СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
ENGINE OPERATION METHOD (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к впрыску газообразного топлива и, в частности, к вариантам способа эксплуатации двигателя.
Для снижения темпа роста стоимости традиционных видов топлива и уменьшения выбросов выхлопных газов были разработаны альтернативные типы топлива. Например, перспективным альтернативным видом топлива был признан природный газ. Для использования в автомобильной промышленности природный газ может быть сжат и храниться в газообразном состоянии в цилиндрах под высоким давлением. Для подачи сжатого природного газа (СПГ) под низким давлением в камеру сгорания двигателя через топливную форсунку может быть использован регулятор давления. Во время запуска двигателя в топливной рампе, по которой топливо подается в топливную форсунку, может создаваться чрезмерное давление. Топливная рампа, находящаяся под повышенным давлением, может создавать большой перепад давлений у открывающейся внутрь форсунки, который может препятствовать открытию форсунки и задерживать (или предотвращать) запуск двигателя. Кроме того, во время прокручивания двигателя на форсунку может подаваться меньшее напряжение (следовательно, и меньший ток, создающий усилие открытия форсунки), чем во время работы двигателя. Таким образом, повышенный ток, создающий дополнительное усилие для преодоления перепада давлений и открытия форсунки, будет недоступен.
В настоящем документе изобретатели определили, что открытие топливных форсунок перед включением стартера, когда доступен повышенный ток для открытия форсунок даже при высоком перепаде давлений в форсунках, позволяет снизить статическое трение в форсунках во время последующего запуска. В соответствии с изобретением представлен способ запуска двигателя. Способ предусматривает циклическую работу форсунки для газообразного топлива, которая начинается до включения стартера в зависимости от запроса запуска двигателя.
Таким образом, форсунка для газообразного топлива может быть открыта до запуска двигателя. Открытие форсунки может снизить перепад давлений в форсунке и эффективно облегчить ее ход. Сниженный перепад давлений, в свою очередь, снижает величину тока, необходимую для открытия топливной форсунки. Таким образом, во время запуска двигателя или в любой другой момент, когда форсунка для газообразного топлива активируется при высоком давлении в топливной рампе, форсунка может быстро открыться, снижая вероятность позднего запуска двигателя.
Согласно первому объекту изобретения создан способ эксплуатации двигателя, при котором: при условиях работы двигателя, в зависимости от запроса на включение впрыска газообразного топлива, задерживают включение впрыска газообразного топлива до тех пор, пока давление во впускном коллекторе, через который протекает впускной воздух, не будет определено как достигшее порогового значения, и затем включают впрыск газообразного топлива, когда давление во впускном коллекторе достигнет указанное пороговое значение; и закрывают перепускной клапан турбонагнетателя для приведения давления во впускном коллекторе в соответствие с пороговым значением, если давление газообразного топлива в топливной рампе превышает пороговое значение.
Предпочтительно, пороговое значение давления во впускном коллекторе выше или равно атмосферному давлению, при этом двигатель соединяют с системой газообразного топлива, имеющей один или более топливных баков, выполненных с возможностью подачи газообразного топлива в топливную рампу, соединенную с форсунками газообразного топлива для обеспечения впрыска газообразного топлива.
Предпочтительно, дополнительно деактивируют впрыск жидкого топлива в зависимости от запроса включения впрыска газообразного топлива, при этом двигатель представляет собой двигатель с наддувом, причем задержка включения до тех пор, пока давление во впускном коллекторе не будет определено как достигшее порогового значения, включает задержку включения до тех пор, пока двигатель не будет работать с наддувом, где давление во впускном коллекторе равно или превышает атмосферное давление.
Предпочтительно, дополнительно определяют, открыта ли форсунка газообразного топлива на основе изменения давления в топливной рампе в зависимости от включения впрыска газообразного топлива, и, если форсунка для газообразного топлива не открылась, повторно включают впрыск жидкого топлива.
Предпочтительно, дополнительно открывают дроссельный клапан для приведения давления во впускном коллекторе в соответствие с пороговым значением, если давление газообразного топлива в топливной рампе превышает пороговое значение.
Предпочтительно, если дроссельный клапан открывается на большую величину, чем необходимо для подачи требуемого потока воздуха для двигателя, регулируют впрыск топлива и момент зажигания.
Согласно первому объекту изобретения создан способ эксплуатации двигателя, при котором: при условиях работы двигателя, в зависимости от запроса на включение впрыска газообразного топлива, задерживают включение впрыска газообразного топлива до тех пор, пока давление во впускном коллекторе, через который протекает впускной воздух, не будет определено как достигшее порогового значения, и затем включают впрыск газообразного топлива, когда давление во впускном коллекторе достигнет указанное пороговое значение; и деактивируют впрыск жидкого топлива в зависимости от запроса включения впрыска газообразного топлива, при этом двигатель представляет собой двигатель с наддувом, причем задержка включения до тех пор, пока давление во впускном коллекторе не будет определено как достигшее порогового значения, включает задержку включения до тех пор, пока двигатель не будет работать с наддувом, где давление во впускном коллекторе равно или превышает атмосферное давление.
Предпочтительно, дополнительно определяют, открыта ли форсунка газообразного топлива на основе изменения давления в топливной рампе в зависимости от включения впрыска газообразного топлива, и, если форсунка для газообразного топлива не открылась, повторно включают впрыск жидкого топлива.
Предпочтительно, дополнительно открывают дроссельный клапан и контролируют перепад давления топливной форсунки для приведения давления во впускном коллекторе в соответствие с атмосферным давлением.
Предпочтительно, дополнительно прекращают регулировку дроссельного клапана, когда перепад давления топливной форсунки равен пороговой величине или меньше нее или когда давление во впускном коллекторе равно атмосферному давлению.
Описанные выше преимущества, а также прочие преимущества и отличительные особенности станут очевидны после ознакомления со следующим подробным описанием предпочтительных вариантов отдельно или со ссылкой на сопроводительные чертежи,
Следует понимать, что приведенная выше сущность изобретения используется для того, чтобы познакомить в упрощенной форме с набором концепций, которые будут далее описаны в подробном описании. Она не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего описания.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1А представлено схематический пример камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 1В представлено схематическое изображение многоцилиндрового двигателя.
На фиг. 2 представлена высокоуровневая блок-схема способа управления активацией форсунки для газообразного топлива по варианту изобретения.
На фиг. 3 представлена блок-схема способа запуска двигателя в соответствии с вариантом изобретения.
На фиг. 4 представлена схема, показывающая значения различных параметров работы двигателя в течение интересующего периода времени, в соответствии с вариантом изобретения.
На фиг. 5 представлена блок-схема способа запуска двигателя в соответствии с другим вариантом.
На фиг. 6 представлена схема, показывающая значения различных параметров работы двигателя в течение интересующего периода времени, в соответствии с другим вариантом.
На фиг. 7 представлена блок-схема способа впрыска газообразного топлива в соответствии с вариантом изобретения.
Следующее описание относится к системам и способам обеспечения активации форсунок для газообразного топлива в двигателе, пример которого схематически представлен на фиг. 1А и 1В. Системы могут содержать бак для газообразного топлива, соединенный с топливной форсункой для впрыска во впускные каналы, а в некоторых вариантах еще и бак для жидкого топлива, соединенный с топливной форсункой для прямого впрыска. Контроллер может быть запрограммирован таким образом, чтобы управлять активацией форсунки для газообразного топлива с помощью способа управления, например, способов, описанных на фиг. 2, 3, 5 и 7, при выполнении которого параметры работы двигателя изменяются так, как показано на фиг. 4 и 6.
На фиг. 1А представлен пример камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по крайней мере, частично с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и с помощью входного сигнала, подаваемого водителем 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В настоящем примере устройство 132 ввода содержит педаль газа и датчик 134 положения педали газа для генерирования пропорционального сигнала РР положения педали. Цилиндр (т.е. камера сгорания) 14 двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы обеспечивать преобразование возвратно-поступательного движения данного поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен, по крайней мере, с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для запуска двигателя 10.
Впускной воздух может поступать в цилиндр 14 по нескольким впускным каналам 142, 144 и 146. Впускные каналы 146 могут соединяться с другими цилиндрами двигателя 10, помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах воплощения один или несколько впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, например, турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на фиг. 1А показан двигатель 10, оснащенный турбонагнетателем, который содержит компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176, работающую на выхлопных газах, которая расположена вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может, по крайней мере, частично приводиться в движение турбиной 176, работающей на выхлопных газах, с помощью вала 180, в котором устройство наддува представляет собой турбонагнетатель. Однако в других примерах, в которых двигатель 10 может быть оборудован, например, нагнетателем, можно не устанавливать турбину 176, работающую на выхлопных газах, в этом случае компрессор 174 может приводиться в движение с помощью механической передачи от мотора или двигателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль выпускного канала двигателя для изменения расхода и (или) давления впускного воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку относительно компрессора 174, как показано на фиг. 1А, или выше по потоку относительно компрессора 174.
В выпускные каналы 148 могут поступать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10, помимо цилиндра 14, Изображенный датчик 128 выхлопных газов соединен с выпускным каналом 148 выше по потоку относительно устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может представлять собой любой подходящий датчик, обеспечивающий индикацию воздушно-топливного соотношения выхлопных газов, например, линейный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный датчик содержания кислорода или датчик содержания кислорода в выхлопных газах широкого диапазона), бистабильный датчик кислорода или EGO, HEGO (EGO с нагревом), датчик NOx, НС или СО Устройство 178 для снижения токсичности выхлопных газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), уловитель NOx, любые другие устройства для снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, изображенный цилиндр 14 может иметь по крайней мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по крайней мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах воплощения каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может иметь по крайней мере два впускных тарельчатых клапана и по крайней мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Работа впускного клапана 150 может управляться с помощью контроллера 12 посредством исполнительного механизма 152, Аналогичным образом работа выпускного клапана 156 может управляться с помощью контроллера 12 посредством исполнительного механизма 154. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, посылаемые на исполнительные механизмы 152 и 154, для управления открытием и закрытием соответствующих впускного и выпускного клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено с помощью соответствующих датчиков положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь электрический привод клапанов, кулачковый привод или комбинацию данных типов приводов Установка фаз работы впускного и выпускного клапанов может осуществляться параллельно или по любому из следующих принципов: изменение фаз газораспределения на впуске, изменение фаз газораспределения на выпуске, двойное независимое изменение фаз газораспределения и фиксированные фазы газораспределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или несколько кулачков и использовать одну или несколько из ниже перечисленных систем; переключение профилей работы кулачков (CPS), изменение фаз газораспределения (VCT), регулируемая установка фаз клапанного распределения (VVT) и (или) изменение высоты подъема клапанов (VVL), которыми управляет контроллер 12 с целью изменения режимов работы клапанов. Например, в качестве альтернативы цилиндр 14 может включать в себя впускной клапан, управляемый с помощью электрического привода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью кулачкового привода, включая CPS и (или) VCT. В других вариантах воплощения впускной и выпускной клапаны могут управляться с помощью общего исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов клапана, исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов для выполнения регулируемой установки фаз клапанного распределения.
Цилиндр 14 может иметь определенную величину сжатия, равную соотношению между объемом цилиндра, в котором поршень 138 находится в нижней мертвой точке, и объемом цилиндра, в котором поршень 138 находится в верхней мертвой точке. Обычно величина сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах при использовании разных видов топлива величина сжатия может быть увеличена. Это может произойти, например, при использовании высокооктанового топлива или топлива с более высокой скрытой теплотой парообразования. Также коэффициент сжатия молено увеличить при использовании прямого впрыска, поскольку данный режим влияет на частоту детонаций двигателя.
В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания, обеспечивающую начало воспламенения. При выбранных условиях работы система 190 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 14 сгорания с помощью свечи 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания от контролера 12. Однако в некоторых вариантах воплощения свеча 192 зажигания не используется, например, когда двигатель 10 может начинать воспламенение с помощью самовоспламенения или впрыска топлива, как в случае с дизельными двигателями.
В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может иметь одну или несколько топливных форсунок, обеспечивающих подачу топлива. В качестве неограничивающего примера изображенный цилиндр 14 включает в себя топливные форсунки 166 и 170. Изображенная топливная форсунка 166 соединена непосредственно с цилиндром 14 для прямого впрыска в него топлива в соответствии с шириной импульса FPW-1, полученного от контроллера 12, используя электронный привод 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает впрыск топлива, известный как прямой впрыск топлива (именуемый в настоящем документе как «DI») в цилиндр 14. Хотя на фиг. 1А форсунка 166 показана в виде боковой форсунки, она может быть расположена над поршнем, например, рядом с свечой 192 зажигания. Такое положение может улучшить смесеобразование и воспламенение при работе двигателя на спиртовом топливе благодаря низкой летучести некоторых видов спиртового топлива. В качестве альтернативы форсунку можно расположить сверху, рядом с впускным клапаном для улучшения смесеобразования. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 172 высокого давления, содержащей топливный бак, топливные насосы, топливную рампу и привод 168. По варианту топливо может подаваться с помощью одноступенчатого топливного насоса при низком давлении, при этом момент прямого впрыска топлива может быть дополнительно ограничен во время такта сжатия по сравнению с ситуацией, когда используется топливная система высокого давления, Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут иметь датчик давления, генерирующий сигнал для контроллера 12.
Изображенная топливная форсунка 170 расположена во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, в конфигурации, обеспечивающей впрыск топлива во впускные каналы (именуемый в настоящем документе как «PFI»), т.е. во впускной канал выше по потоку относительно цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длине импульса сигнала FPW-2, принятого от контроллера 12, используя электронный привод 171. Топливо может быть подано в топливную форсунку 170 с помощью топливной системы 172.
Топливная система 172 может включать в себя один топливный бак или несколько топливных баков. В вариантах воплощения, в которых топливная система 172 включает в себя несколько топливных баков, данные топливные баки могут содержать топливо одинакового качества или же топливо разного качества, например, топливо с разным составом.
Данная разница может заключаться в разном содержании спирта, разном октановом числе, разной теплотой парообразования, разных смесях топлива и (или) сочетании данных характеристик и т.д. В одном примере топливо с различным содержанием спирта может представлять собой бензин, этанол, метанол или спиртовые смеси, например, Е85 (в которой содержится примерно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (в которой содержится примерно 85% метанола и 15% бензина). Другие спиртосодержащие виды топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина и т.д. В некоторых примерах топливная система 172 может включать в себя топливный бак, в котором содержится жидкое топливо, например, бензин, и топливный бак, в котором содержится газообразное топливо, например, СПГ. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы впрыскивать топливо из бака с одним видом топлива, из баков с разными видами топлива, из нескольких баков с одним видом топлива или из нескольких баков с разными видами топлива.
Контроллер 12 с фиг. 1А представлен в виде микрокомпьютера, включающего в себя процессор 106, порты 108 ввода/вывода, электронный носитель для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, представляющий собой постоянное запоминающее устройство 110 в данном конкретном примере воплощения, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114, и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, которые включают в себя, в дополнение к ранее описанным сигналам, сигнал массового расхода воздуха (MAF) от датчика 122 массового расхода воздуха; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 116 температуры, соединенного с охлаждающей рубашкой 118; сигналы профиля зажигания (PIP) от датчика 120 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) от датчика 124. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может быть сгенерирован контроллером 12 на основе сигнала PIP Сигнал MAP о давлении в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.
На постоянное запоминающее устройство 110 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 106, для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые подразумеваются, но не указываются конкретно. Примеры способов, которые могут быть выполнены с помощью контроллера, описаны на фиг. 2, 3, 5 и 7.
Как было описано выше, на фиг. 1А показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый цилиндр может также включать в себя собственный набор из впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки (форсунок), свечи зажигания и т.д. На фиг. 1В представлено схематическое изображение многоцилиндрового двигателя с фиг. 1А, соответствующего настоящему изобретению. Как показано на фиг. 1А, двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя цилиндры 14, соединенные с впускным каналом 144 и выпускным каналом 148. Впускной канал 144 может включать в себя дроссель 162. Выпускной канал 148 может включать в себя устройство 178 для снижения токсичности выхлопных газов.
Изображенный цилиндр 14 соединен с топливными форсунками 166 и 170. Хотя показано, что с топливными форсунками соединен только один цилиндр, следует понимать, что все цилиндры 14, входящие в состав двигателя 10, также могут быть соединены с одной или несколькими топливными форсунками. В иллюстративном варианте воплощения топливная форсунка 166 изображена в виде топливной форсунки для прямого впрыска, а топливная форсунка 170 изображена в виде топливной форсунки для впрыска во впускные каналы. Каждая топливная форсунка может быть сконфигурирована таким образом, чтобы подавать определенное количество топлива в определенный момент цикла работы двигателя в ответ на команды от контроллера 12. Для подачи горючего топлива в цилиндр 14 во время каждого цикла воспламенения может быть использована одна или обе топливные форсунки. Момент и величина впрыска топлива могут регулироваться с помощью функции зависимости от условий работы двигателя.
Топливная система 172 может включать в себя один или несколько топливных баков. В изображенном примере топливная система представляет собой многотопливную систему, включающую в себя топливный бак 20а высокого давления, сконфигурированный таким образом, чтобы подавать газообразное топливо в топливную рампу 52а, и топливный бак 20b, сконфигурированный таким образом, чтобы подавать в топливную рампу 52b топливо с химическими и физическими свойствами, отличными от газообразного топлива (например, жидкое топливо). Хотя в представленном примере показаны отдельные топливные рампы для двух разных видов топлива, в некоторых примерах может быть использована общая топливная рампа.
2
2
2
2
Топливный бак 20а может быть сконфигурирована таким образом, чтобы хранить газообразное топливо под высоким давлением и подавать топливо в двигатель 10 через топливопровод 94 топлива высокого давления, регулятор 38 давления и топливопровод 50 с регулируемым давлением. Например, газообразное топливо может представлять собой сжатый природный газ (СПГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ), абсорбированный природный газ (АПГ) или водородное топливо. В топливном баке 20а может храниться газообразное топливо под давлением в диапазоне 10-700 бар (например, 0-100+ фунтов/дюйм для СНГ, 500 фунтов/дюйм для АНГ, 3600 фунтов/дюйм или 250 бар для СПГ и 5000-10000 фунтов/дюйм для водородного топлива).
И наоборот, в топливном баке 20b может храниться жидкое топливо, например, бензин, топливо с разными концентрациями спирта, различные топливные смеси бензина и этанола (например, Е10, Е85) и их комбинации. Как показано, топливный бак 20b может быть соединен с топливным насосом 21, который обеспечивает сжатие топлива, подаваемого в топливную рампу.
Заправка топливного бака 20а газообразным топливом может производиться через заливочное отверстие 54. для создания необходимого потока топлива между топливным баком 20а и заливочным отверстием 54 может быть установлен контрольный клапан 55 (или два последовательно расположенных контрольных клапана, что позволит обеспечить надежность). Аналогичным образом заправка топливного бака 20а жидким топливом может производиться через заливочное отверстие 83. Топливо может подаваться из топливных баков 20а и 20b в форсунки двигателя 10, например, в форсунки 170 и 166, через топливные рампы 52а и 52b соответственно. Хотя показано, что к каждой топливной рампе подключена одна топливная форсунка, следует понимать, что каждый цилиндр 14 может иметь большее количество форсунок. Например, топливная рампа 52а может подавать топливо в форсунку 170, при этом вторая топливная форсунка будет подавать топливо в ту же камеру сгорания, что и форсунка 170.
По варианту, в котором топливная система 172 содержит систему прямого впрыска, форсунки 166 и 170 могут представлять собой топливные форсунки прямого впрыска. В альтернативном варианте воплощения топливная система 172 может содержать систему впрыска во впускные каналы, в которой форсунки 166 и 170 могут представлять собой топливные форсунки впрыска во впускные каналы. В других вариантах каждый цилиндр может содержать одну или несколько форсунок, представляющих собой форсунку прямого впрыска и форсунку впрыска во впускные каналы (например, как показано на фиг. 1).
Насос 21 может не нагнетать топливо из топливного бака 20b в топливную рампу 52b в ситуациях, когда подача жидкого топлива в двигатель является нежелательной (например, когда двигатель выключен или когда нужно подавать в двигатель только газообразное топливо). Датчик 102b давления в топливной рампе, расположенный в топливной рампе 52b, может быть сконфигурирован таким образом, чтобы измерять текущее давление в топливной рампе и передавать полученное значение на контроллер 12 системы 14 управления. В некоторых примерах насос 21 может управляться на основе значения давления в топливной рампе, полученного с помощью датчика 102b, и (или) на основе значений других параметров.
Кроме того, в некоторых вариантах воплощения контрольный клапан (не показан) может быть расположен между топливным баком 20b и топливной рампой 52b, чтобы создавать нужный поток от топливного бака 20b.
Топливный бак 20а может быть соединен с клапаном 32 топливного бака, который будет регулировать давление газообразного топлива, подаваемого в топливопровод 94. Клапан 32 топливного бака может быть сконфигурирован таким образом, чтобы подавать газообразное топливо в топливопровод 94 под давлением, равным давлению в баке. В качестве альтернативы, даже когда нужно создать высокое давление впрыска топлива, можно перевести клапан топливного бака в активное состояние, при этом система регулировки давления, расположенная ниже по потоку относительно клапана, будет управляться таким образом, чтобы создать достаточно высокое давление в топливной рампе. Подобный режим работы может быть предпочтительным в примерах, в которых поток газообразного топлива под высоким давлением, проходящий через различные компоненты, которые могут являться частью топливопровода 94 (например, фильтры, клапаны и т.д.), будет разрушать данные компоненты.
Топливный бак 20а также может быть соединен с системой регулировки давления для обеспечения подачи газообразного топлива в топливную рампу 52а, а оттуда - в форсунку 170 под регулируемым давлением. В одном примере газообразное топливо в топливном баке 20а может храниться под давлением в диапазоне 10-700 бар, при этом система регулировки давления может регулировать давление в топливной рампе таким образом, чтобы оно находилось в пределах диапазона от 2 до 40 бар (например, от 2 до 10 бар - для СПГ). Давление в топливной рампе может регулироваться с помощью регулятора 38 давления, Регулятор 38 может представлять собой механический регулятор давления, устанавливающий давление в камере опорного давления в фиксированное, постоянное значение для достижения фиксированного, постоянного регулирующего давления в камере низкого давления, в результате чего будет достигнуто единое, фиксированное давление в топливной рампе. В других вариантах воплощения регулятор 38 может представлять собой регулятор переменного давления. Например, регулятор 38 может включать в себя трубопроводы повышения и понижения давления, а также клапаны, позволяющие изменять давление в камере опорного давления, при этом давление в камере опорного давления, в свою очередь, изменяет регулирующее давление в камере низкого давления, что позволяет изменить давление в топливной рампе.
Как было описано выше, для подачи газообразного топлива в цилиндры двигателя газообразное топливо подается под высоким давлением из бака для газообразного топлива (например, из бака 20а) на регулятор давления (например, на регулятор 38). Затем регулятор давления подает топливо в рампу для газообразного топлива (например, в рампу 52а) при сниженном установленном давлении, например, при 10 бар - для СПГ. Однако при определенных условиях топливо может подаваться в топливную рампу под давлением, превышающим установленное значение. Например, регулятор, контролирующий давление топлива в рампе для газообразного топлива, может устанавливать в топливной рампе давление, превышающее нормальное давление, при низкой температуре и (или) при низком давлении в баке для газообразного топлива. Кроме того, регулятор может временно установить давление, превышающее стационарное установленное давление в топливной рампе, во время начальной подачи топлива в топливную рампу при запуске двигателя.
Во время роста давления впрыска топлива сила тока, необходимая для открытия форсунок, также возрастает, поскольку усилие, используемое для открытия форсунки прямо пропорциональна силе тока, подаваемого на форсунку. Ток высокого напряжения зачастую бывает недоступен, в частности, во время запусков двигателя. Например, во время прокручивания двигателя напряжение на форсунке ниже, чем доступно, из- за электрической нагрузки, создаваемой двигателем (например, нагрузки, создаваемой стартером), низких температур окружающей среды и низких скоростей вращения двигателя (когда генератор переменного тока не обеспечивает увеличение доступного напряжения в транспортном средстве). Кроме того, при высокой температуре форсунки ее сопротивление увеличивается, в результате чего снижается доступная сила тока на форсунке, используемого для открытия форсунки.
Из-за высокого давления впрыска топлива и недостаточно высокого доступного напряжения форсунки для газообразного топлива не могут мгновенно открыться при запуске. Таким образом, запуски двигателя при использовании газообразного топлива могут выполняться с задержкой. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 2-6, задержка во время запуска может быть уменьшена за счет регулировки одного или нескольких параметров работы во время или до запуска двигателя. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 3, высокое давление впрыска топлива, связанное с вакуумом во впускном коллекторе, который возникает при прокручивании двигателя, создает большой перепад давлений в открывающихся внутрь форсунках для газообразного топлива. Для снижения данного перепада давлений и облегчения открытия форсунок при пониженной силе тока во время запуска может быть открыт дроссельный клапан двигателя, что позволит увеличить давление во впускном коллекторе и уменьшить перепад давлений в форсунках. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 5, перед началом прокручивания двигателя форсунки для газообразного топлива могут быть открыты и закрыты один или несколько раз, эффективно «разблокируя» форсунки за счет разрушения липкого налета до создания давления в топливных форсунках. После открытия и закрытия топливных форсунок (также называемого циклической работой форсунок) в топливной рампе может повторно создано давление, после чего может начать прокручивание двигателя. Кроме того, напряжение, подаваемое на форсунки, может быть увеличено за счет работы генератора переменного тока двигателя на полной мощности.
Как было описано выше, во время запуска двигателя форсунки для газообразного топлива могут тяжело открываться. Если двигатель сконфигурирован таким образом, чтобы работать на разных видах топлива (например, на жидком топливе и на газообразном топливе), форсунки для газообразного топлива также могут тяжело открываться при переходе двигателя с работы на жидком топливе (например, на бензине) на работу на газообразном топливе. Например, по мере нагрева двигателя в начале работы на бензине также возрастает температура рампы для газообразного топлива, что приводит к увеличению давления газообразного топлива в топливной рампе. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 7, если двигатель содержит турбонагнетатель, то начало впрыска газообразного топлива может быть задержано до тех пор, пока в двигатель не поступит впускной воздух наддува (например, до тех пор, пока давление во впускном коллекторе не станет выше атмосферного давления) для уменьшения перепада давлений в форсунках для газообразного топлива, по варианту для увеличения давления наддува в начале впрыска газообразного топлива может быть выполнена регулировка положения перепускной заслонки турбонагнетателя (например, она может быть перемещена в закрытое положение).
На фиг. 2 показан способ 200 управления активацией форсунки для газообразного топлива. Способ 200 может быть выполнен с помощью контроллера двигателя, например, с помощью контроллера 12 с фиг. 1А-1В, в соответствии с сохраненными на нем инструкциями. На этапе 202 способ 200 включает в себя определение того, находится ли двигатель в неподвижном состоянии. Если двигатель неподвижен, то горение не происходит, следовательно, в цилиндры не поступает топливо. Также это означает, что не работает стартер. Если двигатель не находится в неподвижном положении (например, если двигатель прокручивается с помощью стартера или происходит горение), способ 200 переходит к этапу 203, на котором вне зависимости от перепада давлений в форсунках для газообразного топлива происходит регулировка положения дроссельного клапана. Например, дроссельный клапан может быть отрегулирован таким образом, чтобы подавать необходимый поток воздуха, поступающий в двигатель. На этапе 204 форсунки для газообразного топлива активируются при обнаружении определенных условий в соответствии со способом, описанным ниже со ссылкой на фиг. 7. Затем способ 200 возвращается в начало.
Если двигатель неподвижен, способ 200 переходит на этап 206, на котором будет определено, ожидается и (или) запрашивается ли выполнение запуска двигателя. Ожидаемый запуск двигателя может относится к ситуациям, когда ожидается, что запуск двигателя будет выполнен в течение определенного периода на основе текущих условий работы. В одном примере запуск двигателя может быть спрогнозирован при открытии боковой двери со стороны водителя. Другими параметрами, которые могут свидетельствовать о скором запуске двигателя, являются вставка ключа в замок зажигания, обнаружение нагрузки на водительское сиденье и т.д. Кроме того, на основе одного или нескольких параметров может быть определен запрос запуска двигателя. Например, включение зажигания при повороте ключа зажигания во включенное положение может свидетельствовать о подаче запроса запуска двигателя. Однако возможно использование других механизмов запроса запуска двигателя, например, нажатие пользователем на кнопку запуска двигателя.
Если запуск двигателя не запрашивается или не ожидается, то способ 200 возвращается в начало. В случае ожидания или обнаружения запроса запуска способ 200 переходит на этап 208, на котором определяются условия работы. Условия работы, определенные на этапе 208, могут включать в себя температуру окружающей среды, температуру двигателя, время, прошедшее с момента последнего выключения двигателя, атмосферное давление, текущее давление в топливной рампе и иные условия. На этапе 210 способ 200 включает в себя определение того, не ниже ли температура окружающей среды по сравнению с пороговым значением. При низких температурах окружающей среды и (или) двигателя форсунки для газообразного топлива могут быть предрасположены к застреванию в начале впрыска топлива. Таким образом, если температура ниже порогового значения, форсунки могут работать в циклическом режиме, как показано на этапе 212 и подробнее пояснено ниже со ссылкой на фиг. 5. Если температура не ниже порогового значения, форсунки могут и не переходить в циклический режим. Вместо этого, при запуске двигателя может быть открыт дроссельный клапан, как показано на этапе 214 и более подробно пояснено ниже со ссылкой на фиг. 3. Дроссельный клапан может открываться автоматически при каждом запуске двигателя, когда температура окружающего воздуха превышает пороговое значение, или может открываться при большом перепаде давлений в форсунках во время запуска. Затем способ 200 возвращается в начало.
Как было сказано выше, когда при запуске двигателя форсунки для газообразного топлива испытывают статическое трение, форсунки могут начать циклическую работу до запуска двигателя и (или) во время запуска двигателя может быть открыт дроссельный клапан. Хотя форсунки могут автоматически переходить в циклический режим при каждом запуске двигателя, такой режим может привести к задержке прокручивания и (или) впрыску чрезмерного количества топлива во впуск двигателя. Таким образом, форсунки могут циклически работать только в том случае, когда условия указывают на то, что при открытии форсунок возникнут серьезные сложности, например, при низкой температуре окружающей среды. Для определения того, нужно ли переводить форсунки в циклический режим работы до запуска или открывать дроссельный клапан во время запуска двигателя, может быть выполнена оценка температуры окружающей среды. Если температура окружающей среды ниже порогового значения (например, равного 10°С), форсунки могут начать циклически работать до запуска двигателя.
Однако если во время выполнения способа было определено, что температура окружающей среды выше или равна пороговому значению, то форсунки не начинают работать в циклическом режиме. Если во время последующего запуска в форсунках возникает перепад давлений, то во время запуска двигателя может быть открыт дроссельный клапан. На необходимость циклической работы форсунок или открытия дроссельного клапана могут влиять и другие факторы. Например, если до запуска двигателя напряжение, которое может быть подано на форсунки, является низким, то форсунки могут не переходить в циклический режим работы. В других вариантах воплощения форсунки могут переходить в циклический режим работы автоматически, и, если форсунки не открываются во время циклической работы (или не открываются сразу после впрыска топлива), для уменьшения перепада давлений может быть открыт дроссельный клапан. В качестве дополнения или альтернативы, если во время циклической работы не открывается ни одна из форсунок, то напряжение, подаваемое на форсунки, может быть увеличено за счет увеличения скорости вращения ротора генератора переменного тока, запуска генератора переменного тока на полной мощности и (или) снижения электрической нагрузки, создаваемой двигателем.
На фиг. 3 показан способ 300 запуска двигателя. Способ 300 может быть выполнен с помощью контроллера двигателя, например, с помощью контроллера 12 с фиг. 1А-1В, в соответствии с сохраненными на нем инструкциями. Способ 300 может быть выполнен во время запуска двигателя, например, двигателя 10, для открытия дроссельного клапана, например, дросселя 162, что позволит облегчить открытие одной или нескольких форсунок для газообразного топлива, например, форсунки 170.
На этапе 302 способ 300 включает в себя определение наличия запроса запуска двигателя. Запрос запуска двигателя может быть обнаружен на основе одного или нескольких параметров. Например, включение зажигания при повороте ключа зажигания во включенное положение может свидетельствовать о подаче запроса запуска двигателя. Однако возможно использование других механизмов запроса запуска двигателя, например, нажатие пользователем на кнопку запуска двигателя. При отсутствии запроса запуска двигателя способ 300 возвращается в начало.
При наличии запроса запуска двигателя способ 300 переходит на этап 304, на котором определяется, превышает ли перепад давлений в топливной форсунке пороговое значение. Перепад давлений в топливной форсунке может представлять собой разность между давлением в топливной форсунке и давлением во впускном коллекторе. Примерное значение давления в топливной форсунке может быть определено с помощью измерения давления в топливной рампе (FRP). FRP и (или) MAP могут быть определены на основе входного сигнала от датчиков давления, например, от датчиков 102а и 124. Пороговое значение перепада давлений в топливной форсунке может представлять собой соответствующее пороговое значение, когда при давлении в топливной форсунке, превышающем пороговое значение, форсунки для газообразного топлива могут возникать серьезные сложности с открытием форсунок. В одном примере приблизительное пороговое значение перепада давлений может быть получено на основе FRP. Другими словами, если FRP превышает пороговое значение, может быть определено, что перепад давлений в форсунке достаточно высок для возникновения статического трения в форсунках. Пороговое значение FRP может представлять собой установленное давление в топливной рампе, например, равное 10 бар. В некоторых вариантах воплощения пороговое значение может быть фиксированным, т.е. пороговое значение не будет меняться в зависимости от условий работы. В других вариантах воплощения пороговое значение может изменяться в зависимости от условий. Например, пороговое значение FRP или перепад давлений может изменяться в зависимости от доступного напряжения в транспортном средстве. Если доступное напряжение является относительно высоким (следовательно, на форсунки может быть подан более сильный ток), пороговое значение FRP может быть выше, чем при относительно низком доступном напряжении. Величина напряжения, которое можно подать на форсунки для газообразного топлива, может быть определена на основе одного или нескольких следующих параметров: температура форсунки, время, прошедшее после остановки двигателя, и скорость вращения двигателя. Другими словами, величина напряжения, которое может быть подано на форсунку, может зависеть от температуры форсунки (высокая температура форсунки увеличивает сопротивление форсунки), времени, прошедшего после запуска двигателя (которое может повлиять на электрическую нагрузку, создаваемую транспортным средством, и напряжение, создаваемое генератором переменного тока) и скорости вращения двигателя.
Если перепад давлений в топливной форсунке не превышает пороговое значение, способ 300 переходит на этап 306, на котором происходит регулировка положения дроссельного клапана вне зависимости от перепада давлений в топливной форсунке, например, на основе нужного необходимого расхода воздуха через двигатель. Например, для определения количества впускного воздуха и, следовательно, количества топлива, необходимого для создания запрашиваемого крутящего момента, может быть использована модель заполнения коллектора/цилиндра, при этом для подачи нужного количества воздуха может быть отрегулировано положение дроссельного клапана. На этапе 308 происходит прокручивание двигателя, впрыск топлива начинается после того, как будет определено, что установлено оптимальное положение двигателя и (или) достигнута необходимая скорость вращения двигателя. Затем способ 300 возвращается в начало.
Однако если перепад давлений в топливной форсунке превышает пороговое значение, способ 300 переходит на этап 310, на котором открывается дроссельный клапан и происходит прокручивание двигателя. В некоторых вариантах воплощения двигатель может прокручиваться таким образом, чтобы мониторинг значений давления в топливной рампе начался сразу после начала вращения двигателя. После начала прокручивания двигателя на давление в топливной рампе могут влиять различные факторы. Например, клапан высокого давления, регулирующий поток газообразного топлива из топливного бака в топливную рампу (например, клапан 32 или 36 с фиг. 1В), может быть открыт таким образом, чтобы обеспечить подачу топлива в рампу, что приведет к увеличению давления в рампе. Кроме того, регулятор может увеличивать давление в рампе при определенных условиях (например, низкое давление в топливном баке или низкая температура окружающей среды). Дроссельный клапан может быть открыт в ответ на то, что FRP превышает пороговое значение после начала прокручивания двигателя. В других вариантах воплощения дроссельный клапан может быть открыт до начала прокручивания двигателя. Например, текущее давление в топливной рампе может быть определено вместе с другими текущими условиями работы (например, температурой окружающей среды, атмосферным давлением и т.д.). Если после начала прокручивания двигателя ожидаемое давление в топливной рампе может возрасти до уровня, превышающего пороговое значение, дроссельный клапан может быть открыт заранее, еще до начала прокручивания.
Дроссельный клапан может быть открыт на соответствующую величину. В одном примере дроссельный клапан может широко открыть дроссель для того, чтобы давление во впускном коллекторе быстро стало равным атмосферному давлению. В другом примере дроссельный клапан может медленно открываться (например, при медленном увеличении угла открытия дросселя), при этом в топливной форсунке может выполняться контроль перепада давлений. Как только перепад давлений станет равным или опустится ниже порогового значения или как только MAP достигнет нужного значения (например, станет равным атмосферному давлению), регулировка дроссельного клапана будет прекращена.
На этапе 312 будет определено, достигло ли давление MAP нужного значения. В одном примере нужное давление может быть равно атмосферному давлению. В других примерах нужное давление может представлять собой MAP, которое снижает перепад давлений в топливной форсунке до значения, позволяющего открыть топливную форсунку. Если MAP не достигло нужного значения, способ 300 возвращается на этап 310, на котором продолжается увеличение степени открытия дросселя и прокручивание двигателя. Если MAP достигло нужного значения, способ 300 переходит на этап 314, на котором начинается впрыск газообразного топлива. Начало процесса впрыска топлива может зависеть от MAP (когда впрыск топлива начинается после того, как MAP достигнет нужного значения), положения двигателя и (или) скорости вращения двигателя. Другими словами, после достижения порогового значения скорости вращения двигателя за счет прокручивания двигателя с помощью стартера и после определения положения двигателя впрыск топлива начнется при достижении порогового значения для MAP. Для начала впрыска топлива за счет подачи тока на форсунки можно открыть одну или несколько форсунок для газообразного топлива. Усилие, обеспечивающее открытие форсунки, может быть пропорционально величине тока, подаваемого на форсунку. Форсунка может быть открыта в течение определенного периода, зависящего от величины топлива, которое необходимо впрыснуть.
На этапе 318 определяется, происходит ли падение давления в топливной рампе. Если клапан топливной рампы закрыт, то открытие топливной форсунки приведет к снижению давления в топливной рампе во время подачи топлива в цилиндр. В этом случае падение давления в топливной рампе будет указывать на то, что форсунка открыта. Таким образом, при обнаружении падения давления FRP, предполагается, что форсунка успешно открылась, после чего способ 300 переходит на этап 320, на котором происходит регулировка положения дроссельного клапана на основе текущего расхода воздуха. За счет регулировки дроссельного клапана на основе необходимого расхода воздуха дроссельный клапан может быть перемещен в более закрытое положение. Однако во время впрыска топлива с помощью регулятора в топливную рампу может быть подано некоторое количество топлива. Таким образом, после открытия одной форсунки и клапана топливной рампы для обеспечения подачи топлива в рампу давление в топливной рампе может начать увеличиваться, что приведет к возникновению статического трения в остальных форсунках. Таким образом, дроссельный клапан может удерживаться в открытом положении до тех пор, пока не будут открыты все форсунки, либо может продолжаться регулировка дроссельного клапана на основе давления в топливной рампе, даже после запуска двигателя.
Кроме того, способ 300 может дополнительно включать в себя регулировку крутящего момента на этапе 316 за счет подачи топлива только в некоторые цилиндры, по крайней мере, во время первого цикла работы двигателя. Во время нормальных запусков двигателя (например, во время запусков двигателя, при которых давление в топливной рампе не превышает пороговое значение) дроссельный клапан может быть практически полностью закрыт в течение некоторого времени или всего цикла прокручивания двигателя для создания вакуума во впускном коллекторе. Таким образом, благодаря небольшому количеству воздуха в цилиндрах в начале впрыска топлива необходимо относительно небольшое количество топлива. Однако, когда во время прокручивания открывается дроссель, в цилиндрах может находиться большее количество воздуха, следовательно, для поддержания необходимого воздушно-топливного соотношения может быть впрыснуто большее количество топлива. Для управления крутящим моментом в начале впрыска топлива можно регулировать один или несколько параметров работы. Например, во время первого цикла работы двигателя топливо может поступать только в некоторые цилиндры. Топливо может начать поступать в каждый цилиндр после снижения давления в топливной рампе и выполнения регулировки положения дроссельного клапана для поддержания расхода воздуха (и перемещения из открытого состояния). Во время запуска двигателя могут регулироваться другие параметры, например, момент зажигания.
Также если на этапе 318 падение давления в топливной рампе не было обнаружено, то при наличии возможности увеличения напряжения способ 300 переходит на этап 322, на котором происходит увеличение напряжения, подаваемого на форсунку. Во время прокручивания двигателя доступное напряжение в транспортном средстве может быть относительно низким из-за потребления повышенного напряжения во время работы стартера. Кроме того, поскольку в двигателе не происходит горение, то генератор переменного тока не создает дополнительное напряжение. Однако при наличии дополнительного напряжения на форсунку подается более высокий ток, позволяющий увеличить усилие, используемое для открытия форсунок. Дополнительное напряжение может быть создано за счет работы генератора переменного тока транспортного средства на полной мощности или за счет снижения электрической нагрузки на транспортное средство (например, за счет выключения компрессора системы кондиционирования). Затем в способе 300 может начаться контроль падения давления FRP. Однако в некоторых вариантах воплощения, если дополнительного напряжения нет и (или) если топливные форсунки не открываются, на этапе 324 из топливной форсунки для жидкого топлива может быть впрыснуто жидкое топливо. Если двигатель сконфигурирован таким образом, чтобы работать более чем на одном виде топлива (например, на газообразном топливе и на жидком топливе), топливная форсунка для жидкого топлива может быть активирована для обеспечения подачи топлива, необходимого для запуска двигателя.
Таким образом, способ 300 обеспечивает открытие дросселя во время прокручивания двигателя при запуске двигателя на газообразном топливе. При помощи открытия дросселя во время прокручивания (когда в двигателе не происходит горение) можно увеличить давление во впускном коллекторе, в результате чего произойдет уменьшение перепада давлений в топливной форсунке. При помощи уменьшения перепада давлений в топливной форсунке данная форсунка может быть открыта при подаче тока меньшей величины, что облегчит более быстрый и надежный запуск двигателя при подаче газообразного топлива.
На фиг. 4 представлена схема 400, на которой показаны значения различных параметров работы во время запуска двигателя при использовании газообразного топлива. Например, на схеме 400 показаны значения различных возможных параметров работы во время выполнения способа с фиг. 3. Параметры работы, представленные на схеме 400, включают в себя состояние запуска двигателя (зажигание включено/выключено), скорость вращения двигателя, положение дроссельного клапана, MAP, FRP и состояние активации форсунки для газообразного топлива. Для каждого параметра работы вдоль горизонтальной оси показано время, а соответствующие значения каждого параметра работы указаны вдоль вертикальной оси.
Перед моментом t1 времени двигатель выключен (соответственно двигатель неподвижен), на дроссельный клапан не подается питание (он частично открыт, например, на 7 градусов), a MAP равно атмосферному давлению. В момент t1 времени обнаруживается включение зажигания, что показано с помощью кривой 402. В результате двигатель начинает вращаться за счет включения стартера (например, при подаче тока на привод стартера), скорость вращения двигателя возрастает до нижнего значения скорости прокручивания, например, до 200 оборотов в минуту (как показано с помощью кривой 404). Как показано с помощью кривой 406, дроссель остается почти закрытым (например, он открыт на 3 градуса). Из-за того что двигатель вращается, а дроссельный клапан закрыт, MAP начинает опускается, как показано с помощью кривой 408. Из-за подачи топлива в топливную рампу FRP может начать увеличиваться, как показано с помощью кривой 410. Например, может открыться клапан, регулирующий поток топлива из топливного бака к регулятору, в результате чего начнется подача топлива.
В момент t2 времени FRP может достичь порогового значения давления, которое в сочетании с низким значением MAP приводит к тому, что для открытия форсунок для газообразного топлива понадобится более сильный ток. Таким образом, дроссельный клапан может открыться в момент t2 времени. На схеме 400 показано увеличение степени открытия дроссельного клапана до значения, достаточного для того, чтобы MAP стало примерно равным атмосферному давлению (BP), т.е. до 17 градусов при низкой скорости вращения двигателя; однако значение угла открытия дросселя может быть другим. Из-за открытия дросселя может произойти увеличение MAP.
В момент t3 времени MAP достигает необходимого значения (например, становится равным атмосферному давлению) и становится возможным определение положения двигателя, в результате чего при активации одной или нескольких форсунок для газообразного топлива начинается впрыск газообразного топлива (как показано с помощью кривой 412). Активация форсунки, обозначенная с помощью кривой 412, представляет собой активацию полного впрыска топлива во всем двигателе. Другими словами, кривая 412 показывает не открытие/закрытие отдельной форсунки, а изображает текущую активацию впрыска топлива. Следует понимать, что каждая форсунка открывается и закрывается в каждом цикле работы двигателя по отдельности. После начала процесса горения в двигателе скорость вращения двигателя становится выше скорости прокручивания двигателя (например, 200 об/мин) и достигает высокого уровня (например, 1500 об/мин), а затем опускается до скорости холостого хода (например, 800 об/мин). В момент t4 времени обнаруживается падение давления в топливной рампе, что свидетельствует о том, что открылась по крайней мере одна форсунка для газообразного топлива. Подобное падение давления топлива является падением, вызванным переходом от избыточного давления к стандартному отрегулированному давлению. Из-за температуры регулятора или низкого давления в баке данное отрегулированное давление может оставаться на уровне, превышающем номинальное значение. В результате дроссель будет закрыт (или установлен в более закрытое положение, например, он может вернуться к углу, равному 7 градусам), a MAP опустится. После момента t4 времени положение дросселя будет отрегулировано на основе необходимого расхода воздуха через двигатель.
Таким образом, на схеме 400 показан запуск двигателя, происходящий при достижении MAP значения атмосферного давления, Как только форсунки откроются (а двигатель запустится), крутящий момент двигателя можно будет отрегулировать с помощью дросселирования двигателя, регулировки количества цилиндров, в которые подается топливо, и т.д.
Таким образом, на фиг. 3 и 4 показан способ запуска двигателя с помощью газообразного топлива, в котором дроссельный клапан открывается во время или до прокручивания двигателя, чтобы снизить перепад давлений в форсунках для газообразного топлива и облегчить быстрое открытие форсунки. Хотя на фиг. 3 и 4 показано открытие дроссельного клапана, зависящее от перепада давлений в форсунках для газообразного топлива, в некоторых вариантах воплощения при запуске двигателя с помощью газообразного топлива дроссельный клапан может открыться во время прокручивания двигателя вне зависимости от значений FRP и MAP.
После открытия форсунки для газообразного топлива открыть другую форсунку будет проще. В настоящем документе изобретатели определили, что при помощи открытия отдельной форсунки три раза, она начинает легче открываться даже в том случае, когда перепад давлений в форсунке остается на относительно высоком уровне. Таким образом, на фиг. 5 показан способ 500 открытия и закрытия форсунки для газообразного топлива перед запуском двигателя. Способ 500 может быть выполнен с помощью контроллера двигателя, например, с помощью контроллера 12, в соответствии с хранящимися на нем инструкциями.
На этапе 502 способа 500 происходит определение того, ожидается ли запуск двигателя. Ожидаемый запуск двигателя может относится к ситуациям, когда ожидается, что запуск двигателя будет выполнен в течение определенного периода на основе текущих условий работы. В одном примере запуск двигателя может быть спрогнозирован при открытии боковой двери со стороны водителя. Другими параметрами, которые могут свидетельствовать о скором запуске двигателя являются вставка ключа в замок зажигания, обнаружение нагрузки на водительское сиденье и т.д. Если запуск двигателя не ожидается, способ 500 возвращается в начало. Если запуск двигателя ожидается, способ 500 переходит на этап 504, на котором происходит закрытие клапана рампы для газообразного топлива. Топливо в рампу для газообразного топлива может подаваться из бака для газообразного топлива через регулятор давления. Клапан рампы для газообразного топлива может представлять собой клапан, контролирующий поток топлива из топливного бака в регулятор (например, клапан 32 с фиг. 1В), или может представлять собой клапан, контролирующий поток топлива из регулятора в топливную рампу (например, клапан 36 с фиг. 1В). Закрытие клапана топливной рампы может заблокировать поток топлива в рампу, В некоторых вариантах воплощения клапан рампы для газообразного топлива может находиться в закрытом положении до начала запуска двигателя (например, до начала запуска двигателя клапан может находиться в закрытом положении, когда на него не подается ток). Таким образом, этап 504 может включать в себя поддержание клапана рампы для газообразного топлива в закрытом положении.
На этапе 505 доступное напряжение, подаваемое в форсунки, увеличивается. Для увеличения напряжения в начале прокручивания генератор переменного тока может быть включен на полную мощность. На этапе 506 активируется форсунка для газообразного топлива. Форсунка для газообразного топлива может быть активирована за счет подачи на нее тока, который открывает форсунку и позволяет топливу попасть в цилиндр. Однако, поскольку клапан топливной рампы закрыт, то сначала в цилиндр поступает лишь небольшое количество топлива.
На этапе 50В определяется, опустилось ли давление в топливной рампе на пороговую величину. Падение давления в топливной рампе указывает на то, что топливная форсунка открылась. Пороговым значением падения давления в топливной рампе может быть любое значение. В других вариантах воплощения оно может быть определенным значением, например, оно может соответствовать падению давления в топливной рампе на 10% или более. Если падение давления в топливной рампе не обнаруживается, на этапе 508 способа 500 топливная форсунка остается активной. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения, если падение давления в рампе не было обнаружено в течение порогового значения времени, на этапе 510 дроссельный клапан может быть дополнительно открыт, что позволит снизить перепад давлений в форсунке, что было пояснено со ссылкой на фиг. 3.
При обнаружении падения давления в топливной рампе способ 500 переходит на этап 512, на котором выполняется деактивация (т.е. закрытие) топливной форсунки. На этапе 514 каждая форсунка работает в циклическом режиме (например, открывается и закрывается), при этом минимальное количество циклов может быть равно, например, трем. На этапе 516 после открытия и закрытия каждой форсунки минимальное количество раз клапан рампы для газообразного топлива открывается для того, чтобы повторно создать давление в топливной рампе. На этапе 518 в ответ на повторное создание давления в топливной рампе и запуск двигателя (например, включение зажигания) за счет активации стартера (например, за счет подачи тока на стартер) начинается прокручивание двигателя. Если после запуска не все форсунки смогли открыться, когда двигатель достиг высокой скорости (например, 1500-2000 об./мин.), то генератор переменного тока может создать максимальную выходную мощность, в результате чего произойдет увеличение напряжения, подаваемого на форсунку и открытие всех закрытых форсунок.
Таким образом, в способе 500 форсунки для газообразного топлива открываются и закрываются до подачи тока на стартер, с помощью которого происходит запуск двигателя. За счет открытия форсунок до запуска двигателя форсунки с большей вероятностью откроются в тот момент, когда они будут активированы во время запуска двигателя. Например, перепад давлений, удерживающий форсунки в закрытом положении, может быть уменьшен за счет открытия форсунок до запуска двигателя. Форсунки могут открываться по одной или все вместе. Однако из-за открытия форсунок по одной изменение давления в топливной рампе легче обнаружить, за счет чего проще будет убедиться в том, что открылась каждая форсунка.
На фиг. 6 представлена схема 600, на которой показаны значения различных параметров работы до и во время запуска двигателя в соответствии с настоящим изобретением. Значения параметров, представленные на схеме 600, могут быть получены, например, во время выполнения способа 500 с фиг. 5. Значения параметров работы, представленные на схеме 600, включают в себя состояние запуска двигателя, скорость вращения двигателя, положение клапана топливной рампы, FRP и состояние активации для каждой отдельной форсунки для газообразного топлива. Для каждого параметра работы вдоль горизонтальной оси показано время, а соответствующие значения каждого параметра работы указаны вдоль вертикальной оси.
До момента t1 времени двигатель выключен (как показано с помощью кривой 602), и соответственно двигатель неподвижен (не вращается), как показано с помощью кривой 604. Клапан топливной рампы находится в исходном закрытом положении, когда на него не подается ток, как показано с помощью кривой 606, FRP находится на уровне базового давления (кривая 608), а форсунка для газообразного топлива является неактивной (кривая 610). В момент t1 времени, например, на основе открытия двери транспортного средства и (или) вставке ключа в замок зажигания прогнозируется запуск двигателя. Таким образом, двигатель остается выключенным, как показано с помощью кривых 602 и 604, которые находятся на уровне выключенного положения/положения нулевой скорости вращения двигателя, при этом кривая 602 после момента t1 времени показана в виде пунктирной линии, указывая на то, что ожидается запуск.
Когда в момент t1 времени прогнозируется запуск двигателя, клапан топливной рампы остается в закрытом положении. В момент t2 времени активируется форсунка для газообразного топлива. Для активации форсунки на нее подается напряжение первого уровня в течение первого периода, пока не будет обнаружено падение давления FRP до момента t3 времени. После падения давления FRP форсунка будет деактивирована. В моменты t4 и t5 времени форсунка активируется во второй и третий разы соответственно. Дополнительные активации могут включать в себя подачу напряжения второго уровня на форсунку, значение которого ниже по сравнению с первым уровнем, поскольку давление в топливной рампе снизилось, поэтому для открытия форсунки нужна меньшая сила. Кроме того, напряжение может подаваться в течение второго, меньшего времени.
После трех активаций и деактиваций происходит открытие клапана топливной рампы и повторное создание давления в топливной рампе. Как только давление в рампе превысит пороговое значение давления и будет обнаружено включение двигателя, можно будет начать прокручивание двигателя. Например, после открытия клапана топливной рампы в момент t6 времени двигатель может быть прокручен, что приведет к увеличению скорости вращения двигателя. Однако в других вариантах воплощения запрос запуска двигателя может быть обнаружен до выполнения трех циклов работы форсунки. В этом случае запуск двигателя может быть отложен до тех пор, пока форсунки не откроются необходимо число раз. В других вариантах воплощения, если по крайней мере одна форсунка была открыта один раз, давление в топливной рампе может быть снижено до уровня, который позволит открыть остальные форсунки, и тогда можно будет запустить двигатель до того, как все форсунки откроются три раза.
На схеме 600 показано, что до начала периода ожидания запуска двигателя клапан топливной рампы находится в закрытом положении. Однако в некоторых вариантах воплощения клапан топливной рампы может немного открываться в ответ на ожидаемый запуск двигателя или быть открыт при выключенном двигателе, после чего клапан может закрываться, когда будет определено, что форсунки переходят в циклический режим работы, и оставаться закрытым, пока форсунка не выйдет из циклического режима работы. Затем для увеличения давления в топливной рампе после завершения работы форсунок в циклическом режиме и (или) начала прокручивания клапан может быть открыт. Кроме того, на схеме 600 показано состояние активации одной форсунки для газообразного топлива. Другие топливные форсунки в этом же цилиндре или в других цилиндрах могут быть активированы аналогичным образом. Однако после открытия первой форсунки на другие форсунки может быть подано меньшее напряжение. Другие форсунки могут открываться одновременно с первой форсункой или после нее, что позволит точнее сказать, что форсунки были открыты, на основе падения давления в топливной рампе.
В способах 300 и 500, представленных выше со ссылкой на фиг. 3 и 5, описаны способы запуска двигателя, работающего на газообразном топливе. Такие двигатели могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы работать более чем на одном виде топлива. Например, двигатель может работать на газообразном и на жидком топливе (например, на бензине). При определенных условиях такие двигатели, работающие на двух видах топлива, могут использовать впрыск только жидкого топлива и переходить на впрыск только газообразного топлива или работать на жидком и газообразном топливе. При начале работы на газообразном топливе после работы только на жидком топливе могут возникнуть сложности с открытием форсунок для газообразного топлива. На фиг. 7 показан способ 700 начала впрыска газообразного топлива после впрыска жидкого топлива.
Способ 700 может быть выполнен контроллером двигателя, например, контроллером 12, в ответ на индикацию запуска впрыска газообразного топлива после работы с впрыском жидкого топлива.
Газообразное топливо может быть впрыснуто через форсунки для газообразного топлива (например, через форсунку 170 с фиг. 1В), а жидкое топливо может быть впрыснуто через форсунки для жидкого топлива (например, через форсунку 166 с фиг. 1В).
На этапе 702 способ 700 включает в себя определение параметров работы двигателя. Параметры работы двигателя могут быть измерены, оценены или спрогнозированы, они могут включать в себя различные условия работы транспортного средства, например, скорость транспортного средства, а также различные условия работы двигателя, например, скорость вращения двигателя, температуру двигателя, температуру выхлопных газов, уровень наддува, MAP, MAF, запрашиваемый крутящий момент, запрашиваемую мощность и т.д.
На этапе 704 определяется, что двигатель работает с впрыском только жидкого топлива, без впрыска газообразного топлива. Двигатель может использовать впрыск только жидкого топлива, например, при низких нагрузках или при отсутствии газообразного топлива. Работа только на жидком топливе может быть определена на основе условий работы (например, на основе нагрузки на двигатель) или на основе состояния форсунок для газообразного топлива (если форсунки для газообразного топлива не активны, то используется только жидкое топливо). Если двигатель работает не только на жидком топливе, т.е. если двигатель использует, по крайней мере, некоторое количество газообразного топлива, способ 700 возвращается в начало. Если двигатель работает только на жидком топливе, способ 700 переходит на этап 706, на котором впрыск жидкого топлива поддерживает необходимое воздушно- топливное соотношение.
На этапе 708 определяется, нужно ли выполнить впрыск газообразного топлива. Газообразное топливо может быть впрыснуто, например, при высоких нагрузках или других условиях для того, чтобы можно было контролировать детонацию и (или) снизить потребление бензина. Если впрыск газообразного топлива не нужен, способ 700 переходит на этап 710 для продолжения впрыска жидкого топлива без использования газообразного топлива, при этом способ 700 возвращается в начало.
При необходимости выполнения впрыска газообразного топлива способ 700 переходит на этап 712 для увеличения уровня напряжения, подаваемого на форсунки для газообразного топлива. Например, контроллер может подать команду транспортному средству для временного перехода к работе при повышенном напряжении. Хотя форсунка может быть предназначена для работы при напряжении, равном 12 В, она может также работать при повышенном напряжении, например, при 15 В, которое обеспечивает повышенный ток/поворотное усилие для открытия форсунки для газообразного топлива при высоком перепаде давлений. Напряжение транспортного средства может быть увеличено с помощью генератора переменного тока, работающего на полной мощности, отключения аккумулятора или иных механизмов. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения перед активацией впрыска газообразного топлива форсунки для газообразного топлива могут перейти в циклический режим работы для удаления липкого слоя с форсунок, что позволит облегчить открытие форсунок после начала впрыска газообразного топлива. Во время циклической работы форсунок каждая из них может открываться в течение относительно небольшого времени во избежание попадания значительного количества топлива в цилиндры. Кроме того, во время циклической работы клапан топливной рампы может быть закрыт.
На этапе 714 определяется, превышает ли давление в рампе для газообразного топлива (и (или) перепад давлений в форсунках для газообразного топлива) пороговое значение. Пороговое значение FRP может совпадать с пороговым значением FRP, как описано выше со ссылкой на фиг. 3. Пороговое значение может представлять собой давление в топливной рампе, которое вместе с текущим значением MAP создает перепад давлений в форсунке для газообразного топлива, требующее наличия сильного тока для выполнения открытия. Если FRP газообразного топлива не превышает пороговое значение, способ 700 переходит на этап 716 для активации форсунки для газообразного топлива и впрыска газообразного топлива, а способ 700 возвращается в начало.
Если FRP газообразного топлива превышает пороговое значение, способ 700 переходит на этап 718 для регулировки одного или нескольких параметров работы для облегчения открытия форсунки для газообразного топлива. Регулировка одного или нескольких параметров работы может включать в себя открытие дроссельного клапана на этапе 720, как было сказано выше со ссылкой на фиг. 3, для увеличения MAP и снижения перепада давлений в форсунке. Если дроссельный клапан открыт больше, чем нужно для создания необходимого расхода воздуха через двигатель, то для компенсации такой степени открытия дросселя может быть увеличено количество впрыскиваемого топлива, отрегулирован момент зажигания и т.д.
Если двигатель представляет собой двигатель с наддувом или турбонаддувом, активация форсунки для газообразного топлива может быть запущена во время работы с наддувом. Во время создания наддува для двигателя MAP может быть равно или превышать атмосферное давление. Таким образом, перепад давлений в форсунке для газообразного топлива может быть относительно небольшим. Как показано на этапе 722, активация форсунки для газообразного топлива может быть задержана до тех пор, пока двигатель не начнет работать с наддувом. Если для двигателя не создается наддув, один или несколько параметров могут быть отрегулированы таким образом, чтобы увеличить наддув, например, закрытие перепускного клапана турбонагнетателя.
После регулировки одного или нескольких параметров работы для облегчения работы форсунки для газообразного топлива, способ 700 переходит на этап 724 для активации форсунки для газообразного топлива. После активации топливной форсунки, как только будет открыта топливная форсунка (о чем, например, будет свидетельствовать падение давления в рампе для газообразного топлива), отрегулированный параметр работы можно будет вернуть к предварительно установленному состоянию (например, можно будет закрыть дроссельный клапан, открыть перепускную заслонку), при этом способ 700 вернется в начало.
Таким образом, системы и способы, описанные в настоящем документе, относятся к способу запуска двигателя. В ответ на ожидаемый запуск двигателя способ может включать в себя циклическую работу одной или нескольких форсунок для газообразного топлива до запуска двигателя, если температура окружающей среды ниже порогового значения. Если температура окружающей среды не ниже порогового значения, способ включает в себя открытие дроссельного клапана во время прокручивания двигателя.
Циклическая работа одной или нескольких форсунок для газообразного топлива до запуска двигателя может включать в себя подачу тока на одну или несколько форсунок для газообразного топлива до тех пор, пока в топливной рампе не будет обнаружено падение давления. В ответ на падение давления в топливной рампе подача тока на форсунку будет прекращена. После открытия и закрытия каждой форсунки минимальное количество раз двигатель можно будет запустить, подав ток на стартер.
После открытия дроссельного клапана способ может включать в себя подачу команды на открытие форсунки для газообразного топлива после того, как давление в коллекторе достигнет порогового значения. Если после подачи команды на открытие форсунки для газообразного топлива в топливной рампе будет обнаружено падение давления, способ может включать в себя закрытие дроссельного клапана.
Форсунки для газообразного топлива могут циклически работать в том случае, если ток или ожидаемое давление в топливной рампе будет выше порогового значения давления. Аналогичным образом дроссельный клапан может быть открыт во время прокручивания двигателя, только если давление в топливной рампе или перепад давлений в топливной форсунке превысит пороговое значение.
В одном варианте воплощения способ для двигателя включает в себя подачу тока на форсунки для газообразного топлива до подачи тока на стартер двигателя в ответ на ожидаемый запрос запуска двигателя; открытие дроссельного клапана двигателя во время прокручивания двигателя с помощью стартера до начала горения.
Следует отметить, что примеры процедур оценки и управления, описанные в настоящем документе, могут быть использованы вместе с различными конфигурациями систем двигателей и (или) транспортных средств. Конкретные процедуры, приведенные в настоящем документе, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки, например, управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и т.д. Также различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а некоторые из них могут быть опущены. Аналогичным образом порядок управления необязательно должен сохраняться для достижения отличительных признаков и преимуществ иллюстративного варианта воплощения, описанного в данном документе, поскольку он был приведен для наглядности и упрощения описания. Одно или несколько представленных действий или функций может быть выполнено несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии. Также описанные действия могут графически представлять собой программный код на машиночитаемом носителе в системе управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и способы, раскрытые в настоящем документе, являются иллюстративными и конкретные варианты не должны рассматриваться как ограничения, поскольку возможны различные изменения. Например, описанная выше технология может быть использована в двигателях V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитных 4-х цилиндровых двигателях и т.д. Предмет изобретения содержат все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и (или) свойства, раскрытые в настоящем описании. В формуле изобретения указаны конкретные комбинации и подкомбинации, которые являются новыми и неочевидными.