СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к настройке работы двигателя в двухтопливном транспортном средстве, использующем сжатый природный газ.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Альтернативные виды топлива были разработаны, чтобы сдерживать растущие цены традиционных видов топлива и для снижения выбросов в отработавших газах. Например, природный газ был признан в качестве привлекательного альтернативного топлива. Что касается автомобильных применений, природный газ может сжиматься и храниться в качестве газа в баллонах под высоким давлением. Различные системы двигателя могут использоваться с топливом CNG с использованием различных технологий для двигателя и технологий впрыска, которые приспособлены для специфичных физических и химических свойств топлива CNG. Например, однотопливные системы двигателя могут быть выполнены с возможностью работать только с CNG наряду с тем, что многотопливные системы могут быть выполнены с возможностью работать с CNG и одним или более других видов топлива, таких как жидкое топливо на бензине или бензиновой смеси. Системы управления двигателем могут эксплуатировать такие многотопливные системы в различных режимах работы на основании условий эксплуатации двигателя.
Одна из примерных многотопливных систем описана Сурниллой и другими в US 7703435 (опуб. 27.04.2010). В ней двигатель выполнен с возможностью работать на CNG, бензине или их смеси. Топливо выбирается для эксплуатации двигателя во время конкретных условий эксплуатации на основании количества топлива, имеющегося в распоряжении в каждом резервуаре для хранения топлива, а также на основании типа и свойств имеющегося в распоряжении топлива. Например, пробег транспортного средства в милях может увеличиваться посредством выбора конкретного топлива во время высоких водительских требований. В качестве еще одного примера, выбросы двигателя могут улучшаться посредством сбережения конкретного топлива для условий запуска двигателя.
Однако авторы в материалах настоящей заявки осознали, что подход из '435 может не использовать все свойства имеющихся в распоряжении видов топлива. Например, этот подход не принимает во внимание пределы воспламеняемости имеющихся в распоряжении видов топлива. Поскольку пределы воспламеняемости такого топлива оказывают влияние на октановое число топлива, выходной крутящий момент и способность принятия мер в ответ на детонацию, выбранные профили впрыска топлива могут иметь проблемы потери крутящего момента, проблемы противодействия детонации и/или могут требовать использоваться существенного запаздывания зажигания. По существу, любое из этих может приводить к сниженной экономии топлива.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В одном аспекте полезной модели обеспечена система двигателя, которая содержит цилиндр двигателя, первую форсунку впрыска через впускное окно (″port injector″), выполненную с возможностью осуществлять впрыск через впускное окно (″port injection″) первого газового топлива в цилиндр, вторую форсунку непосредственного впрыска, выполненную с возможностью осуществлять непосредственный впрыск второго жидкого топлива в цилиндр, свечу зажигания для воспламенения топливной смеси в цилиндре и контроллер со считываемыми компьютером инструкциями для эксплуатации цилиндра на стехиометрии посредством впрыска переменного соотношения первого топлива и второго топлива и в ответ на повышенные температуры отработавших газов, обогащения цилиндра посредством избирательного увеличения впрыска второго топлива наряду с поддержанием впрыска первого топлива и, к тому же, наряду с сохранением установки момента искрового зажигания на MBT, причем обогащение основано на повышенной температуре отработавших газов.
Обогащение на основании повышенной температуры отработавших газов включает в себя повышение степени обогащения по мере того, как температура отработавших газов превышает пороговую температуру до тех пор, пока не достигнута пороговая степень обогащения.
Количество второго топлива, впрыскиваемого во время обогащения, основано на одном или более из предела воспламеняемости второго топлива, октанового числа второго топлива и содержания спирта второго топлива.
В другом аспекте обеспечен подход для двигателя, состоящий в том, что, во время условий высокой нагрузки, при эксплуатации на первом газовом топливе, в ответ на повышенную температуру отработавших газов, обогащают двигатель посредством впрыска второго жидкого топлива наряду с сохранением установки момента зажигания.
Первым газовым топливом является CNG, и при этом, вторым жидким топливом является бензин или спирто-бензиновая топливная смесь.
Эксплуатация на первом газовом топливе заключается в том, что настраивают количество первого топлива, впрыскиваемого в цилиндр, на основании всасываемого воздуха в цилиндре, с тем чтобы эксплуатировать двигатель на по существу стехиометрическом топливо-воздушном соотношении сгорания.
Обогащение двигателя заключается в том, что поддерживают эксплуатацию на первом газовом топливе наряду с тем, что увеличивают количество второго топлива, впрыскиваемого в цилиндр, для эксплуатации на общем богатом топливо-воздушном соотношении сгорания, количество второго топлива настраивается на основании повышенной температуры отработавших газов.
Впрыскиваемое количество второго топлива дополнительно основано на содержании спирта второго топлива.
Впрыскиваемое количество второго топлива дополнительно основано на пределе воспламеняемости второго топлива.
Упомянутый другой аспект дополнительно состоит в том, что сжигают смесь второго топлива и первого топлива в цилиндре посредством искрового зажигания.
Поддержание эксплуатации на первом топливе наряду с увеличением количества второго топлива, впрыскиваемого в цилиндр, заключается в том, что осуществляют впрыск через впускное окно первого топлива наряду с тем, что осуществляют непосредственный впрыск второго топлива в цилиндр.
Количество первого топлива не настраивается в ответ на повышенную температуру отработавших газов, и при этом, только количество второго топлива настраивается в ответ на повышенную температуру отработавших газов, настройка заключается в том, что настраивают количество второго топлива на основании разности между повышенной температурой отработавших газов и пороговой температурой.
Настройка количества второго топлива на основании повышенной температуры отработавших газов заключается в том, что, по мере того, как возрастает разность между температурой отработавших газов и пороговой температурой, увеличивают количество второго топлива, впрыскиваемого в цилиндр, наряду с тем, что сохраняют количество первого топлива, впрыскиваемого в цилиндр.
Увеличение количества второго топлива, впрыскиваемого в цилиндр, заключается в том, что увеличивают количество второго топлива в ответ на повышенную температуру отработавших газов до тех пор, пока общее богатое топливо-воздушное соотношение сгорания не будет находиться на пороговом богатом топливо-воздушном соотношении сгорания.
Упомянутый другой аспект дополнительно состоит в том, что в ответ на температуру отработавших газов, все еще находящуюся выше пороговой температуры после достижения порогового богатого топливо-воздушного соотношения сгорания, уменьшают открывание впускного дросселя наряду с тем, что поддерживают впрыскиваемое количество первого топлива для обеспечения стехиометрического топливо-воздушного соотношения сгорания, наряду с тем, что поддерживают количество второго топлива для обеспечения богатого топливо-воздушного соотношения сгорания.
Сохранение установки момента зажигания заключается в том, что поддерживают установку момента зажигания на установке момента с пиковым крутящим моментом или MBT.
В еще одном другом аспекте обеспечен подход для двигателя, состоящий в том, что осуществляют впрыск через впускное окно первого количества первого газового топлива в цилиндр двигателя, чтобы обеспечивать стехиометрическое топливо-воздушное соотношение сгорания и в ответ на повышенные температуры отработавших газов, наряду с поддержанием впрыска первого количества первого топлива и наряду с сохранением установки момента зажигания, осуществляют непосредственный впрыск второго количества второго жидкого топлива в цилиндр, чтобы обеспечивать более богатое, чем стехиометрическое топливо-воздушное соотношение сгорания.
Второе количество второго топлива основано на повышенной температуре отработавших газов, второе количество увеличивается по мере того, как возрастает разность между температурой отработавших газов и пороговой температурой, до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое, более богатое, чем стехиометрическое, топливо-воздушное соотношение сгорания.
Упомянутый еще один другой аспект дополнительно состоит в том, что, после того, как достигнуто пороговое, более богатое, чем стехиометрическое, топливо-воздушное соотношение сгорания, поддерживают впрыск первого количества первого топлива и второго количества второго топлива, и принимают меры в ответ на повышенные температуры отработавших газов с использованием настроек дросселя.
Сохранение установки момента зажигания заключается в том, что поддерживают установку момента зажигания на установке момента с пиковым крутящим моментом.
В одном из примеров некоторые из вышеприведенных проблем могут подвергаться принятию ответных мер подходом для двигателя, который использует все свойства имеющихся в распоряжении видов топлива, в том числе, пределов воспламеняемости. Подход содержит, во время условий высокой нагрузки, при эксплуатации на первом газовом топливе, в ответ на повышенную температуру отработавших газов, обогащение двигателя посредством впрыска второго жидкого топлива наряду с сохранением установки момента зажигания.
В качестве примера двигатель может быть выполнен с возможностью работать на первом газовом топливе, таком как CNG, и втором жидком топливе, таком как бензин. Во время условий высокой нагрузки двигатель может быть работающим на по меньшей мере некотором CNG, чтобы обеспечивать выигрыши, которые минимизируют расход жидкого топлива наряду с удовлетворением потребности в крутящем моменте. Другими словами, система может быть выполнена с возможностью предпочтительно использовать недорогое высокооктановое газовое топливо. Например, CNG может подвергаться впрыску через впускное окно в цилиндр двигателя, впрыск через впускное окно основан на всасываемом воздухе, принимаемом в цилиндр, с тем, чтобы эксплуатировать двигатель на топливо-воздушном соотношении сгорания, которое находится по существу на или около стехиометрии. В ответ на повышенные температуры отработавших газов, испытываемые наряду с работой при высоких нагрузках двигателя, остывание отработавших газов может достигаться обогащением цилиндра двигателя посредством увеличенного впрыска жидкого топлива. Например, по мере того, как температура отработавших газов возрастает выше пороговой температуры, бензин может непосредственно впрыскиваться в цилиндр для обеспечения топливо-воздушного соотношения сгорания, которое богаче, чем стехиометрия. Одновременно, впрыск CNG может сохраняться, к тому же, наряду с поддержанием установки момента зажигания на MBT. Например, наряду с эксплуатацией цилиндра на 100% CNG (то есть, топливоснабжением CNG, соответствующим 100% количества всасываемого воздуха) для удовлетворения потребности в крутящем моменте, цилиндр может обогащаться с использованием вплоть до 15% бензина (то есть, топливоснабжения дополнительным бензином, соответствующего 15% количества всасываемого воздуха). Несмотря на то, что пример упомянут в качестве 100% CNG и 15% бензина, то же самое также может быть альтернативно представлено в качестве разделения топлива 87% CNG и 13% бензина при общем обогащении 15%.
Этот подход обеспечивает различные выигрыши. Прежде всего, октановое число CNG может использоваться для удовлетворения потребности в крутящем моменте без необходимости в запаздывании зажигания наряду с тем, что более широкий предел воспламеняемости бензина (например, в диапазоне лямбда от 0,6 до 1,5) преимущественно используется для охлаждения отработавших газов. Посредством использования CNG для питания двигателя, а бензина для охлаждения двигателя, меньшая степень обогащения необходима для охлаждения двигателя, чем потребовалась бы иначе, если бы двигатель был работающим только на бензине. По существу, это улучшает экономию топлива. Посредством снижения необходимости в запаздывании зажигания (которое, в ином случае, потребовалось бы, если бы двигатель был работающим только на бензине) уменьшаются потери крутящего момента и потери мощности. К тому же, посредством уменьшения необходимости в настройках дросселя (которые иначе потребовались бы для снижения температуры отработавших газов), потери крутящего момента, обусловленные более низким зарядом всасываемого воздуха, также снижаются. В общем и целом остывание отработавших газов достигается, не страдая от потерь мощности и не ухудшая экономию топлива.
Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематическое изображение многотопливной системы двигателя, выполненной с возможностью работать на жидком топливе и газовом топливе.
Фиг.2 показывает примерную блок-схему последовательности операций подхода для настройки профиля впрыска топлива в многотопливной системе двигателя в ответ на повышенные температуры отработавших газов.
Фиг.3-4 показывают примерные настройки для профиля впрыска топлива первого жидкого топлива и второго газового топлива в ответ на повышенные температуры отработавших газов при высоких нагрузках двигателя.
Фиг.5 показывает примерные таблицы, изображающие выигрыши крутящего момента подхода совместного топливоснабжения (на CNG и бензине) в разных областях числа оборотов-нагрузки двигателя по сравнению с топливоснабжением только CNG или только бензином.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Предложены системы и подходы для охлаждения отработавших газов в многотопливной системе двигателя, такой как система по фиг.1. Контроллер может быть выполнен с возможностью обогащать цилиндр двигателя, работающий на первом газовом топливе при высоких нагрузках двигателя посредством увеличения впрыска второго жидкого топлива для снижения температур отработавших газов. Например, контроллер может выполнять процедуру управления, такую которая описана на фиг.2, для увеличения впрыска бензина в цилиндр, уже работающий на CNG, наряду с сохранением установки момента зажигания, для охлаждения отработавших газов двигателя при высоких нагрузках двигателя. Примерные настройки в многотопливной системе описаны в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг.3-4. Преимущества крутящего момента и охлаждения, достигаемые посредством использования совместного топливоснабжения, конкретизированы на фиг.5. Таким образом, повышенные температуры отработавших газов могут подвергаться принятию ответных мер без снижения отдачи двигателя.
Фиг.1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и посредством ввода от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 14 (то есть, камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг.1 показывает двигатель 10, сконфигурированный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, скомпонованный между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176 на отработавших газах, скомпонованной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 на отработавших газах через вал 180, где устройство наддува сконфигурировано в качестве турбонагнетателя. Однако, в других примерах, таких как где двигатель 10 снабжен нагнетателем, турбина 176 на отработавших газах, по выбору, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг.1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 может быть любым пригодным датчиком для выдачи показания соотношения воздуха отработавших газов/топлива, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода отработавших газов), двухрежимный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями. Двигатель 10 может включать в себя систему рециркуляции отработавших газов (EGR), указанную в целом под 194. Система 194 EGR может включать в себя охладитель 196 EGR, размещенный вдоль трубопровода 198 EGR. Кроме того, система EGR может включать в себя клапан 197 EGR, расположенный вдоль трубопровода 198 EGR, для регулирования количества отработавших газов, рециркулированных во впускной коллектор 144.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий, контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на приводы 152 и 154, для регулирования установки момента открывания и закрывания и/или величины подъема соответственных впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответственными датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут включать в себя электрический привод или кулачковый привод клапана, или их комбинацию. В примере кулачкового привода каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода, либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, в выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, таких как где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя две топливные форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW-1, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что фиг.1 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из первой топливной системы 172, которая может быть жидкостной топливной системой (например, для бензина, этилового спирта или их комбинации), включающей в себя топливный бак, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В одном из примеров, как показано на фиг.1, топливная система 172 может включать в себя топливный бак 182 и датчик 184 топлива, например, датчик уровня жидкости, для выявления величины запаса в топливном баке 182. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, временные характеристики непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления.
Топливная форсунка 170 показана скомпонованной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве впрыска через впускное окно топлива (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI»), во впускное окно выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW-2, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 второй топливной системой 173, которая может быть топливной системой высокого давления, включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В одном из примеров, как показано на фиг.1, топливная система 173 может включать в себя топливный бак 183 со сжатым газом и датчик 185 давления топлива для выявления давления топлива в топливном баке 183. Отметим, что одиночный формирователь 168 или 171 может использоваться для обеих систем впрыска топлива, или многочисленные формирователи, например, формирователь 168 для топливной форсунки 166 и формирователь 171 для топливной форсунки 170, могут использоваться, как изображено. Топливная система 173 может быть газовой топливной системой. Например, газовые виды топлива могут включать в себя CNG, водород, LPG, LNG, и т.д., или их комбинации. Будет принято во внимание, что газовые виды топлива, в качестве указываемых ссылкой в материалах настоящей заявки, являются видами топлива, которые являются газообразными в атмосферных условиях, но могут находиться в жидкой форме, в то время как под высоким давлением (в особенности, выше давления насыщения) в топливной системе. В сравнении, жидкие виды топлива, в качестве указываемых ссылкой в материалах настоящей заявки, являются видами топлива, которые являются жидкими в атмосферных условиях.
Будет принято во внимание, что, несмотря на то, что изображенный вариант осуществления выполнен с возможностью подавать одно топливо с помощью непосредственного впрыска, а другого топлива с помощью впрыска через впускное окно, в других дополнительных вариантах осуществления система двигателя может включать в себя многочисленные форсунки впрыска через впускное окно, при этом, каждое из газового топлива и жидкого топлива, подается в цилиндр посредством впрыска через впускное окно. Подобным образом в других вариантах осуществления система двигателя может включать в себя многочисленные форсунки непосредственного впрыска, при этом, каждое из газового топлива и жидкого топлива подается в цилиндр с помощью непосредственного впрыска.
Подача разных видов топлива может указываться ссылкой в качестве типа топлива, из условия чтобы тип топлива мог меняться посредством впрыска относительно большего или меньшего количества жидкого топлива по сравнению с газовым топливом, или наоборот.
Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, дежурную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 124 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи показания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров датчик 120, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.
Как описано выше, фиг.1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания и т.д.
Как конкретизировано в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг.2, контроллер двигателя может впрыскивать одно или более из первого газового топлива, такого как CNG, в цилиндр двигателя (например, через форсунку 170 впрыска через впускное окно) и второго жидкого топлива, такого как бензин, в цилиндр двигателя (например, через форсунку 166 непосредственного впрыска) для удовлетворения потребностей в крутящем моменте двигателя. Кроме того, во время условий, когда температуры отработавших газов двигателя (или температуры камеры сгорания) повышены, таких как во время условий высокой нагрузки двигателя, остывание цилиндра может достигаться обогащением цилиндра увеличенным впрыском жидкого топлива. Более точно, впрыск газового топлива (например, 100% CNG, в котором подача топлива CNG в цилиндр соответствует 100% количества всасываемого воздуха цилиндра) может использоваться для удовлетворения требования мощности двигателя наряду с тем, что впрыск жидкого топлива (например, 0-15% бензина, в котором подача топлива бензина в цилиндр соответствует 0-15% количества всасываемого воздуха цилиндра) используется для охлаждения цилиндра. Это предоставляет остыванию отработавших газов возможность достигаться, не вызывая необходимость настроек дросселя или установки момента зажигания и не компрометируя мощность двигателя. Посредством использования газового топлива для удовлетворения потребности в крутящем моменте, предел воспламеняемости жидкого топлива может расширяться (например, до лямбда 0,6-1,6), предоставляя возможность, чтобы большая степень обогащения выдерживалась до того, как возникают проблемы стабильности сгорания. Этот не интуитивно-понятный эффект обусловлен способностью поддерживать искровое зажигание по существу на MBT вследствие более высокого октанового числа газового топлива. «Отрицательное воздействие» на стабильность сгорания чрезмерного запаздывания зажигания, ассоциативно связанного с эксплуатацией только на бензине, тем самым, устраняется, когда основная потребность воздуха в топливе покрывается газовым топливом. Кроме того, комбинация использует свойство обоих видов топлива, давая возможность остыванию отработавших газов достигаться с гораздо меньшей величиной обогащения, чем потребовалось бы, если бы использовалось какое-нибудь одно топливо. Примерные профили впрыска топлива, используемые во время охлаждения отработавших газов, конкретизированы со ссылкой на фиг.3-4.
Таким образом, система по фиг.1, дает возможность подхода эксплуатации двигателя, в котором, во время условий высокой нагрузки, при эксплуатации на первом газовом топливе, в ответ на повышенную температуру отработавших газов, двигатель обогащается посредством впрыска второго жидкого топлива наряду с поддержанием установки момента зажигания по существу на MBT. Например, посредством использования CNG для эксплуатации цилиндра на стехиометрии наряду с использованием бензина для обогащения цилиндра, потребности в крутящем моменте двигателя могут удовлетворяться посредством сжигания CNG, в то время как впрыск бензина используется для охлаждения отработавших газов.
Далее, с обращением к фиг.2, показана примерная процедура 200 для настройки профиля впрыска топлива в многотопливной системе двигателя (такой как система двигателя по фиг.1), с тем чтобы понижать температуры отработавших газов, не ухудшая рабочие характеристики двигателя, в частности, во время условий высокой нагрузки двигателя.
На 202 процедура включает в себя оценку и/или измерение условий эксплуатации двигателя. Таковые, например, могут включать в себя число оборотов двигателя, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора отработавших газов, уровень наддува, MAP, MAF и т.д. На 204, определяется тип и наличие в распоряжении топлива в топливных баках многотопливной системы двигателя. Например, выходные сигналы датчиков уровня топлива в топливном баке могут использоваться для оценки наличия топлива в каждом топливном баке. В еще одном примере может определяться, является ли газовым топливом, имеющимся в распоряжении, CNG, LPG, водород и т.д. В качестве еще одного другого примера содержание спиртов жидкого топлива может оцениваться, с тем чтобы определять состав жидкого топлива, имеющегося в распоряжении (например, является ли жидким топливом E10, E50, E85, M85 и т.д.).
На 206 на основании оцененных условий эксплуатации двигателя и определенного наличия видов топлива в топливных системах двигателя, может определяться профиль впрыска топлива. Более точно, профиль впрыска топлива может включать в себя количество первого газового топлива (такого как CNG) и/или количество второго жидкого топлива (такого как бензин), которое впрыскивается в цилиндр двигателя, с тем чтобы эксплуатировать цилиндр на стехиометрии. В одном из примеров двигатель может эксплуатироваться с впрыском только первого газового топлива, при этом количество первого топлива, впрыскиваемое в цилиндр двигателя, настраивается на основании всасываемого воздуха, принятого в цилиндре, с тем чтобы эксплуатировать двигатель на стехиометрическом топливо-воздушном соотношении сгорания. В материалах настоящей заявки первое, газовое топливо может подаваться в цилиндр в качестве впрыска через впускное окно. В еще одном примере двигатель может эксплуатироваться с впрыском только второго жидкого топлива, при этом количество второго топлива, впрыскиваемое в цилиндр двигателя, настраивается на основании всасываемого воздуха, принятого в цилиндре, с тем чтобы эксплуатировать двигатель на стехиометрическом топливо-воздушном соотношении сгорания. В материалах настоящей заявки второе, жидкое топливо может подаваться в цилиндр в качестве непосредственного впрыска. В еще одном другом примере цилиндр двигателя может подвергаться совместному топливоснабжению по меньшей мере некоторым количеством первого газового топлива и по меньшей мере некоторым количеством второго жидкого топлива, впрыскиваемых в цилиндр, причем, количества первого и второго топлива настраиваются на основании всасываемого воздуха, принятого в цилиндре, с тем чтобы эксплуатировать двигатель со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением сгорания. В материалах настоящей заявки первое газовое топливо может подаваться в цилиндр в качестве впрыска через впускное окно наряду с тем, что второе жидкое топливо подается в качестве непосредственного впрыска.
На 208 может определяться, является ли двигатель работающим на по меньшей мере некотором количестве CNG. Например, может определяться, обеспечивается ли стехиометрическая работа двигателя посредством впрыска только CNG или по меньшей мере некоторого количества CNG. Если двигатель является работающим на по меньшей мере CNG, то, на 212 может определяться, существуют ли условия повышенной температуры отработавших газов. В одном из примеров при эксплуатации на высоких нагрузках двигателя, температуры отработавших газов могут становиться высокими, приводя к повышенной предрасположенности к событиям аномального сгорания, таким как детонация, пропуски зажигания или повреждение материалов двигателя. Если температура (Texh) отработавших газов не находится выше, чем пороговая температура, то на 214 может поддерживаться профиль впрыска, определенный на 206.
Если температура отработавших газов является более высокой, чем пороговая температура, то на 220 может определяться, имеется ли в распоряжении второе, жидкое топливо для принятия мер в ответ на повышенную температуру отработавших газов. Если да, то на 224 при эксплуатации на первом газовом топливе, в ответ на повышенную температуру отработавших газов (например, во время условий высокой нагрузки), процедура включает в себя обогащение двигателя посредством впрыска второго жидкого топлива наряду с сохранением установки момента зажигания. Более точно, количество первого топлива, впрыскиваемое в цилиндр, может определяться предварительно на основании всасываемого воздуха в цилиндре, с тем чтобы эксплуатировать двигатель на стехиометрическом топливо-воздушном соотношении сгорания. Затем, наряду с поддержанием эксплуатации на первом газовом топливе, количество второго жидкого топлива, впрыскиваемое в цилиндр, может увеличиваться для эксплуатации цилиндра с общим богатым топливо-воздушным соотношением сгорания. В дополнение установка момента зажигания может поддерживаться по существу на MBT. Например, установка момента зажигания может поддерживаться на установке пикового крутящего момента.
Будет принято во внимание, что, в альтернативных примерах, сохранение установки момента зажигания включает в себя поддержание установки момента зажигания на установке момента, иной чем MBT. То есть, может сохраняться применяемая величина запаздывания зажигания или опережения зажигания. Например, могут быть условия, где, даже при неограниченном октановом числе, опережение зажигания ограничивается не на основании детонации в цилиндре, но на основании скорости повышения давления сгорания. В таких примерах двигатель может находиться в рабочей точке, где искровое зажигание подвергается запаздыванию от MBT на основании соображений скорости повышения давления. В этом отношении регулировка запаздывания зажигания может поддерживаться, в то время как настраивается впрыск первого газового топлива и второго жидкого топлива.
В материалах настоящей заявки количество второго топлива настраивается на основании повышенной температуры отработавших газов. Настройка может включать в себя настройку количества второго топлива на основании разности между повышенной температурой отработавших газов и пороговой температурой. Например, по мере того, как возрастает разность между температурой отработавших газов (измеренной или логически выведенной) и пороговой температурой, количество второго топлива, впрыскиваемое в цилиндр, может увеличиваться наряду с тем, что количество первого топлива, впрыскиваемое в цилиндр, сохраняется. Другими словами, большее количество жидкого второго топлива дополнительно впрыскивается в цилиндр при более высоких температурах отработавших газов, и меньшее количество жидкого второго топлива дополнительно впрыскивается в цилиндр при более низких температурах отработавших газов, все это время сохраняя впрыск первого газового топлива. Будет принято во внимание, что количество первого газового топлива не настраивается в ответ на повышенную температуру отработавших газов, и что только количество второго жидкого топлива настраивается в ответ на повышенную температуру отработавших газов. Также будет принято во внимание, что все это время, которое второе топливо впрыскивается для обогащения цилиндра и охлаждения отработавших газов, впрыск первого газового топлива поддерживается на стехиометрическом соотношении относительно свежего всасываемого воздуха в цилиндре. В одном из примеров, профиль впрыска топлива может включать в себя 100% CNG и вплоть до 15% бензина для охлаждения отработавших газов. В материалах настоящей заявки, бензин используется для расширения пределов воспламеняемости наряду с тем, что CNG используется для стирания пределов детонации. Использование двух видов топлива не только улучшает пределы стабильности сгорания (посредством расширения пределов воспламеняемости), но, к тому же, выигрыш мощности, достигаемый посредством использования сжигания видов топлива, является более высоким, чем выигрыш мощности, достижимый с использованием любого топлива в одиночку. Таким образом, охлаждение отработавших газов достигается без навлекания потери крутящего момента.
По существу, эксплуатация цилиндра на 100% CNG и 15% бензина предполагала топливоснабжение цилиндра CNG, соответствующим 100% количества всасываемого воздуха, для удовлетворения потребности в крутящем моменте наряду с обогащением цилиндра дополнительным бензином, соответствующим 15% количества всасываемого воздуха. Будет принято во внимание, что пример, упомянутый в качестве 100% CNG и 15% бензина, в качестве альтернативы может быть выражен в качестве разделения топлива 87% CNG и 13% бензина при 15% общего обогащения.
В альтернативном примере, профиль впрыска топлива может включать в себя 60% CNG и вплоть до 10% бензина (то есть, топливоснабжение цилиндра CNG, соответствующим 60% количества всасываемого воздуха, и топливоснабжение цилиндра бензином, соответствующим 15% количества всасываемого воздуха) для охлаждения отработавших газов. Здесь, бензин также используется для расширения пределов воспламеняемости наряду с тем, что CNG используется для стирания пределов детонации. Однако, вследствие уменьшенного потребления топлива в этом примере, может навлекаться какая-то потеря крутящего момента.
По существу, в промышленности CNG, исторически, эксплуатация на бензине известна в качестве режима «наилучшей мощности/наилучшего крутящего момента». Описанный алгоритм топливоснабжения дает повышение мощности при значительном улучшении экономии топлива над только бензиновым режимом. Другими словами, это новейшая форма совместного топливоснабжения, которая распознает влияние предела воспламеняемости, получает лучшую максимальную мощность и лучший максимальный крутящий момент с лучшим удельным расходом топлива при торможении, чем только бензиновая.
Будет принято во внимание, что, в определенных ситуациях, где максимальная мощность и максимальный крутящий момент не требуется, контроллер может эксплуатировать двигатель обедненным для снижения температура отработавших газов, экономии топлива или снижения выбросов NOx. В таких ситуациях, использование бензина может расширять обедненный предел воспламеняемости сверх такового у одного бензина.
В некоторых вариантах осуществления впрыскиваемое количество второго топлива дополнительно может быть основано на содержании спиртов второго топлива. По существу, спирт и спиртовые растворы имеют больший эффект охлаждения цилиндра и отработавших газов, чем бензин при эквивалентной энергоемкости. Таким образом, для любого заданного целевого лямбда (лямбда определяется как фактическое AFR/стехиометрическое AFR), меньшее количество спиртового топлива требуется, чем бензинового, для достижения эквивалентного охлаждения. Впрыскиваемое количество второго топлива дополнительно может быть основано на пределе воспламеняемости второго топлива. По существу, если обедненная воспламеняемость топлива превышает таковую у бензина, общая смесь могла бы делаться еще более бедной, таким образом, давая дополнительные вышеупомянутые преимущества обеднения.
Поддержание эксплуатации на первом топливе наряду с увеличением количества второго топлива, впрыскиваемого в цилиндр, может включать в себя впрыск через впускное окно первого топлива наряду с непосредственным впрыском второго топлива в цилиндр. Смесь второго топлива и первого топлива, в таком случае, может сжигаться в цилиндре посредством искрового зажигания.
По существу, если жидкого топлива нет в наличии на 220, процедура может переходить на 222, при этом, температура отработавших газов ограничивается посредством использования только первого газового топлива. Это может достигаться посредством настройки величины впрыска первого топлива (относительно впускного заряда), с тем чтобы обогащать или обеднять цилиндр. В качестве примера, где первым топливом является CNG, температура отработавших газов может ограничиваться работой на 10% богаче, чем стехиометрия, или на 20% беднее, чем стехиометрия. Обогащение может обеспечивать некоторое охлаждение с ограниченной потерей крутящего момента. Обеднение может обеспечивать относительно большее охлаждение при большей потере крутящего момента. В альтернативном примере, температура отработавших газов может снижаться сбросом газа. В материалах настоящей заявки, уменьшение открывания впускного дросселя сокращает всасываемый воздух, принимаемый в цилиндре, давая возможность охлаждения. Однако, навлекается большая потеря крутящего момента.
Возвращаясь на 224, после сжигания смеси второго топлива и первого топлива в цилиндре, на 226, может определяться, регулируется ли температура отработавших газов. Более точно, может определяться, находится ли температура (Texh) отработавших газов по прежнему выше пороговой температуры. Если нет, процедура может заканчиваться, и может возобновляться топливоснабжение цилиндра на основании условий эксплуатации двигателя. Однако, если температура (Texh) отработавших газов по прежнему повышена (например, выше пороговой температуры), то, на 228, может определяться, достигло ли соотношение сгорания в цилиндре порогового богатого топливо-воздушного соотношения.
На 232, если соотношение сгорания в цилиндре не достигло порогового богатого топливо-воздушного соотношения, количество второго топлива, впрыскиваемого в цилиндр, может увеличиваться в ответ на повышенную температуру отработавших газов. По существу, в ответ на повышенные температуры отработавших газов, контроллер может продолжать обогащение цилиндра для охлаждения отработавших газов увеличенным впрыском второго жидкого топлива до тех пор, пока не достигнуто пороговое богатое топливо-воздушное соотношение отработавших газов. Это пороговое топливо-воздушное соотношение может быть основано на пределах стабильности сгорания и, по существу, может находиться под влиянием предела воспламеняемости используемого жидкого топлива.
В сравнении, на 230, в ответ на температуру отработавших газов, по-прежнему находящуюся выше пороговой температуры даже после достижения порогового богатого топливо-воздушного соотношения сгорания, процедура включает в себя использование альтернативные подходы для ограничения температуры отработавших газов. Более точно, процедура включает в себя уменьшение открывания впускного дросселя наряду с сохранением впрыскиваемого количества первого топлива (для поддержания стехиометрического соотношения между первым топливом и зарядом всасываемого воздуха цилиндра) и наряду с сохранением количества второго топлива (для поддержания более богатого, чем стехиометрия, соотношения между вторым топливом и зарядом всасываемого воздуха цилиндра). Посредством уменьшения открывания впускного дросселя, количество всасываемого воздуха, принимаемого в цилиндре, может уменьшаться, и перегрев отработавших газов может подвергаться принятию ответных мер, хотя и с соответствующим падением выходной мощности двигателя.
Возвращаясь на 208, если двигатель не является работающим по меньшей мере на CNG, на 210, может подтверждаться, что двигатель является работающим только на жидком топливе. Например, может подтверждаться, что двигатель является работающим с профилем впрыска топлива, включающим в себя впрыск только бензина или впрыск только спирто-бензиновой топливной смеси. Затем, на 216, как на 212, может определяться, является ли температура (Texh) отработавших газов более высокой, чем пороговая температура. Если нет, процедура возвращается на 214, чтобы поддерживать профиль впрыска. Иначе, если существуют условия чрезмерной температуры отработавших газов, то, на 218, процедура ограничивает температуру отработавших газов посредством использования только второго жидкого топлива. Это может достигаться посредством настройки величины впрыска второго топлива (относительно впускного заряда), с тем чтобы обогащать или обеднять цилиндр. В качестве примера, где вторым топливом является бензин, температура отработавших газов может ограничиваться работой на 40% богаче, чем стехиометрия, 30% беднее, чем стехиометрия, или посредством использования существенного запаздывания зажигания. Обогащение или запаздывание зажигания может обеспечивать некоторое охлаждение, но с существенной потерей крутящего момента. Обеднение также может обеспечивать охлаждение, но вновь с соответствующей потерей крутящего момента. В альтернативном примере, температура отработавших газов может снижаться сбросом газа. В материалах настоящей заявки, уменьшение открывания дросселя сокращает всасываемый воздух, принимаемый в цилиндре, давая возможность охлаждения. Однако, навлекается большая потеря крутящего момента.
Детальное сравнение коэффициента трансформации крутящего момента, коэффициента эквивалентности и выигрышей крутящего момента, достигаемых благодаря использованию подхода совместного топливоснабжения (в котором цилиндр снабжается топливом с каждым из бензина и CNG) относительно традиционного подхода топливоснабжения только CNG или только бензином, конкретизировано ниже на фиг.5.
Далее, с обращением к фиг.3, отображение 300 показывает примерные топливо-воздушные смеси, использующие одно или более из первого газового топлива и второго жидкого топлива, которые сжигаются в цилиндре. Отображение 300 также изображает настройки впускного дросселя, которые могут использоваться сопутствующим образом с различными смесями сгорания для снижения температур отработавших газов в условиях высокой нагрузки двигателя. В частности, показаны примерные распределения топлива в смеси сгорания в цилиндре, между первым количеством первого газового топлива (такого как CNG), и вторым количеством второго жидкого топлива (такого как бензин), для данного количества всасываемого воздуха. Во всех изображенных примерах, разные распределения используются, чтобы давать возможность охлаждения цилиндра и уменьшать количество тепла, выпускаемого в отработавшие газы.
Что касается каждой смеси сгорания в цилиндре, может определяться количество всасываемого воздуха цилиндра (представленное в материалах настоящей заявки соответствующими заштрихованными прямоугольниками). Количество всасываемого воздуха для смеси сгорания в цилиндре может быть основано на условиях эксплуатации двигателя, в том числе, например, регулировках наддува турбонагнетателя, регулировках впускных и выпускных клапанов (например, открывания клапана, закрывания клапана, длительности открывания клапана, длительности перекрытия клапанов и т.д.). Количество топлива, соответственно используемого в смеси сгорания в цилиндре, в таком случае, настраивается на основании температуры отработавших газов. Использование первого газового топлива в смеси сгорания в цилиндре изображено сплошным белым прямоугольником наряду с тем, что использование второго жидкого топлива в смеси сгорания в цилиндре изображено прямоугольником с поперечной штриховкой. В изображенных примерах, первым топливом является CNG, а вторым топливом является бензин. Будет принято во внимание, что в последующих примерах, применение 1:1 топлива и воздуха в цилиндре используется для изображения по существу стехиометрической смеси сгорания. Любое дополнительное топливо, включенное в смесь сверх соотношения 1:1 (лямбда), используется для изображения смеси сгорания, которая богаче, чем стехиометрия, причем, обогащение увеличивается по мере того, как возрастает количество дополнительного топлива. В качестве используемого в материалах настоящей заявки, количество топлива, являющееся пропорциональным количеству воздуха, не предполагает соотношение 1:1 воздух:топливо. Кроме того, это подразумевает соотношение, требуемое для формирования стехиометрической смеси (например, воздух:топливо 14,6:1 для бензина). Однако, в альтернативных примерах, соотношение воздух:топливо может быть иным (например, соотношением 1:1) на основании требуемого топливо-воздушного соотношения каждой смеси.
Пример I изображает первый профиль впрыска топлива, который может использоваться во время условий от низких до средних нагрузок двигателя, в то время как температуры отработавших газов находятся ниже пороговой температуры. В материалах настоящей заявки, первая величина впрыска первого топлива (сплошной прямоугольник) настраивается, чтобы быть пропорциональной количеству всасываемого воздуха цилиндра (заштрихованный прямоугольник), так что формируется по существу стехиометрическая смесь сгорания в цилиндре. В изображенном примере, впрыскивается только первое топливо, и впрыск второго топлива не требуется для удовлетворения потребности в крутящем моменте двигателя. Кроме того, поскольку температура отработавших газов находится в пределах пороговой температуры, дополнительные настройки дросселя не требуются, а положение впускного дросселя может сохраняться.
Пример II изображает второй профиль впрыска топлива, который может использоваться во время условий высокой нагрузки двигателя в ответ на температуры отработавших газов, находящиеся выше пороговой температуры. В материалах настоящей заявки, первая величина впрыска первого топлива (сплошной прямоугольник) поддерживается пропорциональной количеству всасываемого воздуха цилиндра (заштрихованный прямоугольник), так что по существу стехиометрическая смесь сгорания в цилиндре формируется воздухом и первым топливом. Затем, обогащение цилиндра обеспечивается впрыском второго количества второго топлива (прямоугольник с поперечной штриховкой). В частности, добавляется некоторое количество второго топлива, которое основано на разности между повышенной температурой отработавших газов и пороговой температурой, с тем чтобы формировать смесь сгорания в цилиндре, которая богаче, чем стехиометрия. В материалах настоящей заявки, жидкое топливо, добавляемое в цилиндр, обеспечивает эффект охлаждения, который уменьшает тепло отработавших газов. В дополнение, поддерживается установка момента зажигания MBT, к тому же, наряду с сохранением положения дросселя. Это понижает тепло отработавших газов, которое являлось бы результатом использования запаздывания зажигания. Таким образом, в изображенном примере, первое топливо впрыскивается для удовлетворения потребности в крутящем моменте двигателя, в то время как второе топливо впрыскивается для охлаждения отработавших газов. Посредством использования впрыска второго топлива для обеспечения охлаждения, температура отработавших газов может приводиться в пределы пороговой температуры, не требуя дополнительных настроек впускного дросселя.
Пример III изображает третий профиль впрыска топлива, который также может использоваться во время условий высокой нагрузки двигателя в ответ на температуры отработавших газов, находящиеся выше пороговой температуры. В материалах настоящей заявки, первая величина впрыска первого топлива (сплошной прямоугольник) поддерживается пропорциональной количеству всасываемого воздуха цилиндра (заштрихованный прямоугольник), так что по существу стехиометрическая смесь сгорания в цилиндре формируется воздухом и первым топливом. Затем, обогащение цилиндра обеспечивается впрыском второго количества второго топлива (прямоугольник с поперечной штриховкой). В частности, большее количество второго топлива (по сравнению с количеством второго топлива, добавляемого в примере II) добавляется в ответ на большую разность между повышенной температурой отработавших газов и пороговой температурой по сравнению с разностью в примере II. Следовательно, смесь сгорания, сформированная в цилиндре в примере III, имеет более высокую степень обогащения, чем смесь сгорания, сформированная в цилиндре в примере II. Посредством использования впрыска второго топлива для обеспечения охлаждения, температура отработавших газов может приводиться в пределы пороговой температуры, не требуя дополнительных настроек впускного дросселя.
Пример IV изображает четвертый профиль впрыска топлива, который также может использоваться во время условий высокой нагрузки двигателя в ответ на температуры отработавших газов, находящиеся выше пороговой температуры. В настоящем примере, даже с добавлением второго топлива, температуры отработавших газов могут оставаться повышенными. К тому же, дополнительное добавление второго топлива может не быть возможным вследствие пределов стабильности сгорания. Более точно, добавляемое количество второго топлива может быть пороговым количеством, побуждающим топливо-воздушное соотношение сгорания в цилиндре находиться на верхнем пороговом значении обогащения. Дальнейшее обогащение может вызывать проблемы стабильности сгорания. Таким образом, для принятия мер в ответ на проблемы повышенной температуры отработавших газов, существующие даже после добавления порогового количества второго топлива и даже после достижения порогового богатого топливо-воздушного соотношения сгорания, настройки дросселя могут использоваться для охлаждения отработавших газов. В частности, открывание впускного дросселя может уменьшаться для охлаждения отработавших газов.
Далее, с обращением к фиг.4, многомерная характеристика 400 изображает примерную настройку впрыска топлива в многотопливной системе двигателя в ответ на повышенные температуры отработавших газов. Настройки включают в себя временное обогащение цилиндра посредством избирательного увеличения впрыска жидкого топлива наряду с поддержанием впрыска газового топлива для ограничения температур отработавших газов. Настройки дают возможность охлаждения отработавших газов цилиндра без потери выходного крутящего момента. Многомерная характеристика 400 изображает топливоснабжение первым газовым топливом (в материалах настоящей заявки CNG) для цилиндра на графике 402, топливоснабжение вторым, жидким топливом (в материалах настоящей заявки, бензином) для цилиндра на графике 403, заряд всасываемого воздуха, подаваемый в цилиндр на графике 404, изменения топливо-воздушного соотношения (AFR) сгорания в цилиндре на графике 406, изменения температуры отработавших газов на графике 408 и изменения установки момента искрового зажигания на графике 410.
До t1, двигатель может быть работающим только на первом газовом топливе, в материалах настоящей заявки, CNG (график 402), впрыскиваемом в цилиндр для удовлетворения потребностей в крутящем моменте двигателя. Впрыскиваемое количество CNG может настраиваться, чтобы быть пропорциональным количеству заряда всасываемого воздуха, принятого в цилиндре (график 404), с тем чтобы эксплуатировать цилиндр на топливо-воздушном соотношении сгорания (график 406), которое находится по существу на или около стехиометрии (пунктирная линия 405). Например, контроллер двигателя может осуществлять впрыск через впускное окно первого количества первого газового топлива (такого как CNG) в цилиндр двигателя на основании количества всасываемого воздуха, принятого в цилиндре, чтобы обеспечивать стехиометрическое топливо-воздушное соотношение сгорания. В дополнение, установка момента зажигания может настраиваться, чтобы находиться на установке пикового крутящего момента MBT (график 410).
Между t0 и t1, нагрузка двигателя может возрастать, и наряду с тем, что CNG используется для удовлетворения нагрузки двигателя, температура отработавших газов может постепенно повышаться (график 408) до тех пор, пока, в t1, температура отработавших газов не находится выше пороговой температуры 407. В ответ на повышенные температуры отработавших газов, наряду с поддержанием впрыска первого количества первого топлива (в материалах настоящей заявки, CNG) и наряду с поддержанием установки момента зажигания на установке пикового крутящего момента, контроллер двигателя может увеличивать впрыск второго жидкого топлива, в материалах настоящей заявки, бензина, для ограничения температуры отработавших газов (график 403). Например, контроллер может направлять впрыск второго количества бензина в цилиндр между t1 и t2 для обеспечения более богатого, чем стехиометрическое, топливо-воздушного соотношения сгорания. Здесь, второе количество бензина, впрыскиваемое в цилиндр, основано на повышенной температуре отработавших газов, второе количество увеличивается как разность между температурой отработавших газов и пороговой температурой 407. Будет принято во внимание, что количество первого топлива, CNG, не настраивается в ответ на повышенную температуру отработавших газов, но поддерживается на величине, которая обеспечивает стехиометрическое соотношение с зарядом воздуха в цилиндре. Кроме того, только количество второго газового топлива настраивается в ответ на повышенную температуру отработавших газов, количеством топлива, впрыскиваемым в дополнение к первой величине впрыска топлива, с тем чтобы обеспечивать (суммарное) более богатое, чем стехиометрическое соотношение (совокупного топлива) с зарядом воздуха в цилиндре. Другими словами, дополнительное обогащение обеспечивается только посредством второго топлива. Посредством увеличения впрыска бензина наряду с поддержанием впрыска CNG, газовое топливо используется для удовлетворения потребности в мощности двигателя, в то время как жидкое топливо используется для охлаждения отработавших газов. Этот подход предоставляет температурам отработавших газов возможность ограничиваться, не навлекая потерь крутящего момента и не требуя запаздывания зажигания. В одном из примеров, комбинация 100% CNG с 0-15% бензина может использоваться наряду с поддержанием установки момента зажигания на MBT.
Между t1 и t2, обогащение цилиндра посредством дополнительного впрыска жидкого бензинового топлива используется для охлаждения отработавших газов, из условия чтобы, в t2, температура отработавших газов была ниже пороговой температуры 407. Соответственно, в t2, обогащенный впрыск бензина может прекращаться, и может продолжаться стехиометрический впрыск CNG. Будет принято во внимание, что, несмотря на то, что изображенный пример показывает постоянный профиль обогащения между t1 и t2, в альтернативных вариантах осуществления профиль обогащения, используемый между t1 и t2, может меняться на основании изменения температуры отработавших газов. Например, профиль обогащения может инициироваться количеством второго топлива, настраиваемым на основании начальной разности между температурой отработавших газов и пороговой температурой. Затем, по мере того, как отработавшие газы остывают, количество впрыскиваемого бензина может постепенно уменьшаться по мере того, как уменьшается разность между температурой отработавших газов и пороговой температурой. Это может давать в результате профиль обогащения, который постепенно убывает между t1 и t2.
В некоторых вариантах осуществления (не показанных), даже при обогащении, температуры отработавших газов могут не ограничиваться в достаточной мере. Несмотря на то, что контроллер может продолжать увеличивать впрыск второго топлива и являющееся результатом обогащение цилиндра для ограничения разогрева отработавших газов, после того, как достигнуто пороговое, более богатое, чем стехиометрическое топливо-воздушное соотношение сгорания, стабильность сгорания может подвергаться влиянию, и никакое дальнейшее обогащение не может быть возможным. В таких вариантах осуществления после того, как было достигнуто пороговое, более богатое, чем стехиометрическое топливо-воздушное соотношение сгорания, контроллер может поддерживать впрыск (стехиометрического) первого количества первого топлива и (более богатого, чем стехиометрическое) второго количества второго топлива, и принимать меры в ответ на продолжающиеся повышенные температуры отработавших газов с использованием настроек дросселя. Например, контроллер может уменьшать открывание впускного дросселя для уменьшения заряда воздуха цилиндра. Несмотря на то, что это снижает разогрев отработавших газов, это ведет к временной потере крутящего момента. Следовательно, это может быть подходом, используемым только после исчерпывающих вариантов выбора обогащения.
В одном из примеров, система двигателя может включать в себя цилиндр двигателя с первой форсункой впрыска через впускное окно, выполненной с возможностью осуществлять впрыск через впускное окно первого газового топлива в цилиндр, вторую форсунку непосредственного впрыска, выполненную с возможностью осуществлять непосредственный впрыск второго жидкого топлива в цилиндр, и свечу зажигания для воспламенения топливной смеси в цилиндре. Контроллер со считываемыми компьютером инструкциями может быть выполнен с возможностью эксплуатировать цилиндр на стехиометрии посредством впрыска переменного соотношения первого топлива и второго топлива. В ответ на повышенные температуры отработавших газов, контроллер может обогащать цилиндр посредством избирательного увеличения впрыска второго топлива наряду с поддержанием впрыска первого топлива и, к тому же, наряду с сохранением установки момента искрового зажигания на MBT, обогащение основано на повышенной температуре отработавших газов. Обогащение может включать в себя повышение степени обогащения по мере того, как температура отработавших газов превышает пороговую температуру до тех пор, пока не достигнута пороговая степень обогащения. Кроме того, количество второго топлива, впрыскиваемое во время обогащения, может быть основано на одном или более из предела воспламеняемости второго топлива, октанового числа второго топлива и содержания спирта второго топлива.
Далее, с обращением к фиг.5, выигрыши крутящего момента, достигаемые в разных областях числа оборотов-нагрузки двигателя благодаря использованию подхода совместного топливоснабжения, при котором цилиндр снабжается топливом с каждым из бензина и CNG (изображенные в таблице 500), сравниваются с традиционным подходом топливоснабжения только бензином (изображенным в таблице 510), а также подходом топливоснабжения только CNG (изображенным в таблице 520).
Каждая таблица перечисляет подробности касательно областей числа оборотов-нагрузки двигателя в первом столбце. Следующие два столбца изображают подход топливоснабжения, включающий в себя разделение топлива между бензином и CNG, где подход включает в себя совместное топливоснабжение. Четвертый столбец изображает коэффициент эквивалентности (в качестве определенного посредством 1/лямбда). Пятый столбец изображает коэффициент трансформации крутящего момента, который является показателем установки момента зажигания. Последний столбец изображает достигаемый крутящий момент относительно только бензина. По существу, это является указанием выигрыша крутящего момента или ухудшения крутящего момента, достигаемых благодаря использованию соответствующего подхода топливоснабжения.
Как может быть видно посредством сравнения таблиц 500 и 510, во время условий низкого числа оборотов двигателя (в диапазоне 1000-1500 оборотов в минуту) и высокой нагрузки, в то время как температура охлаждающей жидкости двигателя повышается (например, выше, чем пороговая температура), а также в то время как повышается температура заряда воздуха (например, горячее, чем пороговая температура), традиционный подход топливоснабжения только бензином полагается на использование запаздывания зажигания для достижения остывания отработавших газов (смотрите коэффициент 0,8 в таблице 510, который указывает, что зажигание подвергается запаздыванию, чтобы выдавать 80% имеющегося в распоряжении крутящего момента). В сравнении, подход совместного топливоснабжения дает возможность достигаться такому же эффекту охлаждения без использования запаздывания зажигания (смотрите коэффициент трансформации крутящего момента 1,0 в таблице 500, который указывает, что зажигание находится по существу на MBT).
Во время условий среднего числа оборотов двигателя (в диапазоне 1500-3000 оборотов в минуту) и высокой нагрузки, подход совместного топливоснабжения по существу не отличается от традиционного подхода топливоснабжения только CNG при принятии мер в ответ на разогрев отработавших газов.
Во время условий диапазона крутящего момента (где число оборотов двигателя находится в диапазоне 3000-4500 оборотов в минуту) и высокой нагрузки, как может быть видно посредством сравнения таблиц 500, 510 и 520, подход совместного топливоснабжения дает существенные выигрыши крутящего момента. Более точно, традиционный подход топливоснабжения только CNG дает остывание отработавших газов за счет относительно высокого ухудшения крутящего момента (смотрите выходной крутящий момент 75% касательно бензина в таблице 520) наряду с тем, что традиционный подход топливоснабжения только бензином добивается такого же остывания отработавших газов за счет запаздывания зажигания (смотрите коэффициент трансформации крутящего момента 0,8 в таблице 510). Подход совместного топливоснабжения использует небольшое количество бензина для удовлетворения дефицита крутящего момента, к тому же, наряду с предоставлением зажиганию возможности поддерживаться на MBT. В дополнение, подход совместного топливоснабжения дает выходной крутящий момент 110% касательно только бензина, предоставляя остыванию отработавших газов возможность достигаться, не оказывая влияния на выходной крутящий момент двигателя.
Во время условий диапазона мощности (где число оборотов двигателя находится в диапазоне 4500-6000 оборотов в минуту) и высокой нагрузки, как может быть видно посредством сравнения таблиц 500, 510 и 520, подход совместного топливоснабжения дает существенные выигрыши крутящего момента. Более точно, традиционный подход топливоснабжения только CNG дает остывание отработавших газов за счет эксплуатации на пределе обогащения CNG (обогащении 10% в качестве указанного коэффициентом эквивалентности 1,10 в таблице 520) наряду с навлеканием ухудшения крутящего момента (смотрите выходной крутящий момент 90% касательно бензина в таблице 520). Традиционный подход топливоснабжения только бензином добивается того же самого остывания отработавших газов за счет эксплуатации обогащения 30% (смотрите коэффициент эквивалентности 1,30 в таблице 510) и за счет запаздывания зажигания (смотрите коэффициент трансформации крутящего момента 0,8 в таблице 510). Подход совместного топливоснабжения использует малое количество бензина с меньшей величиной обогащения в дополнение к CNG, чтобы восстанавливать полную мощность, наряду с поддержанием искрового зажигания на MBT. То есть, никакого ухудшения крутящего момента не навлекается малым расходом бензина.
Во время условий диапазона мощности (где число оборотов двигателя находится в диапазоне 4500-6000 оборотов в минуту) и высокой нагрузки, и когда каталитическому нейтрализатору необходимо быть защищенным, как может быть видно посредством сравнения таблиц 500, 510 и 520, подход совместного топливоснабжения дает существенные выигрыши крутящего момента. Более точно, традиционный подход топливоснабжения только CNG дает остывание отработавших газов за счет эксплуатации на пределе обеднения CNG (обеднении 30% в качестве указанного коэффициентом эквивалентности 0,70 в таблице 520) наряду с навлеканием ухудшения крутящего момента (смотрите выходной крутящий момент 70% касательно бензина в таблице 520). Традиционный подход топливоснабжения только бензином добивается того же самого остывания отработавших газов за счет эксплуатации обогащения 30% (смотрите коэффициент эквивалентности 1,30 в таблице 510) и за счет запаздывания зажигания (смотрите коэффициент трансформации крутящего момента 0,8 в таблице 510). Подход совместного топливоснабжения использует малое количество бензина с меньшей величиной обогащения в дополнение к CNG, чтобы восстанавливать полную мощность, наряду с поддержанием искрового зажигания на MBT. То есть, никакого ухудшения крутящего момента не навлекается малым расходом бензина.
Таким образом, могут использоваться свойства каждого из газового топлива и жидкого топлива в многотопливной системе двигателя. Посредством обеспечения стехиометрической работы цилиндра с использованием газового топлива, такого как CNG, наряду с обогащением цилиндра с использованием жидкого топлива, такого как бензин, перегрев отработавших газов может подвергаться принятию ответных мер, не навлекая потери крутящего момента и не требуя запаздывания зажигания. Посредством использования комбинации газового топлива и жидкого топлива, пределы воспламеняемости видов топлива могут расширяться, к тому же, наряду с улучшением пределов детонации. Посредством использования более широких пределов воспламеняемости, пределы стабильности сгорания могут повышаться во время обогащения.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, функций или операций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные операции, функции и/или действия могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в считываемый компьютером запоминающий носитель в системе управления.
Кроме того еще, должно быть понятно, что системы и подходы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления или примеры не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как предполагаются многочисленные варианты. Соответственно, настоящее раскрытие включает в себя новейшие и неочевидные комбинации различных систем и подходов, раскрытых в материалах настоящей заявки, а также любые и все их эквиваленты.