Например, впрыск топлива можно осуществлять с достижения ВМТ такта впуска до достижения ВМТ такта сжатия. Таким образом, для каждого рабочего цикла двигателя можно увеличить количество топлива, впрыснутого в цилиндр до подачи искры, что обеспечивает возможность увеличения парообразования топлива.
На шаге 810 алгоритма определяют, выполнено ли прокручивание коленчатого вала двигателя. По существу, как только двигатель достигнет частоты вращения холостого хода, прокручивание посредством стартера может быть не нужно. Если будет установлено, что прокручивание коленчатого вала двигателя не выполнено, на шаге 812 можно продолжить эксплуатировать стартер и прокручивать двигатель с частотой не выше номинальной частоты прокручивания. Кроме того, в каждом цикле можно продолжать впрыск топлива вплоть до подачи искры. Если будет определено, что прокручивание коленчатого вала двигателя посредством стартера выполнено, на шаге 814 прокручивание можно прекратить путем приостановки работы стартера, а двигатель может работать за счет сгорания.
Таким образом, при первом пуске двигателя, в течение первого числа рабочих циклов двигателя непосредственно после пуска двигателя, двигатель можно прокручивать посредством стартера при первой частоте прокручивания, сниженной относительно номинальной частоты прокручивания, с разблокированной подачей искры и с подачей топлива в цилиндр во время такта впуска, при втором пуске двигателя, в течение второго числа рабочих циклов двигателя непосредственно после пуска двигателя, двигатель можно прокручивать посредством стартера при второй частоте прокручивания, сниженной относительно номинальной частоты прокручивания, с заблокированной подачей искры и с подачей топлива в цилиндр во время и такта впуска, и такта сжатия, и при третьем пуске двигателя, двигатель можно прокручивать посредством стартера при номинальной частоте прокручивания с разблокированной подачей искры и с подачей топлива в цилиндр во время такта впуска. И первый пуск двигателя, и второй пуск двигателя представляют собой холодный пуск, при этом третий пуск двигателя представляет собой горячий пуск, при этом точка кипения топлива, впрыскиваемого при первом пуске двигателя, ниже точки кипения топлива, впрыскиваемого при втором пуске двигателя.
ФИГ. 9 изображает пример диаграммы 900 пуска двигателя с регулированием частоты прокручивания, подачи топлива и момента зажигания для уменьшения выбросов при холодном пуске. Первый график, линия 902, представляет частоту прокручивания коленчатого вала двигателя при горячем пуске двигателя, когда в качестве топлива применяют бензин. Второй график, линия 904, представляет первый пример частоты прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске двигателя, когда в качестве топлива применяют бензин. Третий график, линия 905, представляет второй пример частоты прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске двигателя, когда в качестве топлива применяют бензин. Четвертый график, линия 906, представляет частоту прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске двигателя, когда применяют смешанное топливо Е10 (10% этанола и 90% бензина). Пятый график, линия 908, представляет частоту прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске двигателя, когда применяют топливо Е100 (100% этанола). По оси х обозначен рабочий цикл двигателя (его номер) после пуска двигателя. В данном примере представлены четыре рабочих цикла двигателя, при этом каждый цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска.
В состоянии горячего пуска (представленном первым графиком), контроллер может направить сигнал приводу, соединенному со стартером, для прокручивания коленчатого вала двигателя с номинальной частотой С1 прокручивания. На первом графике в качестве топлива применяют бензин, при этом F1 обозначает количество бензина, впрыскиваемое в каждом из рабочих циклов двигателя. На данном графике представлены четыре рабочих цикла двигателя, при этом в каждом цикле может быть впрыснуто равное количество топлива во время такта впуска. Можно начать подачу искры в конце такта сжатия каждого рабочего цикла двигателя. Частоту вращения двигателя можно поддерживать на уровне номинальной в каждом рабочем цикле двигателя.
На втором графике 904 в качестве топлива применяют бензин, и в состоянии холодного пуска контроллер может направить сигнал приводу, соединенному с топливной форсункой, для подачи большего количества топлива в каждом рабочем цикле двигателя. Двигатель можно прокручивать при номинальной частоте С1. F2 обозначает количество бензина, впрыскиваемое в каждом рабочем цикле двигателя во время прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске. Количество бензина F2, впрыскиваемое при холодном пуске, может быть больше количества бензина F1, впрыскиваемого при горячем пуске. По существу, топливо можно впрыскивать после достижения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска рабочего цикла двигателя до достижения верхней мертвой точки (ВМТ) такта сжатия каждого рабочего цикла двигателя. Увеличение количества впрыскиваемого топлива обеспечивает возможность перехода большего количество топлива в пар и его наличия для сгорания, при этом часть топлива может не перейти в пар, а несгоревшие углеводороды (НУВ) могут быть сброшены в атмосферу. Таким образом, избыточная подача топлива может привести к снижению качества выбросов и топливной экономичности. Подачу искры можно начать в конце такта сжатия каждого рабочего цикла двигателя, на что указывает символ «S».
На третьем графике 905 в качестве топлива применяют бензин, и в состояниях холодного пуска контроллер может направить сигнал приводу, соединенному со стартером, для прокручивания коленчатого вала двигателя с частотой ниже номинальной частоты прокручивания С2. F3 обозначает количество бензина, впрыскиваемое в каждом рабочем цикле двигателя во время прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске. Количество бензина (F3), впрыскиваемое при снижении частоты прокручивания, может быть меньше количества бензина (F2), впрыскиваемого без снижения частоты прокручивания, однако F3 может быть больше количества бензина F1, впрыскиваемого при горячем пуске. Более низкая частота прокручивания увеличивает располагаемый временной интервал для увеличения парообразования топлива. Таким образом, благодаря увеличению располагаемого временного интервала для парообразования топлива, количество бензина, впрыскиваемое при холодном пуске, может быть меньше, что позволяет уменьшить выбросы НУВ и повысить топливную экономичность. Увеличение объема перешедшего в пар топлива повышает устойчивость горения и уменьшает возникновение событий пропуска зажигания. Частоту прокручивания можно повысить до номинальной частоты С1 прокручивания в конце второго рабочего цикла двигателя. Повышение частоты прокручивания по прошествии указанного числа рабочих циклов двигателя позволяет снизить давление во впускном коллекторе и осуществлять сгорание в цилиндре с большей степенью перехода топлива в пар до начала сгорания. Как только частота прокручивания будет повышена до номинальной частоты С1 прокручивания, количество бензина, впрыскиваемое в каждом последующем рабочем цикле двигателя, можно увеличить до F2. Увеличение количества впрыскиваемого бензина обеспечивает наличие большего количества перешедшего в пар топлива для сгорания и, тем самым, снижение вероятности события пропуска зажигания из-за неустойчивости горения. Кроме того, можно начать подачу искры в конце такта сжатия каждого рабочего цикла двигателя.
На четвертом графике в качестве топлива применяют Е10 (10% этанола и 90% бензина), чья точка кипения выше, чем у бензина. Поэтому количество впрыскиваемого топлива и временной интервал для парообразования до подачи искры можно увеличить для облегчения перехода в пар оптимального количества топлива. «F4» обозначает количество Е10, впрыснутого во время тактов впуска и сжатия каждого рабочего цикла двигателя во время прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске. Частоту прокручивания можно дополнительно снизить до частоты С3 (С3 ниже, чем С2 и С1) для увеличения располагаемого временного интервала для парообразования топлива. Как видно из данного примера, даже после снижения частоты прокручивания, количество Е10 (F4), впрыскиваемое при холодном пуске, можно увеличить (относительно количества бензина, впрыскиваемого при холодном пуске, F3) для обеспечения наличия оптимального количества перешедшего в пар топлива для сгорания. Кроме увеличения располагаемого для сгорания количества перешедшего в пар топлива Е10, подачу искры можно блокировать на два рабочих цикла двигателя, и в конце такта сжатия третьего цикла можно начать подачу искры. По существу, число рабочих циклов двигателя без зажигания (без подачи искры) можно выбирать в зависимости от точки кипения впрыскиваемого топлива и температуры окружающей среды для обеспечения возможности перехода в пар большей части топлива к моменту разблокирования подачи искры. Частоту прокручивания можно повысить до номинальной частоты С1 прокручивания в конце третьего рабочего цикла двигателя для снижения давления во впускном коллекторе. Отсутствие метки «S» означает отсутствие события подачи искры для того цикла.
На пятом графике в качестве топлива применяют Е100 (100% этанола), чья точка кипения выше, чем у Е10. Поэтому количество впрыскиваемого топлива и временной интервал для парообразования до подачи искры можно дополнительно увеличить для облегчения перехода в пар оптимального количества топлива. «F5» обозначает количество Е100, впрыснутого во время тактов впуска и сжатия каждого рабочего цикла двигателя во время прокручивания коленчатого вала двигателя при холодном пуске. Частоту прокручивания можно дополнительно снизить до частоты С4 (С4 ниже С3) для увеличения временного интервала для парообразования. Для дополнительного увеличения располагаемого для сгорания количества перешедшего в пар топлива Е100, подачу искры можно блокировать на три рабочих цикла двигателя, и в конце такта сжатия четвертого цикла можно начать подачу искры. Частоту прокручивания можно повысить до номинальной частоты С1 прокручивания в конце третьего рабочего цикла двигателя для снижения давления во впускном коллекторе. Таким образом, регулирование частоты прокручивания и количества подаваемого топлива в зависимости от точки кипения топлива и эксплуатация двигателя без подачи искры в течение некоторого числа циклов обеспечивает возможность перехода в пар большего количества топлива для оптимальной работы двигателя и качества выбросов в состояниях холодного пуска.
Таким образом, в состоянии холодного пуска, если содержание спирта в топливе ниже порогового, можно привести в действие стартер для прокручивания коленчатого вала двигателя со второй частотой прокручивания ниже номинальной, привести в действие топливные форсунки для впрыска топлива начиная с достижения ВМТ такта впуска до достижения НМТ такта впуска и разблокировать подачу искры в каждом рабочем цикле двигателя после пуска двигателя; и, в состоянии горячего пуска, независимо от спиртосодержания топлива, можно привести в действие стартер для прокручивания коленчатого вала двигателя при номинальной частоте прокручивания, привести в действие топливные форсунки для впрыска топлива начиная с достижения ВМТ такта впуска до достижения НМТ такта впуска и разблокировать подачу искры в каждом рабочем цикле двигателя после пуска двигателя.
Пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: эксплуатируют двигатель в первом режиме, причем первый режим включает в себя то, что подтверждают условия холодного пуска двигателя, определяют, что точка кипения топлива в двигателе ниже пороговой точки кипения топлива, и в ответ на подтверждение условий холодного пуска двигателя и определение того, что точка кипения топлива в двигателе ниже пороговой точки кипения топлива, прокручивают коленчатый вал двигателя посредством стартера с первой частотой прокручивания с одновременным впрыском топлива через топливные форсунки в течение некоторого количества рабочих циклов двигателя, начиная с первого рабочего цикла двигателя, и затем приостанавливают работу стартера и приводят двигатель в действие за счет сгорания и эксплуатируют двигатель во втором режиме, причем второй режим включает в себя то, что подтверждают условия холодного пуска двигателя, определяют, что точка кипения топлива в двигателе выше пороговой точки кипения топлива, и в ответ на подтверждение условий холодного пуска двигателя и определение того, что точка кипения топлива в двигателе выше пороговой точки кипения топлива, прокручивают коленчатый вал двигателя посредством стартера со второй частотой прокручивания с одновременным впрыском топлива через топливные форсунки и заблокированной подачей искры в течение указанного количества рабочих циклов двигателя, начиная с первого рабочего цикла двигателя, и затем приостанавливают работу стартера и приводят двигатель в действие за счет сгорания, причем точка кипения топлива зависит от состава топлива в двигателе, при этом впрыск топлива в первом режиме включает в себя то, что подачу топлива начинают в верхней мертвой точке (ВМТ) такта впуска рабочего цикла двигателя и завершают в нижней мертвой точке (НМТ) такта впуска рабочего цикла двигателя, причем впрыск топлива во втором режиме включает в себя то, что подачу топлива начинают в верхней мертвой точке (ВМТ) такта впуска рабочего цикла двигателя и завершают в верхней мертвой точке (ВМТ) такта сжатия рабочего цикла двигателя. В любом предыдущем примере, дополнительно или необязательно, для первого режима, при выявлении события пропуска зажигания блокируют подачу искры в течение указанного количества рабочих циклов двигателя и продлевают срок окончания времени впрыска, при этом срок окончания времени впрыска продлевают ближе к ВМТ такта сжатия. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, и первая частота прокручивания, и вторая частота прокручивания ниже номинальной частоты прокручивания, при этом вторая частота прокручивания ниже первой частоты прокручивания. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, при горячем пуске, прокручивают коленчатый вал двигателя посредством стартера с номинальной частотой прокручивания как при точке кипения топлива, меньшей пороговой, так и при точке кипения топлива, большей пороговой. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указанное количество рабочих циклов двигателя зависит от точки кипения впрыскиваемого топлива, при этом указанное количество рабочих циклов двигателя увеличивается при увеличении точки кипения впрыскиваемого топлива. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, и первая частота прокручивания, и вторая частота прокручивания зависят от точки кипения впрыскиваемого топлива, при этом и первую частоту прокручивания, и вторую частоту прокручивания дополнительно снижают относительно номинальной частоты прокручивания при увеличении точки кипения впрыскиваемого топлива. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, и первая частота прокручивания, и вторая частота прокручивания также зависят от температуры заряда воздуха, при этом и первую частоту прокручивания, и вторую частоту прокручивания дополнительно снижают относительно номинальной частоты прокручивания при уменьшении температуры заряда воздуха. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, для первого режима по прошествии указанного количества рабочих циклов двигателя, увеличивают частоту прокручивания до номинальной частоты прокручивания. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, для второго режима по прошествии указанного количества рабочих циклов двигателя со сжатием и расширением впрыснутого топлива, увеличивают частоту прокручивания до номинальной частоты прокручивания и начинают подачу искры.
В другом примере способа: при первом пуске двигателя подтверждают условия холодного пуска двигателя, определяют точку кипения первого топлива в двигателе и в течение первого количества рабочих циклов двигателя непосредственно после пуска двигателя прокручивают коленчатый вал двигателя посредством стартера при первой частоте прокручивания, уменьшенной относительно номинальной частоты прокручивания, с разблокированной подачей искры и с подачей топлива в цилиндр через топливные форсунки во время такта впуска в ответ на подтверждение условий холодного пуска и определение точки кипения первого топлива в двигателе, причем точку кипения первого топлива определяют в зависимости от состава первого топлива, при втором пуске двигателя подтверждают условия холодного пуска двигателя, определяют точку кипения второго топлива в двигателе и в течение второго количества рабочих циклов двигателя непосредственно после пуска двигателя прокручивают коленчатый вал двигателя посредством стартера при второй частоте прокручивания, уменьшенной относительно номинальной частоты прокручивания, с заблокированной подачей искры и с подачей топлива в цилиндр через топливные форсунки во время и такта впуска, и такта сжатия в ответ на подтверждение условий холодного пуска и определение точки кипения второго топлива в двигателе, причем точка кипения второго топлива отличается от точки кипения первого топлива, при этом точку кипения второго топлива определяют в зависимости от состава второго топлива и при третьем пуске двигателя подтверждают условия горячего пуска двигателя, прокручивают коленчатый вал двигателя посредством стартера при номинальной частоте прокручивания с разблокированной подачей искры и с подачей топлива в цилиндр через топливные форсунки во время такта впуска в ответ на подтверждение условий горячего пуска. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, при третьем пуске двигателя двигатель прокручивают при номинальной частоте прокручивания независимо от точки кипения топлива. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, точка кипения первого топлива, определенная при первом пуске двигателя, ниже точки кипения второго топлива, определенной при втором пуске двигателя. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, температура заряда воздуха при первом пуске двигателя выше температуры заряда воздуха при втором пуске двигателя, а температура заряда воздуха при третьем пуске двигателя выше температуры заряда воздуха и при первом, и при втором пуске двигателя. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, и первая частота прокручивания, и вторая частота прокручивания зависит и от точки кипения впрыскиваемого топлива, и от температуры заряда воздуха, при этом и первая частота прокручивания, и вторая частота прокручивания уменьшается с увеличением точки кипения впрыскиваемого топлива и/или с уменьшением температуры заряда воздуха. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, вторая частота прокручивания ниже и первой частоты прокручивания, и номинальной частоты прокручивания. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, по завершении первого количества рабочих циклов двигателя прокручивают коленчатый вал двигателя при номинальной частоте прокручивания и по завершении второго количества рабочих циклов двигателя прокручивают коленчатый вал двигателя при номинальной частоте прокручивания, и разблокируют подачу искры и подачу топлива в цилиндр во время такта впуска, при этом первое количество рабочих циклов двигателя больше второго количества рабочих циклов двигателя.
В еще одном варианте система двигателя содержит: стартер, двигатель, содержащий впускной коллектор, множество цилиндров и выпускной коллектор, датчик температуры отработавших газов, соединенный с выпускным коллектором, датчик температуры заряда воздуха, соединенный с впускным коллектором, датчик положения коленчатого вала, соединенный с коленчатым валом, топливную систему, содержащую топливный бак и одну или более топливных форсунок, соединенных с указанным множеством цилиндров, датчик содержания спирта в топливе, соединенный с топливным баком, систему зажигания, содержащую одну или более свечей зажигания, соединенных с указанным множеством цилиндров и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для того, чтобы во время условий холодного пуска, в ответ на содержание спирта в топливе, большее порогового содержания спирта в топливе, приведения в действие стартера для прокручивания коленчатого вала двигателя при первой частоте прокручивания, меньшей номинальной частоты прокручивания, приведения в действие топливных форсунок для впрыскивания топлива от верхней мертвой точки (ВМТ) такта впуска до верхней мертвой точки (ВМТ) такта сжатия и блокирования подачи искры на некоторое количество рабочих циклов двигателя после пуска двигателя, и после завершения указанного количества рабочих циклов двигателя, приведения в действие стартера для прокручивания двигателя при номинальной частоте прокручивания, приведения в действие топливных форсунок для впрыскивания топлива от верхней мертвой точки (ВМТ) такта впуска до нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска и приведения в действие свечи зажигания для начала подачи искры в верхней мертвой точке (ВМТ) такта сжатия, пока не будет достигнута частота вращения холостого хода. В любом предыдущем примере, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для того, чтобы во время условий холодного пуска, в ответ на содержание спирта в топливе, меньшее порогового содержания спирта в топливе, приведения в действие стартера для прокручивания коленчатого вала двигателя при второй частоте прокручивания, меньшей номинальной частоты прокручивания, приведения в действие топливных форсунок для впрыскивания топлива от ВМТ такта впуска до НМТ такта впуска и разблокирования подачи искры во время каждого рабочего цикла двигателя после пуска двигателя и во время условий горячего пуска, независимо от содержания спирта в топливе, приведения в действие стартера для прокручивания коленчатого вала двигателя при номинальной частоте прокручивания, приведения в действие топливных форсунок для впрыскивания топлива от ВМТ такта впуска до НМТ такта впуска и разблокирования подачи искры во время каждого рабочего цикла двигателя после пуска двигателя. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для того, чтобы при холодном пуске, в ответ на событие пропуска зажигания, независимо от содержания спирта в топливе, приведения в действие стартера для прокручивания коленчатого вала двигателя при первой частоте прокручивания, меньшей номинальной частоты прокручивания, приведения в действие топливных форсунок для впрыскивания топлива от ВМТ такта впуска до ВМТ такта сжатия и блокирования подачи искры в течение указанного количества рабочих циклов двигателя после пуска двигателя, причем первая, меньшая номинальной, частота прокручивания меньшей второй, меньшей номинальной, частоты прокручивания, причем количество рабочих циклов двигателя зависит от содержания спирта в топливе, при этом количество рабочих циклов двигателя увеличивается с увеличением содержания спирта в топливе.
Таким образом, снижение частоты прокручивания до уровня ниже номинальной позволяет увеличить временной интервал для парообразования топлива. Увеличение временного интервала для парообразования обеспечивает возможность перехода в пар большего количества топлива без увеличения количества впрыскиваемого топлива, что повышает устойчивость горения, топливную экономичность и уменьшает выбросы несгоревших газообразных углеводородов. Технический эффект, достигаемый блокированием подачи искры в течение некоторого числа рабочих циклов двигателя при применении топлива с относительно высокой точкой кипения, состоит в возможности впрыска относительно большого количества топлива, в результате чего возрастает располагаемое количество перешедшего в пар топлива до начала сгорания. Регулирование частоты прокручивания, впрыска топлива и числа циклов без зажигания в зависимости от точки кипения топлива позволяет обеспечить наличие желаемого количества перешедшего в пар топлива для сгорания даже при применении топлив с относительно высоким спиртосодержанием. В целом, повышение степени парообразования топлива позволяет повысить эксплуатационные показатели двигателя, экономию топлива и качество выбросов.
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 осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. 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 необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более 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 представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы 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. Объект 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 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 наличие 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 первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.