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

Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем случае, к способам и системам для переменной подачи топлива для двигателя, который содержит инжекторы распределенного и прямого впрыска. Переменная подача топлива относится к регулированию количеств поставляемого в цилиндры двигателя топлива на основе образования капель топлива и рассеяния капель топлива для того, чтобы в цилиндрах двигателя сгорало требуемое количество топлива.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Инжекторы распределенного впрыска топлива и инжекторы прямого впрыска топлива имеют свои преимущества и недостатки при впрыске топлива в двигатель. Например, инжекторы распределенного впрыска топлива могут обеспечить снижение выбросов двигателя при более низких температурах двигателя. С другой стороны, инжекторы прямого впрыска топлива могут обеспечить улучшенное регулирование воздушно-топливного отношения, тем самым улучшая автомобильные выбросы в условиях эксплуатации прогретого двигателя. При объединении инжекторов распределенного впрыска топлива и инжекторов прямого впрыска топлива можно использовать преимущества обоих типов топливных инжекторов.
Требуемое количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя во время цикла двигателя (например, четырех тактов), может быть распределено между топливными инжекторами распределенного впрыска и топливными инжекторами прямого впрыска. Распределение топлива по каждому типу топливного инжектора может определяться как доля топлива или процент от общего количества топлива, впрыскиваемого во время цикла двигателя через соответствующие топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска. Например, 20% или 0.2 от общего количества топлива, поданного в двигатель или цилиндр во время цикла цилиндра, или 20%-ная доля топлива прямого впрыска топлива может подаваться через топливные инжекторы прямого впрыска. Оставшиеся 80%, или 80%-ная доля топлива распределенного впрыска топлива, могут подаваться в двигатель или цилиндр через топливные инжекторы распределенного впрыска. Таким образом, топливные инжекторы прямого впрыска подают 20%-ную долю топлива, подаваемого во время цикла цилиндра, а топливные инжекторы распределенного впрыска подают 80%-ную долю топлива, подаваемого во время цикла цилиндра. Доля прямого впрыска топлива и доля распределенного впрыска топлива могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации двигателя, таких как частота вращения двигателя и нагрузка двигателя, или давление во впускном коллекторе. Тем не менее, при подаче топлива инжекторами распределенного впрыска, во впускных окнах цилиндра могут образовываться капли топлива. Кроме того, при определенных условиях, капли топлива могут образовываться внутри цилиндра и при впрыске топлива через инжекторы прямого впрыска. Масса капель топлива лужи может увеличиваться или уменьшаться при переменных условиях, приводя к ошибкам в воздушно-топливной смеси двигателя, так как капли топлива расширяются и сжимаются в зависимости от условий эксплуатации двигателя. Таким образом, может потребоваться обеспечение возможности компенсации образования и/или рассеяния капель топлива для двигателя, содержащего инжекторы и распределенного и прямого впрыска топлива.
Авторы настоящего изобретения признают вышеупомянутые недостатки и разработали способ подачи топлива, который содержит: получение информации по эксплуатации двигателя от датчиков; регулировку доли топлива прямого впрыска топлива от общего количества впрыскиваемого в цилиндр топлива на основе информации по эксплуатации двигателя; фильтрацию доли топлива прямого впрыска топлива; и регулировку количества впрыскиваемого в цилиндр топлива в соответствии с разностью между долей топлива прямого впрыска топлива и отфильтрованной долей топлива прямого впрыска топлива.
Фильтрация доли прямого впрыска топлива может обеспечить технический результат по улучшению контроля переменной подачи топлива в условиях, когда впрыскиваемое количество топлива меняется в соответствии с условиями, которые могут увеличивать или уменьшать массу одной или более капель топлива в двигателе. Регулирование переменной подачи топлива может уменьшать количество впрыскиваемого топлива, когда предполагается, что капли топлива рассеиваются и сгорают в цилиндре. Регулирование переменной подачи топлива может увеличивать количество впрыскиваемого топлива, когда предполагается, что капли топлива увеличиваются, а не вводятся в цилиндр, и не участвуют в процессе сгорания внутри цилиндра. Увеличение или уменьшение количества впрыскиваемого топлива может регулироваться на основе доли топлива прямого впрыска топлива, чтобы компенсировать изменения в пропорции топлива, впрыскиваемого инжекторами прямого и/или распределенного впрыска. Компенсация применяется для обеспечения количества топлива в цилиндре, равного требуемому количеству топлива в цилиндре, даже когда размер капель топлива увеличивается или уменьшается.
Настоящее изобретение может обеспечить ряд преимуществ. В частности, данный подход может улучшить регулирование воздушно-топливного отношения автомобиля. Кроме того, данный подход можно интегрировать с существующими стратегиями управления переменной подачей топлива для сокращения затрат на разработку. В дополнение к этому, данный подход может предоставить регулировки, как коэффициента усиления, так и постоянной времени на основе доли топлива прямого впрыска так, что даже когда общая масса впрыскиваемого в двигатель топлива не увеличивается, количество топлива, подаваемого в топливные инжекторы прямого и распределенного впрыска можно регулировать с учетом капель топлива, связанных с распределенным и прямым впрыском топлива.
Вышеуказанные преимущества и другие преимущества, а также признаки настоящего изобретения станут очевидно выраженными из последующего «Осуществления изобретения», взятые по отдельности или в сочетании с сопровождающими чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
на фиг. 1 показана упрощенная схема примерного двигателя;
на фиг. 2 показана примерная таблица эмпирически определенных долей топлива распределенного и прямого впрыска;
на фиг. 3 показан условный цикл эксплуатации примерного двигателя в соответствии со способом на фиг. 5;
на фиг. 4 показана функциональная схема системы управления для регулирования подачи топлива при переменных режимах эксплуатации двигателя; и
на фиг. 5 показан примерный способ для регулирования подачи топлива при переменных режимах эксплуатации двигателя.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к системам и способам для регулирования подачи топлива в двигатель при переменных режимах эксплуатации двигателя. На фиг. 1 показан примерный двигатель, который содержит топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска. Примерная таблица, хранящая эмпирически определенные доли топлива распределенного и прямого впрыска, показана на фиг. 2. Условный цикл эксплуатации примерного двигателя, показывающий регулирование переменной подачи топлива, показан на фиг. 3. На фиг. 4 показана примерная функциональная схема для регулирования подачи топлива при переменных режимах эксплуатации двигателя. Примерный способ для регулирования подачи топлива в двигатель при переменных режимах эксплуатации двигателя показан на фиг. 5.
Теперь рассмотрим фиг. 1, на котором изображена упрощенная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10. Двигатель 10 может, по меньшей мере, частично управляться системой управления, содержащей контроллер 12, и вводом от водителя 182 автомобиля, а также через устройство 180 ввода. В этом примере, устройство 180 ввода содержит педаль акселератора и датчик 184 положения педали для выдачи сигнала, пропорционального положению педали.
Камера 32 сгорания двигателя 10 может содержать цилиндр, образованный стенками 34 цилиндра с расположенным внутри поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня переводится во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с, по меньшей мере, одним приводным колесом автомобиля через систему промежуточной трансмиссии. Кроме того, стартерный мотор может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для обеспечения запуска двигателя 10.
Камера 32 сгорания может принимать воздух на впуске из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускать выделяющиеся при горении газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 32 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых примерах, камера 32 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В данном примере, регулировка впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может осуществляться кулачковым приводом с помощью соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может содержать один или более кулачков и использовать одну или более из систем переключения профилей кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ), и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12 для регулирования работы клапана. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определить с помощью датчиков 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных примерах, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут регулироваться с помощью электропривода клапанов. Например, цилиндр 32 может альтернативно содержать впускной клапан, регулируемый электроприводом клапанов и выпускной клапан, регулируемый кулачковым приводом, содержащим системы ППК и/или ИФКР.
Топливный инжектор 69 прямого впрыска показан соединенным напрямую с камерой 32 сгорания для непосредственного впрыска туда топлива соразмерно ширине импульса сигнала, полученного от контроллера 12. Таким образом, топливный инжектор 69 прямого впрыска обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру 32 сгорания. Топливный инжектор может быть установлен в боковой части камеры сгорания или, например, в верхней части камеры сгорания. Топливо может доставляться в топливный инжектор 69 с помощью топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос, и топливную рампу. В некоторых примерах, камера 32 также снабжается топливом через топливный инжектор 67 распределенного впрыска. Топливный инжектор 67 распределенного впрыска расположен во впускном коллекторе 44 в конфигурации, которая обеспечивает так называемый распределенный (или, точечный) впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от камеры 32 сгорания.
Подача искры в камеру 32 сгорания осуществляется свечой 66 зажигания. Система зажигания может дополнительно содержать катушку зажигания (не показана) для повышения напряжения, подаваемого на свечу 66 зажигания. В других примерах, таких как дизель, свеча 66 зажигания может не использоваться.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В данном конкретном примере, угол поворота дроссельной заслонки 64 может изменяться контроллером 12 через сигнал, подаваемый на электрический мотор или исполнительный механизм, относящийся к дросселю 62 - такую конфигурацию обычно называют электронной регулировкой дросселя (ЭРД). Таким образом, дроссель 62 может использоваться для регулирования подачи впускного воздуха в камеру 32 сгорания среди других цилиндров двигателя. Угол поворота дроссельной заслонки 64 может предоставляться контроллеру 12 посредством сигнала угла поворота дросселя. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для измерения количества воздуха, поступающего в двигатель 10.
Датчик 127 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 контроля выбросов в соответствии с направлением потока отработавших газов. Датчик 127 может быть любым подходящим датчиком для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения отработавших газов, таким как линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик кислорода в отработавших газах), датчик кислорода в двух состояниях ДКОГ, НДКОГ (ДКОГ с подогревом), датчик NOx, НС, или СО. В одном из примеров, датчик 127 отработавших газов, расположенный выше по потоку, является датчиком УДКОГ, выполненным с возможностью обеспечения вывода сигналов, таких как сигнал напряжения, который пропорционален количеству кислорода, присутствующего в отработавших газах. Контроллер 12 преобразует выходной сигнал датчика кислорода в воздушно-топливное отношение отработавших газов с помощью функции преобразования в датчике кислорода.
Устройство 70 контроля выбросов показано расположенным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 127 отработавших газов. Устройство 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), уловителем NOx, любыми другими устройствами контроля выбросов, или их комбинациями. В некоторых примерах, во время эксплуатации двигателя 10 устройство 70 контроля выбросов может периодически переустанавливаться, управляя по меньшей мере одним цилиндром двигателя в пределах определенного воздушно-топливного отношения.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 102, входной/выходной порты 104, электронный накопитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в виде чипа 106 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) (например, долговременной памяти) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110, и шину данных. Контроллер 12, в дополнение к ранее упомянутым сигналам, может принимать различные сигналы от датчиков, подсоединенных к двигателю 10, содержащие измерения массового расхода засосанного воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха, температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 123 температуры, соединенного с рукавом 114 охлаждения; сигнал положения двигателя от датчика 118 Холла (или другого типа), измеряющего положение коленчатого вала 140; угол поворота дросселя от датчика 165 угла поворота дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя может генерироваться контроллером 12 от датчика 118 положения коленчатого вала. Сигнал давления в коллекторе также обеспечивает индикацию вакуума или давления во впускном коллекторе 44. Следует отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, таких как датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. Во время эксплуатации двигателя, крутящий момент двигателя может быть выведен из выходного сигнала датчика 122 ДВК и частоты вращения двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с зарегистрированной частотой вращения двигателя, может быть основой для расчета загрузки смеси (содержащей воздух), засасываемой в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118 положения коленчатого вала, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может выдавать заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Носитель 106 с постоянным запоминающим устройством может быть запрограммирован машиночитаемыми данными, представляющими команды в долговременной памяти, исполняемые процессором 102 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов.
Во время работы каждый цилиндр внутри двигателя 10, как правило, проходит четырехтактный цикл, который содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения, и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вводится в камеру 32 сгорания через впускной коллектор 44, при этом поршень 36 перемещается к нижней части цилиндра таким образом, чтобы увеличить объем внутри камеры 32 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в нижней части цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 32 сгорания имеет наибольший объем) обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (НМТ).
Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра таким образом, чтобы сжимать воздух внутри камеры 32 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 32 сгорания имеет наименьший объем) обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, называемом в дальнейшем впрыском, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, называемом в дальнейшем зажиганием, впрыскиваемое топливо воспламеняется известными способами зажигания, такими как свеча 66 зажигания, приводящими к возгоранию.
Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня во вращательный крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что вышеизложенное приведено лишь в качестве примера, и что регулирование фаз открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов может изменяться для того, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрытие впускного клапана, или различные другие примеры.
Как было описано выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом каждый цилиндр, может таким же образом содержать свой собственный набор впускного/выпускного клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.
Таким образом, система на фиг. 1 представляет систему двигателя, которая содержит: двигатель, содержащий топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска; и контролер, содержащий инструкции в долговременной памяти для регулировки подачи топлива в двигатель через топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска, при этом данная регулировка содержит регулировку количества впрыскиваемого в двигатель топлива в соответствии с разностью между долей топлива прямого впрыска топлива и отфильтрованной долей топлива прямого впрыска топлива. Система дополнительно содержит дополнительные инструкции для регулировки подачи топлива в двигатель через топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска в соответствии с разностью между требуемой массой впрыска топлива и отфильтрованной требуемой массой впрыска топлива. Система дополнительно содержит дополнительную инструкцию для умножения данной разности на коэффициент, основанный на температуре хладагента двигателя и давлении во впускном коллекторе. Система дополнительно содержит дополнительные инструкции для умножения данной разности на массу топлива - массу топлива, основанную на частоте вращения и крутящем моменте двигателя. Система дополнительно содержит дополнительные инструкции для определения доли топлива, впрыскиваемого топливными инжекторами прямого впрыска. Система содержит, что количество топлива, впрыскиваемого через топливные инжекторы прямого впрыска, основано на данной доле топлива.
Теперь рассмотрим фиг. 2, на котором изображена таблица для определения долей топлива распределенного и прямого впрыска топлива в общем количестве топлива, подаваемого в двигатель во время цикла двигателя. Таблица на фиг. 2 может быть основой для определения доли топлива прямого впрыска топлива, как раскрыто в способе на фиг. 5. Вертикальная ось представляет частоту вращения двигателя и частоты вращения двигателя идентифицируются по вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет нагрузку двигателя и значения нагрузки двигателя идентифицируются по горизонтальной оси. В данном примере, ячейки 200 таблицы содержат по два значения, разделенные запятой. Значения слева от запятой представляют доли топлива распределенного впрыска топлива, а значения справа от запятой - доли топлива прямого впрыска топлива. Например, в табличном значении, соответствующем 2000 об/мин и нагрузке 0.2, хранятся эмпирически определенные значения 0.4 and 0.6. Значение 0.4 или 40% является долей топлива распределенного впрыска топлива, а значение 0.6 или 60% является долей топлива прямого впрыска топлива. Следовательно, если требуемая масса впрыска топлива составляет 1 грамм топлива во время цикла двигателя, 0.4 грамма топлива является топливом распределенного впрыска, а 0.6 грамма топлива является топливом прямого впрыска. В других примерах, таблица может хранить в каждой ячейке таблицы только одиночное значение, а другое соответствующее значение можно определить вычитанием данного табличного значения из единицы. Например, если ячейка таблицы для 2000 об/мин и нагрузки 0.2 содержит одиночное значение 0.6 для доли топлива прямого впрыска, доля топлива распределенного впрыска будет 1-0.6=0.4.
Можно заметить, что в этом примере доля распределенного впрыска топлива является наибольшей при более низких частотах вращения и нагрузках двигателя. Доля прямого впрыска топлива является наибольшей при среднем уровне частот вращения и нагрузок двигателя. Доля распределенного впрыска топлива увеличивается при более высоких частотах вращения двигателя, когда можно сократить время прямого впрыска топлива в цилиндр из-за уменьшения времени между моментами сгорания в цилиндре. Можно заметить, что при изменении частоты вращения двигателя без изменения нагрузки двигателя, доли распределенного и прямого впрыска топлива могут меняться.
Теперь рассмотрим фиг. 3, на котором показан примерный цикл управления переменной подачей топлива в соответствии со способом на фиг. 5. Прохождение цикла обеспечивается системой на фиг. 1. Вертикальные маркеры во время Т1 и время Т2 обозначают важные временные моменты данного цикла.
Первая диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой частоты вращения двигателя от времени. Вертикальная ось представляет частоту вращения двигателя, и частота вращения двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны диаграммы в правую сторону диаграммы.
Вторая диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой нагрузки двигателя от времени. Вертикальная ось представляет нагрузку двигателя, и нагрузка двигателя (например, заряд воздуха в цилиндре, деленный на теоретический максимум заряда воздуха в цилиндре) увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны диаграммы в правую сторону диаграммы.
Третья диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой полной массы топлива, впрыскиваемого в двигатель во время цикла двигателя от времени. Вертикальная ось представляет полную массу топлива, впрыскиваемого в двигатель во время цикла двигателя, и полная масса впрыска топлива увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны диаграммы в правую сторону диаграммы.
Четвертая диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой массы топлива распределенного впрыска во время цикла двигателя от времени. Вертикальная ось представляет массу топлива распределенного впрыска во время цикла двигателя и масса топлива распределенного впрыска во время цикла двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны диаграммы в правую сторону диаграммы.
Пятая диаграмма сверху на фиг. 3 является диаграммой массы топлива прямого впрыска во время цикла двигателя от времени. Вертикальная ось представляет массу топлива прямого впрыска во время цикла двигателя и масса топлива прямого впрыска во время цикла двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, которое возрастает с левой стороны диаграммы в правую сторону диаграммы.
Масса топлива распределенного впрыска во время цикла двигателя, сложенная с массой топлива прямого впрыска во время цикла двигателя, составляют в сумме общую массу топлива, впрыскиваемого во время цикла двигателя. Каждая из пяти диаграмм происходит в то же самое время, что и другие диаграммы.
В момент времени Т0, частота вращения двигателя постепенно увеличивается в соответствии с запрашиваемым водителем крутящим моментом (не показан). Нагрузка двигателя постоянна, также как и полная масса топлива, впрыскиваемого в двигатель во время цикла двигателя, постоянна. Масса топлива распределенного впрыска и масса топлива прямого впрыска также постоянны. Частота вращения двигателя постепенно увеличивается до момента времени Т1.
В момент времени Т1, коробка передач (не показана), соединенная с двигателем, повышает передачу с пониженной передачи на повышенную передачу (например, с первой передачи на вторую передачу). Следовательно, частота вращения двигателя снижается без изменения водителем запрашиваемого водителем крутящего момента. Нагрузка двигателя остается постоянной, так как не изменился запрашиваемый водителем крутящий момент. Полная масса топлива, которая может быть основана на запрашиваемом водителем крутящем моменте, также остается на постоянном уровне. Тем не менее, доля распределенного впрыска топлива, как и доля прямого впрыска топлива, изменяются в соответствии с изменением частоты вращения двигателя. В частности, доля распределенного впрыска топлива увеличивается, а доля прямого впрыска топлива уменьшается. Изменение долей распределенного и прямого впрыска топлива вызывает изменение массы капель топлива распределенного впрыска. В частности, масса капель топлива распределенного впрыска увеличивается таким образом, что компенсация переменной подачи топлива подает дополнительное топливо в цилиндры двигателя через топливные инжекторы распределенного впрыска и уменьшает подачу топлива в цилиндры двигателя через топливные инжекторы прямого впрыска. За счет увеличения количества топлива, впрыскиваемого через топливные инжекторы распределенного впрыска, количество топлива, поступающего в цилиндр через топливные инжекторы распределенного впрыска, является требуемым количеством топлива, поступающего в цилиндр через топливный инжектор распределенного впрыска. Дополнительное количество топлива идет на увеличение массы капель топлива, тем самым снижая вероятность ошибок воздушно-топливного отношения двигателя, связанных с распределенным впрыском топлива. Количество топлива прямого впрыска уменьшается так, чтобы общее количество впрыскиваемого топлива оставалось тем же самым. Тем не менее, в некоторых примерах, общее количество топлива можно увеличить на некоторое время (например, отрезок, соответствующий постоянному времени) для отражения добавления топлива в капли топлива во впускных окнах двигателя.
Между моментами времени Т1 и Т2, частота вращения двигателя постепенно увеличивается по мере ускорения автомобиля. Также, масса топлива распределенного впрыска уменьшается, даже если нагрузка двигателя и полная масса впрыска топлива остаются постоянными. При уменьшении массы топлива распределенного впрыска масса топлива прямого впрыска в двигатель увеличивается для компенсации уменьшения топлива распределенного впрыска.
В момент времени Т2, нагрузка двигателя уменьшается в соответствии с уменьшением водителем запрошенного водителем крутящего момента (не показан). Частота вращения двигателя остается постоянной, так как автомобиль больше не ускоряется из-за уменьшения запрашиваемого водителем крутящего момента. Изменение запрашиваемого водителем крутящего момента и нагрузки двигателя вызывают уменьшение полной массы топлива, впрыскиваемого в двигатель. Следовательно, доля распределенного впрыска топлива увеличивается, что показано через увеличивающуюся массу топлива распределенного впрыска в цилиндр. Масса топлива распределенного впрыска увеличивается до значения большего, чем было бы впрыснуто в двигатель при той же стабильной нагрузке двигателя таким образом, чтобы во впускном окне образовались капли топлива на подходящем для новой нагрузки двигателя уровне. Масса топлива прямого впрыска уменьшается для компенсации увеличения массы топлива распределенного впрыска, компенсируя, таким образом, увеличение массы топлива распределенного впрыска. Увеличение массы топлива распределенного впрыска длится в течение заданного периода времени на основании постоянной времени фильтра переменной подачи топлива и затем, масса топлива распределенного впрыска достигает значения стабильного состояния, которое соответствует доле топлива распределенного впрыска и полной массе топлива, впрыскиваемого в цилиндр.
Таким образом, количество топлива распределенного впрыска и количество топлива прямого впрыска можно отрегулировать для компенсации топлива, попадающего в капли топлива и увеличивающего массу капель топлива во впускном коллекторе, и топлива, выходящего из капель топлива и уменьшающего массу капель топлива во впускном коллекторе. Компенсация количества топлива распределенного впрыска и количества топлива прямого впрыска может обеспечить улучшенное регулирование воздушно-топливного отношения при переменных режимах эксплуатации двигателя.
Теперь рассмотрим фиг. 4, на котором функциональная схема 400 является контрольной функциональной схемой для описания топливной компенсации топлива распределенного впрыска и топливной компенсации топлива прямого впрыска для двигателя, работающего при переменных или изменяющихся режимах эксплуатации.
Требуемая масса топлива вводится в суммирующее соединение 402 и фильтр 406. Требуемая масса топлива может быть основана на частоте вращения и запрошенном водителем крутящем моменте двигателя. Кроме того, к требуемой массе топлива можно добавить регулировку воздушно-топливного отношения с использованием обратной связи от датчиков кислорода в отработавших газах (например, датчика 127). Например, ошибка между требуемым воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением, измеренным датчиком, может быть обработана алгоритмом управления таким, как пропорционально-интегральный алгоритм для проведения регулировки требуемой массы топлива с использованием обратной связи. Таким образом, обратная связь воздушно-топливного отношения не зависит от эффектов изменения доли ПВ (прямого впрыска) и можно получить улучшенную систему регулировки. Другими словами, взаимодействия отрицательной обратной связи (такие как упреждающая регулировка, описанная в настоящем документе, и основанная на изменениях в доле ПВ, которые компенсируются коррекцией с обратной связью) можно уменьшить, так как доля ПВ регулируется не напрямую на основании любой регулировки с обратной связью. Наоборот, коррекция воздушно-топливного отношения с обратной связи фактически регулирует количество впрыскиваемого топлива только через требуемую массу топлива.
Запрашиваемый водителем крутящий момент может основываться на положении педали акселератора и скорости автомобиля. Давление воздуха в коллекторе (ДВК), время от старта двигателя, синхронизация впускных и выпускных клапанов двигателя, температура на клапанах, частота вращения двигателя, испаряемость сжигаемого в двигателе топлива, расход топлива двигателем, и доля топлива прямого впрыска (ПВ) вводятся в блок 404. В блоке 404, определяются постоянная времени и коэффициент усиления первого фильтра на основе введенных в блок 404 параметров. В одном из примеров, эти параметры индексируют таблицы и/или функции эмпирически определенных значений, которые при объединении, выдают коэффициент усиления и постоянную времени фильтра. Коэффициент усиления и постоянная времени фильтра вводятся в блок 406.
В блоке 406, требуемая масса топлива фильтруется. Фильтр может иметь форму низкочастотного фильтра первого порядка. Блок 406 выдает отфильтрованную массу топлива в суммирующее соединение 402, где отфильтрованная требуемая масса топлива вычитается из требуемой массы топлива. Получаемая масса топлива направляется в суммирующее соединение 410.
Доля топлива прямого впрыска (ПВ) вводится в суммирующее соединение 424 и фильтр 422. Доля топлива прямого впрыска может быть определена из справочной таблицы, как показано на фиг. 2. В одном из примеров, доля топлива прямого впрыска основана на частоте вращения двигателя и нагрузке или крутящем моменте двигателя. Давление во впускном коллекторе двигателя, температура двигателя, и доля топлива прямого впрыска топлива вводятся в блок 420, где определяются постоянная времени и коэффициент усиления для второго фильтра. В одном из примеров, эти параметры индексируют таблицы и/или функции эмпирически определенных значений, которые при объединении, выдают коэффициент усиления и постоянную времени фильтра. Коэффициент усиления и постоянная времени фильтра вводятся в блок 422.
В блоке 422, доля топлива прямого впрыска топлива фильтруется. Фильтр может иметь форму низкочастотного фильтра первого порядка. Блок 422 выдает отфильтрованную долю топлива прямого впрыска топлива в суммирующее соединение 424, где отфильтрованная доля топлива прямого впрыска топлива вычитается из доли топлива прямого впрыска топлива. Получаемая доля топлива прямого впрыска топлива направляется в блок 426, где она умножается на коэффициент усиления (КУ). В одном из примеров, данный коэффициент усиления является эмпирически определенным значением, которое индексируется и изменяется вместе с температурой хладагента двигателя и давлением во впускном коллекторе двигателя. Выход из блока 426 направляется в умножающее соединение 428, где он умножается и скалируется на требуемую массу топлива. Выход из умножающего соединения 428 добавляется к выходу из суммирующего соединения 402 в суммирующем соединении 410. И, наконец, выход из суммирующего соединения выдается в суммирующее соединение 412, где он добавляется к требуемой массе топлива для предоставления массы топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя. Таким образом, масса топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя, является требуемой массой топлива, сложенной с массой топлива, основанной на доле топлива прямого впрыска топлива, и с массой топлива, основанной на отфильтрованной требуемой массе топлива. В блоке 408, масса впрыска топлива выдается в цилиндры двигателя через топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска. Доля распределенного впрыска топлива и доля прямого впрыска топлива определяют массу топлива, впрыскиваемого в двигатель через соответствующие топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска.
Теперь рассмотрим фиг. 5, на котором показан способ по регулировке количества подаваемого в двигатель топлива. Способ на фиг. 5 может увеличивать или уменьшать базовое количество или требуемое количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя, для компенсации топлива, увеличивающего массу капель во впускном окне двигателя, или топлива, уменьшающего массу капель во впускном окне двигателя. Кроме того, при некоторых условиях, данный способ может увеличивать или уменьшать требуемое количество топлива для компенсации топлива, увеличивающего или уменьшающего массу капель топлива в цилиндре двигателя из-за прямого впрыска топлива. По меньшей мере, части способа на фиг. 5 могут содержаться в исполняемых командах, хранящихся в долговременной памяти. Кроме того, части способа на фиг. 5 могут быть действиями, выполняемыми контроллером в реальном режиме для преобразования работы топливного инжектора.
На шаге 502, способ 500 определяет условия эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя могут определяться через получение данных от датчиков и исполнительных механизмов в двигателе и автомобильной системе. Условия эксплуатации двигателя могут содержать, но не ограничиваются этим, частоту вращения двигателя, запрошенный водителем крутящий момент, нагрузку двигателя, температуру хладагента двигателя, давление во впускном коллекторе двигателя, время от старта двигателя, синхронизацию клапанов, испаряемость топлива, и температуру топлива. Кроме того, на шаге 502, могут определяться условия эксплуатации автомобиля, такие как скорость автомобиля. Способ 500 переходит к шагу 504 после определения условий эксплуатации двигателя.
На шаге 504, способ 500 определяет требуемую массу топлива на основе условий эксплуатации. В одном из примеров, требуемая масса топлива эмпирически определяется и хранится в таблице на основе частоты вращения двигателя и запрошенного водителем крутящего момента. Данная таблица индексируется через частоту вращения двигателя и запрошенный водителем крутящий момент. В других примерах, требуемая масса топлива основана на количестве воздуха, подаваемого в двигатель и требуемом воздушно-топливном отношении двигателя. Требуемая масса топлива определяется для каждого цилиндра двигателя.. Способ 500 переходит к шагу 506 после определения требуемой массы топлива.
На шаге 506, способ 500 определяет постоянную времени и коэффициент усиления для требуемой массы топлива. Постоянная времени представляет число циклов двигателя, за которое масса капель топлива во впускном коллекторе достигнет равновесной массы капель топлива после изменения условий эксплуатации двигателя (например, частоты вращения и нагрузки). Коэффициент усиления представляет изменение величины массы топлива, попадающего и выходящего из капель топлива, реагирующих на изменение условий эксплуатации. В одном из примеров, постоянная времени и коэффициент усиления эмпирически определяются и хранятся в таблицах и/или функциях, которые индексируются на основе давления во впускном коллекторе двигателя, времени от старта, синхронизации клапанов, температуры клапанов, частоты вращения двигателя, расхода топлива, испаряемости топлива, температуры хладагента двигателя, температуры топлива, и доли топлива прямого впрыска топлива. Данные таблицы и/или функции выдают постоянную времени и коэффициент усиления для требуемой массы топлива. Способ 500 переходит к шагу 508 после определения постоянной времени и коэффициента усиления для требуемой массы топлива.
На шаге 508, способ 500 определяет отфильтрованную требуемую массу топлива на основе требуемой массы топлива. В частности, коэффициент усиления и постоянная времени, определенные на шаге 506, являются параметрами низкочастотного фильтра, требуемая масса топлива вводятся в данный низкочастотный фильтр, и данный низкочастотный фильтр выдает отфильтрованную требуемую массу топлива. Способ 500 переходит к шагу 510 после фильтрации требуемой массы топлива.
На шаге 510, способ 500 определяет первую регулировку подачи топлива на основе отфильтрованной требуемой массы топлива. В частности, отфильтрованная масса топлива вычитается из требуемой массы топлива для определения первой регулировки подачи топлива. Способ 500 переходит к шагу 512 после определения первой регулировки подачи топлива.
На шаге 512, способ 500 определяет долю топлива прямого впрыска (ПВ) от общего количества топлива, подаваемого в двигатель. В одном из примеров, доля топлива прямого впрыска определяется эмпирически и хранится в таблице, показанной на фиг. 2. Данная таблица индексируется частотой вращения двигателя и нагрузкой или крутящим моментом, и данная таблица выдает долю топлива прямого впрыска. Способ 500 переходит к шагу 514 после определения доли топлива прямого впрыска.
На шаге 514, способ 500 определяет постоянную времени и коэффициент усиления для доли топлива прямого впрыска топлива. Постоянная времени представляет число циклов двигателя, за которое масса капель топлива во впускном коллекторе достигнет равновесной массы капель топлива после изменения доли топлива прямого впрыска. Коэффициент усиления представляет изменение величины массы топлива, попадающего и выходящего из капель топлива, реагирующих на изменение доли топлива прямого впрыска. В одном из примеров, постоянная времени и коэффициент усиления эмпирически определяются и хранятся в таблицах и/или функциях, которые индексируются на основе давления во впускном коллекторе двигателя, частоты вращения двигателя, расхода топлива, температуры хладагента двигателя, и доли топлива прямого впрыска топлива. Данные таблицы и/или функции выдают постоянную времени и коэффициент усиления для требуемой доли топлива прямого впрыска топлива. Способ 500 переходит к шагу 516 после определения постоянной времени и коэффициента усиления для требуемой доли топлива прямого впрыска.
На шаге 516, способ 500 определяет отфильтрованную долю топлива прямого впрыска топлива на основе доли топлива прямого впрыска топлива. В частности, коэффициент усиления и постоянная времени, определенные на шаге 514, являются параметрами низкочастотного фильтра, доля топлива прямого впрыска топлива вводится в данный низкочастотный фильтр, и данный низкочастотный фильтр выдает отфильтрованную долю топлива прямого впрыска топлива. Способ 500 переходит к шагу 518 после фильтрования доли топлива прямого впрыска топлива.
На шаге 518, способ 500 определяет разность между отфильтрованной долей топлива прямого впрыска топлива и долей топлива прямого впрыска топлива. В частности, отфильтрованная доля топлива прямого впрыска топлива вычитается из доли топлива прямого впрыска топлива. Способ 500 переходит к шагу 520 после определения данной разности.
На шаге 520, способ 500 умножает определенную на шаге 518 разность на коэффициент усиления и массу впрыска топлива для определения второй регулировки подачи топлива. В одном из примеров, коэффициент усиления эмпирически определяется на основе температуры хладагента двигателя, доли топлива прямого впрыска топлива, частоты вращения двигателя, и давления во впускном коллекторе двигателя. Хранящиеся в памяти значения коэффициента усиления индексируются на основе температуры хладагента двигателя, доли топлива прямого впрыска топлива, частоты вращения двигателя, и давления во впускном коллекторе двигателя. Способ 500 переходит к шагу 522 после определения второй регулировки подачи топлива.
На шаге 522, способ 500 складывает вместе первую регулировку подачи топлива из шага 510 и вторую регулировку подачи топлива из шага 520. Затем первая и вторая регулировки подачи топлива добавляются к требуемой массе топлива, определенной на шаге 504 для каждого цилиндра двигателя, для определения количества топлива для впрыска в каждый цилиндр двигателя. Первая и вторая регулировки подачи топлива можно охарактеризовать как регулировки переменной подачи топлива. Способ 500 переходит к шагу 524 после определения количеств топлива для каждого цилиндра двигателя.
На шаге 524, способ 500 определяет как предназначенное для каждого цилиндра топливо будет доставлено через топливные инжекторы распределенного впрыска (РВ) и прямого впрыска (ПВ). В частности, способ 500 индексирует таблицы или функцию, как описано на фиг. 2, и умножает определенное на шаге 522 количество топлива для каждого цилиндра на долю топлива прямого впрыска топлива. Например, если количество топлива для цилиндра определено на шаге 522 как 0.05 грамма, а доля топлива прямого впрыска топлива составляет 0.3, то количество топлива, впрыскиваемого инжектором прямого впрыска топлива цилиндра, будет 0.015. Оставшиеся 0.035 грамма топлива из общего количества топлива для впрыска в цилиндр, как определено на шаге 522, впрыскиваются через топливный инжектор распределенного впрыска. Таким образом, общее количество впрыскиваемого в цилиндр топлива распределяется между топливными инжекторами прямого и распределенного впрыска. Способ 500 переходит к шагу 526 после распределения топлива между топливными инжекторами прямого и распределенного впрыска для цилиндров двигателя.
На шаге 526, способ 500 доставляет определенные на шаге 524 количества топлива прямого впрыска топлива и распределенного впрыска топлива в цилиндры двигателя через открытие топливных инжекторов распределенного и прямого впрыска. Топливные инжекторы могут быть выполнены, как показано на фиг. 1. Способ 500 переходит к завершению после впрыска топлива в цилиндры двигателя через топливные инжекторы прямого и распределенного впрыска.
Таким образом, способ на фиг. 5 предоставляет способ подачи топлива в двигатель, который содержит: получение информации по эксплуатации двигателя от датчиков; регулировку доли топлива прямого впрыска топлива от общего количества впрыскиваемого топлива на основе информации по эксплуатации двигателя; фильтрацию доли топлива прямого впрыска топлива; и регулировку количества впрыскиваемого в цилиндр топлива в соответствии с разностью между долей топлива прямого впрыска топлива и отфильтрованной долей топлива прямого впрыска топлива. Данный способ содержит, что эта разность затем умножается на коэффициент усиления, который основан на температуре хладагента двигателя и давлении во впускном коллекторе. Данный способ содержит, что эта разность дополнительно умножается на массу топлива, которая основана на частоте вращения и крутящем моменте двигателя. Данный способ содержит, что общее количество впрыскиваемого топлива является суммой массы топлива распределенного впрыска и массы топлива прямого впрыска во время цикла двигателя. Данный способ содержит, что доля топлива прямого впрыска топлива является массой топлива прямого впрыска, деленной на массу общего количества впрыскиваемого топлива во время цикла двигателя. Данный способ содержит, что доля топлива прямого впрыска топлива изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя.
Способ на фиг. 5 также предоставляет способ подачи топлива в двигатель, который содержит: получение информации по эксплуатации двигателя от датчиков; регулировку доли топлива прямого впрыска топлива от общего количества впрыскиваемого топлива и требуемой массы впрыска топлива на основе информации по эксплуатации двигателя; фильтрацию доли топлива прямого впрыска топлива и требуемой массы впрыска топлива; и регулировку количества впрыскиваемого топлива в соответствии с разностью между долей топлива прямого впрыска топлива и отфильтрованной долей топлива прямого впрыска топлива; и дополнительную регулировку количества впрыскиваемого топлива в соответствии с разностью между требуемой массой впрыска топлива и отфильтрованной требуемой массой впрыска топлива. Данный способ дополнительно содержит регулировку количества впрыскиваемого топлива в соответствии с суммой требуемой массы впрыска топлива и разностью между требуемой массой впрыска топлива и отфильтрованной требуемой массой впрыска топлива. Данный способ дополнительно содержит определение постоянной времени и коэффициента усиления для фильтра, который применяется для доли топлива прямого впрыска топлива на основе доли топлива прямого впрыска топлива.
В некоторых примерах, данный способ дополнительно содержит определение постоянной времени для фильтра, который применяется для требуемой массы впрыска топлива на основе доли топлива прямого впрыска топлива. Данный способ дополнительно содержит подачу отрегулированного количества впрыскиваемого топлива через топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска. Данный способ содержит, что отрегулированное количество топлива, впрыскиваемого через топливные инжекторы распределенного и прямого впрыска, основано на доле топлива прямого впрыска топлива. Данный способ содержит, что разность между долей топлива прямого впрыска топлива и отфильтрованной долей топлива прямого впрыска топлива дополнительно умножается на коэффициент усиления, который основан на температуре хладагента двигателя и давлении во впускном коллекторе. Данный способ содержит, что разность между долей топлива прямого впрыска топлива и отфильтрованной долей топлива прямого впрыска дополнительно умножается на массу топлива на основе частоты вращения и крутящего момента двигателя.
В другом представлении, способ подачи топлива в двигатель содержит регулировку требуемой массы топлива на основе обратной связи от датчика кислорода в отработавших газах, определение доли топлива прямого впрыска топлива от общего количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр, на основе отрегулированной требуемой массы топлива, но не отрегулированной дополнительно на основе обратной связи, и подача впрыскиваемого топлива инжектором распределенного и прямого впрыска на основе отфильтрованной доли топлива прямого впрыска топлива. Кроме того, данный способ может содержать получение информации по эксплуатации двигателя от датчиков; регулировку доли топлива прямого впрыска топлива от общего количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр, на основе информации по эксплуатации двигателя; фильтрацию доли топлива прямого впрыска топлива; и регулировку общего количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр, в соответствии с разностью между долей топлива прямого впрыска топлива и отфильтрованной долей топлива прямого впрыска топлива.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Кроме того, раскрытые в настоящей заявке способы могут быть комбинацией действий, выполняемых контроллером в реальном режиме, и инструкций внутри контроллера. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами, и другим оборудованием 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.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, где раскрываемые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования двигателя в комбинации с электронным контроллером. На этом описание заканчивается. При чтении настоящего описания специалисты в данной области, могут прийти к многочисленным изменениям и модификациям без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Например, двигатели I3, I4, I5, V6, V8, V10, и V12, эксплуатируемые на природном газе, бензине, дизельном топливе, или с альтернативными топливными конфигурациями, могут получать преимущества при использовании настоящего изобретения.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.