СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ТОПЛИВНЫХ СМЕСЕЙ
METHOD FOR IDENTIFYING FUEL MIXTURES

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Подобные ДВС общеизвестны и приводятся в действие путем подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания на такте впуска. Для образования топливовоздушной смеси топливо в заданном количестве впрыскивается, распыляясь, топливными форсунками во впускной трубопровод, сообщающийся через впускное отверстие с камерой сгорания. Во впускном трубопроводе расположена дроссельная заслонка, которой при этом определяется то количество свежего воздуха, в котором он всасывается в направлении камеры сгорания. При открытии дроссельной заслонки происходит возрастание давления во впускном трубопроводе, вследствие чего снижается склонность впрыскиваемого топлива к испарению. Топливо, которое, например, при его впрыскивании топливной форсункой попадает на стенку впускного трубопровода, оседает также на ней вследствие своей сниженной склонности к испарению при открытии дроссельной заслонки. При закрытии же дроссельной заслонки давление во впускном трубопроводе снижается, склонность топлива к испарению возрастает, и топливо, осевшее на стенке впускного трубопровода, испаряется в ограниченное им пространство, в результате чего топливовоздушная смесь обогащается. В обоих случаях поступающее в камеру сгорания количество топлива, соответственно фактическое количество топлива отлично от предусмотренного, соответственно заданного его количества.
Поэтому общеизвестно согласование или регулирование предусмотренного количества топлива, впрыскиваемого во впускной трубопровод, в том отношении, чтобы компенсировать недостаточные, соответственно избыточные (дополнительные) количества топлива, обусловленные, например, оседанием топлива на стенке впускного трубопровода (т.е. компенсировать переобеднение, соответственно переобогащение рабочей смеси). В отсутствие такого согласования или при неверном согласовании существует опасность (пере-)обеднения, соответственно (пере-)обогащения топливовоздушной смеси в камере сгорания. В результате при таких условиях могут появиться "провалы" мощности двигателя вплоть до пропусков воспламенения. В том же случае, когда при впрыскивании топлива учитываются его недостаточные, соответственно избыточные количества и соответствующим образом согласуется количество впрыскиваемого топлива, существует возможность обеспечить равномерную работу ДВС с низким выбросом вредных веществ.
Известны далее ДВС, которые работают на топливной смеси, которая содержит несколько типов топлива, или которые могут работать на топливе нескольких возможных типов, но одномоментно только на одном из них. Известны прежде всего ДВС, работающие на топливной смеси, которая состоит из бензина и спиртов, прежде всего этанола и метанола, в разных соотношениях между первым и вторыми. Такие ДВС известны помимо прочего как ДВС типа "Flex-Fuel" (т.е. как ДВС с гибким выбором топлива) и прежде всего позволяют использовать для своей работы чистый бензин в том случае, когда предпочтительный режим работы ДВС на спиртах, соответственно на их смесях с бензином невозможен. Подобная ситуация возникает, например, в том случае, когда доступность спиртов временно или локально ограничена. Однако способность работать на разных топливных смесях требует также соответствующего согласования состава топливовоздушной смеси и момента зажигания с применяемой топливной смесью (прежде всего с ее составом), в первую очередь в том случае, когда состав топливной смеси изменяется. Для этого необходимо идентифицировать топливную смесь, соответственно тип топлива. С этой целью в уровне техники предусмотрено определение содержания спирта с помощью соответствующего датчика. Недостаток при этом состоит в том, что определение состава топлива сопряжено с дополнительными затратами из-за необходимости установки дополнительного измерительно-преобразовательного средства, такого, например, как датчик (концентрации) этанола.
Раскрытие изобретения
Преимущество предлагаемого в изобретении способа идентификации типа топлива или топливной смеси, состоящей из нескольких типов топлива, для двигателя внутреннего сгорания согласно главному пункту формулы изобретения перед уровнем техники состоит в возможности малозатратным и не связанным со значительными дополнительными расходами путем делать вывод о топливной смеси или типе топлива.
Согласно изобретению на первой стадии предлагаемого в нем способа предотвращают впрыскивание топлива в один из ведущих в камеру сгорания впускных каналов впускного трубопровода (т.е. в первый впускной канал), при этом топливо представляет собой либо топливо одного из нескольких возможных типов (т.е. тех типов топлива, на которых может работать данный ДВС), либо смесь таких типов топлива. Одновременно с этим на первой стадии в камеру сгорания по второму, соответственно по нескольким другим впускным каналам подают топливо в эквивалентном количестве, которое соответствует тому количеству топлива, в котором оно впрыскивается при работе в нормальном режиме в оба, соответственно во все впускные каналы впускного трубопровода (впускного коллектора).
На первой стадии то топливо, которое осело на стенке первого впускного канала, испаряется и обогащает топливовоздушную смесь, поступающую в камеру сгорания, при этом степень такого обогащения зависит от используемой топливной смеси или от используемого типа топлива.
Происходящее на первой стадии обогащение топливовоздушной смеси можно выявить по изменению лямбда-показателя. Лямбда-показатель, которым количественно оценивается остаточное содержание кислорода в отработавших газах (ОГ), выходящих из камеры сгорания, определяется при этом лямбда-зондом (кислородным датчиком), который расположен преимущественно на выходе камеры сгорания, соответственно на выходе множества имеющихся в ДВС камер сгорания или в выпускном тракте. На первой стадии прежде всего можно наблюдать временное обогащение топливовоздушной смеси, т.е. уменьшение лямбда-показателя.
На второй стадии предлагаемого в изобретении способа впрыскивают топливо первой топливной форсункой в первый впускной канал в первом тестовом количестве и второй топливной форсункой во второй впускной канал во втором тестовом количестве. Сумма первого и второго количеств топлива соответствует при этом заданному количеству топлива при работе в нормальном режиме, соответственно эквивалентному количеству топлива. В результате этого в первом впускном канале на его стенке оседает топливо, и происходит обеднение поступающей в камеру сгорания топливовоздушной смеси, при этом степень такого обеднения зависит от используемой топливной смеси или от используемого типа топлива. На второй стадии характер изменения лямбда-показателя соответствует временному обеднению топливовоздушной смеси, т.е. лямбда-показатель увеличивается.
Величина и продолжительность временного обогащения и/или временного обеднения топливовоздушной смеси являются мерой количественной разницы между фактическим и заданным количествами топлива в камере сгорания и зависят от того, на какой топливной смеси или на топливе какого типа работает ДВС. Благодаря этому величину и/или продолжительность временного обогащения и/или временного обеднения топливовоздушной смеси можно согласно изобретению использовать для идентификации типа топлива, соответственно для идентификации топливной смеси. Предлагаемый в изобретении способ прежде всего позволяет идентифицировать топливные смеси, которые состоят из одинаковых типов топлива в разных соотношениях между ними. Особое преимущество изобретения состоит при этом в том, что для идентификации типа топлива или топливной смеси используется уже предусмотренный в выпускном тракте ДВС лямбда-зонд и в возможности тем самым отказаться от применения дополнительного, связанного с дополнительными затратами измерительно-преобразовательного средства, такого, например, как датчик этанола. В том случае, если ДВС все же оснащен дополнительным датчиком этанола, идентификацию типа топлива или топливной смеси способом, заявленным в главном пункте формулы изобретения, можно эффективно использовать для контроля и диагностики датчика этанола либо в качестве меры, заменяющий неисправный датчик этанола (например, при его выходе из строя).
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения во впускной канал топливо впрыскивают при нормальных условиях работы в одинаковых первом и втором количествах и/или впрыскивают на второй стадии в одинаковых первом и втором тестовых количествах. Достигаемое при этом преимущество состоит в возможности использования конструктивно одинаковых топливных форсунок, благодаря чему исключаются дополнительные затраты, которые потребовались бы на изготовление топливных форсунок другой конструкции.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения изменение лямбда-показателя определяют (отслеживают) в начале и/или в процессе выполнения первой стадии и/или второй стадии. При регистрации изменения лямбда-показателя только при выполнении первой стадии или только при выполнении второй стадии удается эффективно снизить затраты на обработку результатов измерений, выполняемых лямбда-зондом. Отслеживание же изменения лямбда-показателя при выполнении первой стадии и при выполнении второй стадии позволяет повысить точность измерений. Аналогичным образом можно анализировать лишь величину изменения лямбда-показателя из-за временного обогащения, соответственно обеднения топливовоздушной смеси (вариант с минимизацией затрат) либо характер изменения лямбда-показателя во времени (вариант с оптимизацией по точности).
В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения по изменению лямбда-показателя идентифицируют тип топлива или топливную смесь, прежде всего ее состав, и затем на основании полученной информации на третьей стадии согласуют для работы в нормальном режиме количество впрыскиваемого топлива с типом топлива или топливной смесью, изменяя, например, продолжительность впрыскивания топлива. Достигаемое благодаря этому преимущество состоит в возможности сократить выброс вредных веществ при работе ДВС, соответственно оптимизировать его работу с точки зрения развиваемой им мощности, поскольку в камеру сгорания топливо не впрыскивается в излишнем количестве, т.е. в количестве, которое превышает необходимое для сгорания количество, соответственно в слишком малом количестве (прежде всего в сравнении с тем случаем, когда не осуществляется согласование количества впрыскиваемого топлива с конкретным типом топлива или с конкретной топливной смесью). Результаты идентификации типа топлива или топливной смеси равным образом можно использовать для согласования момента зажигания, соответственно момента воспламенения горючей смеси в камере сгорания при работе в нормальном режиме, при этом оптимальный для работы ДВС с низким выбросом вредных веществ и с оптимизированной развиваемой им мощностью момент зажигания зависит от топливной смеси или от типа топлива. В данном отношении преимущество предлагаемого в настоящем изобретении способа состоит в том, что после идентификации типа топлива или топливной смеси предусмотрено согласование момента зажигания с используемым типом топлива или с используемой топливной смесью, благодаря чему обеспечивается работа ДВС с низким выбросом вредных веществ и с оптимизированной развиваемой им мощностью. При этом по указанным причинам (т.е. с целью обеспечить возможность работы двигателя с низким выбросом вредных веществ и с оптимизированной развиваемой им мощностью) в особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа предпочтительно согласовывать с идентифицированным типом топлива, соответственно с идентифицированной топливной смесью оба параметра, а именно: количество впрыскиваемого топлива и момент зажигания.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ДВС представляет собой ДВС типа "Flex-Fuel" (ДВС с гибким выбором топлива), при этом идентификация топливной смеси используется для регулирования смесеобразования, т.е. состава предусмотренной для подачи в камеру сгорания смеси из кислорода и топлива, и для регулирования момента зажигания, которым определяется момент воспламенения топливовоздушной смеси, с целью обеспечить работу двигателя в эксплуатационном режиме с минимально возможным выбросом вредных веществ и с оптимизированным расходом топлива. Достигаемое при этом преимущество состоит в возможности отказаться от применения датчика спирта, прежде всего датчика этанола, обычно предусмотренного для обеспечения работы ДВС типа "Flex-Fuel" и обуславливающего дополнительные издержки при его производстве.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения процесс идентификации типа топлива, соответственно топливной смеси выполняется после смены топливной смеси или типа топлива. Достигаемое благодаря этому преимущество состоит в возможности менять тип топлива или топливную смесь для работы ДВС, не опасаясь того, что предусмотренное для впрыскивания количество топлива окажется не согласовано с новым типом топлива, соответственно с новой топливной смесью. Более того, в данном варианте идентифицируют новый тип топлива или новую топливную смесь и затем с ним/ней согласуют соответствующие параметры, т.е. количество выпрыскиваемого топлива и/или момент зажигания, с целью эффективно обеспечить таким путем работу ДВС с низким выбросом вредных веществ и с оптимизированной развиваемой им мощностью, даже когда изменились типы топлива или топливные смеси либо произошла замена топлива одного типа на топливную смесь или наоборот.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения тип заправленного для работы ДВС топлива неизвестен или заправленная для работы ДВС топливная смесь неизвестна. В этом случае согласно изобретению измеренное затем изменение лямбда-показателя ставят в соответствие данному типу топлива или данной топливной смеси. При этом прежде всего сохраняют в памяти вновь полученную информацию (а именно: информацию о соответствии измеренного изменения лямбда-показателя неизвестному топливу) и используют ее при следующем осуществлении предлагаемого в изобретении способа с целью идентификации типа топлива или идентификации топливной смеси. Достигаемое благодаря этому преимущество состоит в возможности увеличения количества пригодных для применения типов топлива или смесей топлив, для которых возможно согласование параметров впрыскивания топлива и момента зажигания, на протяжении всего срока службы ДВС.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения тип топлива известен или топливная смесь известна, однако при этом несмотря на впрыскивание топлива в согласованном с данным типом топлива или с данной топливной смесью количестве обнаруживают изменение лямбда-показателя, например при работе ДВС в нормальном режиме. Подобная ситуация возникает в том случае, когда, например, во впускном трубопроводе, соответственно в его впускном канале скапливаются загрязнения. При возникновении такой ситуации топливо впрыскивается в камеру сгорания в слишком большом или слишком малом количестве, хотя количество выпрыскиваемого топлива и было согласовано ранее с используемым типом топлива, соответственно с используемой топливной смесью. Для подобного случая в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрено повторное согласование количества впрыскиваемого топлива с конкретной топливной смесью, соответственно с конкретным типом топлива. Преимущество этого варианта осуществления настоящего изобретения состоит в возможности обеспечить работу ДВС с низким выбросом вредных веществ и с оптимизированной развиваемой им мощностью на протяжении всего срока его службы.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения контроль количества впрыскиваемого топлива осуществляется под управлением компьютера.
Настоящее изобретение более подробно рассмотрено в последующем описании на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан фрагмент ДВС.
На фиг. 2а схематично показан фрагмент ДВС при выполнении им первой стадии способа в соответствии с одним из рассматриваемых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом на фиг. 2б и фиг. 2в показаны графики изменения количества осевшего топлива во времени, а на фиг. 2г показан график изменения лямбда-показателя во времени.
На фиг. 3а схематично показан фрагмент ДВС при выполнении им второй стадии способа в соответствии с одним из рассматриваемых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом на фиг. 3б и фиг. 3в показаны графики изменения количества осевшего топлива во времени, а на фиг. 3г показан график изменения лямбда-показателя во времени.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 показан фрагмент ДВС 1, имеющего камеру 2 сгорания, топливную форсунку 12 с распылительным отверстием 14, впускной клапан 10', воспламеняющее средство 13, впускное отверстие 10 и впускной трубопровод с первым впускным каналом 11, в который впрыскивается топливо 3 в направлении камеры сгорания, при этом предусмотрен также второй впускной канал (на фиг. 1 не показан). Применяемое топливо может при этом представлять собой, например, топливо одного из множества возможных типов или топливную смесь, которая состоит из нескольких типов топлива, на которых может работать ДВС. При впрыскивании топлива оно распыляется в виде конусообразных струй, что на фиг. 1 обозначено штриховыми линиями.
На фиг. 2а схематично показан фрагмент ДВС 1 при выполнении им первой стадии способа в соответствии с одним из рассматриваемых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения. ДВС имеет камеру 2 сгорания, впускной трубопровод с первым и вторым впускными каналами 11, 21 и по меньшей мере по одной из расчета на каждый впускной канал топливной форсунке, т.е. по меньшей мере две топливные форсунки 12, 22. Камера 2 сгорания выполнена таким образом, что в ней может перемещаться поршень (не показан на чертеже), и имеет в своей стенке два впускных отверстия 10, 20, через которые впускается топливовоздушная смесь, и два выпускных отверстия 30, 31, через которые исходно образовавшиеся ("сырые") ОГ выпускаются по завершении процесса сгорания топливовоздушной смеси из камеры 2 сгорания в выпускные каналы 32, 33 выпускного трубопровода. На выходе камеры 2 сгорания обычно находится лямбда-зонд, способный определять остаточное содержание кислорода в ОГ. При работе в нормальном режиме обеими топливными форсунками 12, 22 топливо впрыскивается в заданном количестве, которое складывается из первого количества топлива, впрыскиваемого первой топливной форсункой (12), и из второго количества топлива, впрыскиваемого второй топливной форсункой (22), во впускные каналы 11, 21 в направлении соответствующих впускных отверстий 10, 20, в результате чего в соответствующем впускном канале совместно со всасываемым в него воздухом образуется топливовоздушная смесь. Количество всасываемого воздуха регулируется дроссельной заслонкой. В том случае, когда ДВС 1 должен, например, развивать повышенный крутящий момент, дроссельная заслонка открывается. В этом случае давление во впускном трубопроводе, соответственно в его впускном канале 11, 21 повышается, склонность топлива к испарению снижается, и часть топлива оседает на стенке впускного канала, при этом количество осевшего топлива зависит от типа топлива, соответственно от топливной смеси. Топливо, которое при его впрыскивании попало на стенку впускного канала, отсутствует в осевшем на стенке количестве в топливовоздушной смеси при ее поступлении в камеру 2 сгорания. При закрытии дроссельной заслонки давление во впускном трубопроводе, соответственно в его впускном канале падает, склонность топлива к испарению повышается, топливо, осевшее на стенке впускного канала, испаряется в его объем и в конечном итоге дополнительно поступает в камеру 2 сгорания, при этом количество испаряющегося топлива зависит от типа топлива, соответственно от топливной смеси.
На фиг. 2а представлена первая стадия предлагаемого в изобретении способа, на которой первую топливную форсунку 12 оставляют закрытой на протяжении по меньшей мере одного полного рабочего цикла, в результате чего топливо не впрыскивается в первый впускной канал 11, а пленка топлива на его стенке исчезает. Одновременно с этим второй топливной форсункой 22 топливо впрыскивается во второй впускной канал 21 в эквивалентном количестве 4, которое точно соответствует тому количеству топлива, в котором оно в общей сложности впрыскивалось бы совместно обеими топливными форсунками при работе в нормальном режиме (на чертеже такое условно двукратное количество топлива обозначено через 2х). Из приведенного на фиг. 2б графика следует, что на первой стадии количество 310 топлива, осевшего на стенке первого впускного канала, уменьшается с течением времени 300. В отличие от этого количество 320 топлива, осевшего на стенке второго впускного канала, остается постоянным с течением времени 300, как это показано на фиг. 2в.
С помощью лямбда-зонда устанавливают, что в процессе исчезновения пленки топлива на стенке впускного канала измеренное значение лямбда-показателя 330 уменьшается с течением времени 300. Такое уменьшение лямбда-показателя обозначается как временное обогащение топливовоздушной смеси и в графическом виде представлено на фиг. 2г.
На фиг. 3а схематично проиллюстрирована вторая стадия способа в соответствии с одним из рассматриваемых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения. На этой второй стадии первую топливную форсунку 12 вновь открывают и в первый впускной канал 11 впрыскивают топливо в первом тестовом количестве 6'. Это первое тестовое количество 6' топлива в сумме со вторым тестовым количеством 6 топлива, в котором оно впрыскивается второй топливной форсункой 22 во второй впускной канал 21, равняется тому количеству топлива, которое соответствует заданному количеству топлива при работе в нормальном режиме, соответственно эквивалентному количеству топлива. При выполнении второй стадии на стенке первого впускного канала 11 вновь оседает топливо, т.е. количество 310 топлива, осевшего на стенке первого впускного канала, увеличивается с течением времени 300. Сказанное в графическом виде представлено на фиг. 3б. Из приведенного на фиг. 3в графика следует, что количество 320 топлива, осевшего на стенке второго впускного канала, остается постоянным. На второй стадии устанавливают также, что лямбда-показатель 330 с течением времени 300 увеличивается. Такое увеличение лямбда-показателя обозначается как временное обеднение топливовоздушной смеси и в графическом виде представлено на фиг. 3г.
Продолжительность и величина временного обогащения топливовоздушной смеси, определяемого на проиллюстрированной на фиг. 2 первой стадии, равно как и величина и продолжительность временного обеднения топливовоздушной смеси, определяемого на проиллюстрированной на фиг. 3 второй стадии, зависят от используемого двигателем внутреннего сгорания для своей работы типа топлива или от используемой топливной смеси. Согласно настоящему изобретению предусмотрено использование такой зависимости для идентификации типа топлива или топливной смеси.