СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМОЙ
METHOD (EMBODIMENTS) AND FUEL SYSTEM CONTROL SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем, к топливным системам в двигателях внутреннего сгорания.
Уровень техники и сущность изобретения
Система управления топливоподкачивающего насоса может использоваться для выполнения разнообразных целей управления топливными системами. Эти цели могут включать, например, управление парами топлива, управления давлением впрыска, управление температурой и смазкой. В соответствии с одним примером топливоподкачивающий насос подает топливо в топливный насос высокого давления, обеспечивающий высокое давление впрыска для форсунок непосредственного впрыска в двигателе внутреннего сгорания. Топливный насос высокого давления может обеспечивать высокое давление впрыска путем подачи топлива под высоким давлением в топливную рампу, с которой соединены форсунки непосредственного впрыска. В топливной рампе может быть установлен датчик давления топлива для измерения давления в топливной рампе, которое может использоваться в различных аспектах работы двигателя, таких как впрыск топлива.
Однако авторы в настоящей заявке выявили возможные проблемы с такими системами. Может наблюдаться снижение свойств датчиков давления топливоподкачивающего насоса. В частности, они могут выходить из строя в пределах диапазона, и при этом будут отображать более высокое значение давления, чем имеется на самом деле. В результате система регулирования давления с обратной связью может уменьшить напряжение нагнетания в ответ на указанное ошибочное завышенное показание датчика давления. Понижение напряжения на топливоподкачивающем насосе приводит к пропорциональному снижению давления топливоподкачивающего насоса. В частности, давление топливоподкачивающего насоса может опустится ниже давления паров топлива.
Поскольку давление топливоподкачивающего насоса равно давлению на впуске ниже по потоку относительно топливного насоса высокого давления, падение давления топливоподкачивающего насоса ниже давления паров топлива приведет к тому, что топливный насос высокого давления будет засасывать пары топлива. Наличие паров топлива на входе топливного насоса высокого давления (ТНВД) может привести к резкому падению давления в топливной рампе, что станет причиной остановки двигателя.
В одном примере упомянутые выше проблемы могут быть решены с помощью способа, включающего: регулировку работы топливоподкачивающего насоса в ответ на данные датчика давления топливоподкачивающего насоса, расположенного ниже по потоку относительно топливоподкачивающего насоса и выше по потоку относительно ТНВД; и использование топливоподкачивающего насоса при минимальном напряжении, если заданного командами напряжение топливоподкачивающего насоса ниже минимального напряжения топливоподкачивающего насоса. Таким образом в любых условиях работы насоса ниже по потоку относительно топливоподкачивающего насоса может поддерживаться по меньшей мере минимальное давление.
В одном примере топливная система включает в себя топливоподкачивающий насос для подачи топлива из топливного бака к ТНВД. ТНВД может быть соединен с топливной рампой, подающей топливо к форсункам непосредственного впрыска топлива в цилиндры. Топливоподкачивающий насос может работать преимущественно в режиме непрерывной подачи питания. Таким образом, на основании давления топлива и расхода топлива, необходимого для удовлетворения потребности двигателя, может быть определено напряжение (или частота вращения, ток, коэффициент заполнения, крутящий момент или мощность), подаваемые к насосу. Например, если заданное командой давление топлива увеличивается, могут также увеличиться заданное командой напряжение и напряжение на насосе, и аналогичным образом, если заданное командой давление топлива уменьшается, заданное командой напряжение на насосе может также уменьшаться. Однако, к напряжению на насосе может быть применен минимальное повышение, чтобы принудительно обеспечить минимальное давление топливоподкачивающего насоса. Минимальное давление и соответствующее минимальное напряжение на насосе может быть определено на основании давления паров топлива и расхода топлива. Другими словами, если заданное командой напряжение на насосе ниже минимального напряжения на насосе, контроллер может обойти заданное командой напряжение на насосе и применить вместо этого минимальное напряжение на насосе. Поскольку давление топливоподкачивающего насоса регулируется ПИД-контроллером с помощью цепи обратной связи, во время коррекции интегральная составляющая может быть временно зафиксирована или сброшена (например, до нуля). Топливоподкачивающий насос может также дополнительно работать в пульсирующем режиме, в котором напряжение на топливоподкачивающем насосе регулируются на основании оценки давления топливоподкачивающего насоса, выполняемой датчиком давления топливоподкачивающего насоса. Однако путем применения минимального напряжения на насосе во время условий, когда заданное командой напряжение на насосе понижается, вероятность образования паров топлива на впуске ТНВД уменьшается. Это, в свою очередь, уменьшает необходимость частой пульсации топливоподкачивающего насоса.
Таким образом к заданному командой значению топливоподкачивающего насоса прилагается увеличение низкого напряжения, чтобы обеспечить поддержание в топливной системе минимального давления. Таким образом это обеспечивает базовый функционал насосной системы. Путем принудительного приложения минимального напряжения к топливоподкачивающему насосу, которое является функцией от заданного командой давления топливоподкачивающего насоса, контроллер с обратной связью может учитывать снижение характеристик насоса. Дополнительно, улучшается работа топливной системы даже в условиях, когда выходной сигнал датчика давления топливоподкачивающего насоса является недостоверным. В итоге двигатель останавливается, так как давление на впуску ТНВД снижается из-за всасывания паров. Более того, путем уменьшения необходимости в частой пульсации топливоподкачивающего насоса уменьшается расход энергии топливной системой.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрывают более подробно. Оно не предназначено для определения ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, объем которого определяется исключительно формулой изобретения, приведенной после подробного описания. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример двигателя.
На ФИГ. 2 проиллюстрирована система двигателя с непосредственным впрыском.
На ФИГ. 3 представлен график, иллюстрирующий зависимость напряжения топливоподкачивающего насоса от давления топливоподкачивающего насоса.
На ФИГ. 4 показан пример структурной схемы управления с обратной связью заданным командой напряжением на топливоподкачивающем насосе согласно настоящему описанию изобретения.
На ФИГ. 5 показана блок-схема, показывающая алгоритм регулировки команд топливоподкачивающему насосу топливной системы по поддержанию минимального давления ниже по потоку относительно топливоподкачивающего насоса и выше по потоку выше по потоку относительно ТНВД.
На ФИГ. 6 показан график, иллюстрирующий работу топливной системы согласно настоящему описанию изобретения с целью уменьшить образование паров топлива на входе ТНВД.
На ФИГ. 7 показано изменение давления насоса до возникновения неисправности датчика давления топливной рампы и после ее возникновения.
Подробное описание изобретения
Предложены способы и системы для улучшения управления с обратной связью давлением топливоподкачивающего насоса в двигателях с топливными системами, в которых топливоподкачивающий насос низкого давления (НД) забирает топливо под давлением из топливного бака и подает его в топливный насос высокого давления (ВД), как показано на ФИГ. 1-2. ТНВД может также увеличивать давление топлива до значения, достаточного для непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя. Напряжение на топливоподкачивающем насосе может быть задано командой, чтобы обеспечивать требуемое давление топливоподкачивающего насоса, как показано на ФИГ. 3. Для уменьшения ошибок в подаче топлива и опасности остановки двигателя в результате неверного высокого выходного сигнала от датчика давления топливоподкачивающего насоса контроллер может немного увеличивать заданное командой напряжение топливоподкачивающего насоса на стороне низкого давления во время управления с обратной связью выходным сигналом топливного насоса (ФИГ. 4). Например, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма, такого как алгоритм на ФИГ. 5, чтобы подать минимальное напряжение на насос во время состояния, когда заданное командой напряжение топливоподкачивающего насоса ниже минимального напряжения на насосе. В результате давление топливоподкачивающего насоса и давление на входе ТНВД могут поддерживаться на уровне выше давления паров топлива. Пример регулировки напряжения топливоподкачивающего насоса показан со ссылкой на ФИГ. 6. Пример изменения давления насоса, вызванного неисправностью датчика давления топливной рампы, показан на ФИГ. 7. Таким образом уменьшается опасность остановки двигателя.
На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример двигателя 10, который может быть использован как часть силовой системы автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами 30. Тем не менее, в соответствии с данным раскрытием может быть использовано другое количество цилиндров. Двигателем 10 можно по меньшей мере частично управлять с помощью системы управления, включающей контроллер 12, а также с помощью команд водителя автомобиля 132 через устройство ввода 130. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования сигнала ПП, пропорционального положению педали. Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с расположенным внутри нее поршнем (не показан). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним приводным колесом автомобиля через промежуточную систему силовой передачи (не показана). Дополнительно, электродвигатель стартера может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для обеспечения возможности запуска двигателя 10.
В камеры 30 сгорания может поступать приточный воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а отработавшие газы, выделяющиеся при сгорании, могут выходить через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут селективно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах осуществления камера сгорания 30 может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
Топливные форсунки 50 показаны соединенными непосредственно с камерой 30 сгорания для непосредственного впрыска в нее топлива пропорционально ширине импульса сигнала ИВТ, полученного от контроллера 12. Таким образом топливные форсунки 50 обеспечивают так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может устанавливаться, например, с боковой стороны камеры сгорания или с верхней стороны камеры сгорания. Топливо могут подавать на топливную форсунку 50 с помощью топливной системы (не показано), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Пример топливной системы, которая может применяться вместе с двигателем 10, описан ниже со ссылкой на ФИГ. 2. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления камеры 30 сгорания могут, альтернативно или дополнительно, включать в себя топливную форсунку во впускном коллекторе 44 в конфигурации, обеспечивающей то, что известно как впрыск топлива во впускные каналы выше по потоку от каждой камеры 30 сгорания.
Впускной канал 42 может содержать дроссели 21 и 23, имеющие дроссельные заслонки 22 и 24 соответственно. В этом конкретном примере положение дроссельных заслонок 22 и 24 может изменять контроллер 12 посредством сигналов, подаваемых на привод, содержащийся в дросселях 21 и 23. В одном примере приводы могут представлять собой электрические приводы (например, электродвигатели) в конфигурации, обычно называемой электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом дроссели 21 и 23 могут быть приведены в действие для изменения подачи приточного воздуха в камеру 30 сгорания между другими цилиндрами двигателя. Данные о положении дроссельных заслонок 22 и 24 могут быть переданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя (ПД). Впускной канал 42 может дополнительно содержать датчик 120 массового расхода воздуха, датчик 122 давления воздуха в коллекторе и датчик 123 давления на впуске дросселя для подачи соответствующих сигналов МРВ (массовый расход воздуха), ДВК (давление воздуха в коллекторе) контроллеру 12.
В выпускной канал 48 из цилиндров 30 могут поступать отработавшие газы. Датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от турбины 62 и устройства 78 контроля выбросов. Датчик 128 может быть выбран из различных подходящих датчиков для обеспечения показания воздушно-топливного отношения в отработавших газах, таких как, например, линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), датчик кислорода с двумя состояниями или ДКОГ (датчик кислорода в отработавших газах), датчик NOx, НС или CO. Устройство 78 контроля выбросов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), адсорбер NOx, различные прочие устройства контроля выбросов или их сочетания.
Температуру отработавших газов можно измерять с помощью одного или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 48. В другом варианте температуру отработавших газов можно определять на основе параметров работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.д.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода-вывода, электронное запоминающее устройство для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в данном конкретном примере в виде чипа 106 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимую память (ЭНП) 110 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к описанным выше сигналам, в том числе показания массового расхода забранного воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показания температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, показанного схематически в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; данные о положении дросселя (ПД) от датчика положения дросселя, как указано выше; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122, как указано выше. На основе сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД). Сигнал давления в коллекторе ДВК от датчика давления в коллекторе может использоваться для индикации разряжения или повышенного давления во впускном коллекторе 44. Следует обратить внимание на возможность использования указанных выше датчиков в различных сочетаниях, таких как датчик МРВ без датчика ДВК или наоборот. Во время работы на стехиометрической смеси датчик ДВК может выдавать показания крутящего момента двигателя. Дополнительно, этот датчик вместе с измеренной частотой вращения двигателя может предоставлять оценочные данные о количестве смеси (включая воздух), подаваемой в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя, может генерировать на каждый оборот коленчатого вала 40 заранее заданное количество отстоящих друг друга на равные интервалы импульсов. В некоторых примерах постоянное запоминающее устройство 106 электронного носителя может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, выполняемые процессором 102 для осуществления способов, раскрываемых ниже, а также других вариантов, предусмотренных, но конкретно не перечисленных.
Двигатель 10 может дополнительно содержать устройство сжатия воздуха, такое как турбокомпрессор или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 60, установленный на впускном коллекторе 44. В случае с турбокомпрессором компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 62 посредством, например, вала или другого соединительного приспособления. Турбина 62 может быть установлена на выпускном канале 48 и может взаимодействовать с проходящими через него отработавшими газами. Компрессор может приводиться в действие различными средствами. В случае с нагнетателем компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие двигателем и/или электроприводом и может не содержать турбину. Таким образом уровень наддува воздуха, подаваемого к одному или более цилиндрам двигателя посредством нагнетателя или турбокомпрессора, может регулироваться контроллером 12. В некоторых случаях турбина 62 может приводить в действие, например, электрический генератор 64 для обеспечения питания аккумуляторной батареи 66 посредством турбопривода 68. Питание от аккумуляторной батареи 66 затем может использоваться для приведение в действие компрессора 60 посредством электродвигателя 70. Дополнительно, во впускном коллекторе 44 может быть расположен датчик 123 для передачи в контроллер 12 сигнала НАДДУВ.
Дополнительно, выпускной канал 48 может включать в себя перепускную заслонку 26 для отвода отработавших газов от турбины 62. В некоторых вариантах осуществления изобретения перепускная заслонка 26 может быть многоступенчатой, например представлять собой двухступенчатую перепускную заслонку, где первая ступень выполнена с возможностью управления давлением наддува, а вторая ступень выполнена с возможностью увеличения теплового потока в устройство 78 контроля выбросов. Перепускная заслонка 26 может приводиться в действие приводом 150, который может представлять собой электрический привод, такой как, например, электродвигатель, хотя также могут рассматриваться и пневматические приводы. Впускной канал 42 может содержать перепускной клапан 27 компрессора, выполненный с возможностью отвода приточного воздуха в обход компрессора 60. Перепускной заслонкой 26 и/или перепускным клапаном 27 компрессора можно управлять с помощью контроллера 12 посредством приводов (например, привода 150), которые откроют клапан/заслонку, когда, например, необходимо уменьшить давление наддува.
Впускной канал 42 может дополнительно включать в себя охладитель 80 наддувочного воздуха (ОНВ) (например, промежуточный охладитель) для понижения температуры нагнетаемых турбокомпрессором или нагнетателем впускных газов. В некоторых вариантах осуществления охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой воздухо-воздушный теплообменник. В других вариантах осуществления охладитель наддувочного воздуха 80 может представлять собой воздушно-жидкостный теплообменник.
2
Дополнительно, в раскрываемых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал РОГ 140. Объем РОГ, подаваемый во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 при помощи клапана РОГ 142. Дополнительно, в канале РОГ может быть установлен датчик РОГ (не показан), обеспечивающий указание на одно или более параметров, таких как давление, температура и концентрация отработавших газов. В качестве альтернативы управление РОГ может осуществляться через вычисленную величину на основе сигналов от датчика МРВ (выше по потоку), ДВК (впускной коллектор), ТГК (температура газа в коллекторе) и датчика частоты вращения коленчатого вала. Более того, управление РОГ может осуществляться на основе датчика O кислорода в отработавших газах и/или датчика кислорода во впускном воздухе (во впускном коллекторе). При некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. На ФИГ. 1 показана система РОГ высокого давления, в которой поток РОГ направляют из точки выше по потоку относительно турбины турбокомпрессора в точку ниже по потоку относительно компрессора турбокомпрессора. В соответствии с другими вариантами осуществления двигатель может дополнительно или альтернативно включать в себя систему РОГ низкого давления, в которой поток РОГ направляют из точки ниже по потоку относительно турбины турбонагнетателя в точку выше по потоку относительно компрессора турбонагнетателя.
На ФИГ. 2 показана система 200 двигателя с непосредственным впрыском, которая может быть выполнена с возможностью использования в качестве силовой установки автомобиля. Система двигателя 200 содержит двигатель внутреннего сгорания 202, имеющий множество камер сгорания или цилиндров 204. Двигатель 202, например, может представлять собой двигатель 10 по ФИГ. 1. Топливо может подаваться напрямую в цилиндры 204 с помощью установленных в цилиндры форсунок 206 непосредственного впрыска. Как схематически показано на ФИГ. 2, в двигатель 202 может поступать впускной воздух и образовавшиеся в результате сгорания топлива отработавшие газы. Двигатель 202 может представлять собой двигатель любого подходящего типа, включая бензиновый или дизельный двигатель.
Топливо в двигатель 202 может подаваться через форсунки 206 с помощью топливной системы, обозначенной на фигуре собирательно как позиция 208. В этом конкретном примере топливная система 208 содержит топливный бак 210 для хранения топлива на автомобиле, топливный насос 212 пониженного давления (например, топливоподкачивающий насос), топливный насос повышенного давления 214, гидроаккумулятор 215, топливную рампу 216 и различные топливные каналы 218 и 220. В примере, показанном на ФИГ. 2, по топливному каналу 218 топливо поступает от насоса 212 пониженного давления в насос 214 повышенного давления, а по топливному каналу 220 топливо поступает от насоса 214 повышенного давления в топливную рампу 216.
Топливный насос 212 пониженного давления может управляться контроллером 222 (например, контроллером 12, показанным на ФИГ. 1) для подачи топлива в топливный насос 214 повышенного давления через топливный канал 218. Топливный насос 212 пониженного давления может представлять собой так называемый топливоподкачивающий насос. В одном примере топливный насос 212 пониженного давления может представлять собой турбинный (например, центробежный) насос, содержащий электродвигатель (например, постоянного тока) насоса, причем увеличением давления на насосе и/или объемным расходом насоса можно управлять путем изменения электрической мощности, подаваемой на двигатель насоса, в результате чего уменьшается или увеличивается частота вращения электродвигателя. Например, объемный расход и/или увеличение давления на насосе 212 может уменьшаться путем снижения контроллером 222 электрической мощности, подаваемой на насос. Объемный расход и/или увеличение давления на насосе 212 можно повышать путем повышения электрической мощности, подаваемой на насос. В одном примере электрическую мощность, подаваемую на двигатель насоса пониженного давления, могут получать от генератора или другого устройства накопления энергии на борту автомобиля (не показано), в результате чего система управления может регулировать электрическую нагрузку, используемую для обеспечения питания насоса пониженного давления. Таким образом, путем изменения напряжения и/или тока, подаваемых на топливный насос пониженного давления, как показано позиционным обозначением 224, контроллер 222 может регулировать расход и давление топлива, относящихся к топливному насосу 214 повышенного давления и, в конечном счете, к топливной рампе. Дополнительно к обеспечению давления впрыска для форсунок 206 непосредственного впрыска насос 212 может обеспечивать давление впрыска для одного или более топливных форсунок непосредственного впрыска (не показаны на ФИГ. 2) в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Топливный насос 212 низкого давления может находиться в гидравлическом сообщении с фильтром 217, выполненным с возможностью удаления мелких загрязнений, которые могут содержаться в топливе, что может привести к повреждению компонентов, взаимодействующих с топливом. Выше по потоку от фильтра 217 может быть расположен в гидравлическом сообщении обратный клапан 213, который может способствовать подаче топлива и поддержанию давления в топливной линии. С обратным клапаном 213 выше по потоку от фильтра 217 податливость канала 218 низкого давления может быть увеличена, так как фильтр может иметь большой физический объем. Кроме того, для ограничения давления топлива в канале 218 низкого давления может быть использован предохранительный клапан 219 (например, касательно производительности топливоподкачивающего насоса 212). Предохранительный клапан 219 может, например, содержать шаровой пружинный механизм, фиксирующийся и герметизирующий при определенном перепаде давления. Установка контрольной точки перепада давления, при котором предохранительный клапан 219 может быть переведен в открытое состояние, может допускать различные подходящие значения; в качестве неограничивающего примера, контрольная точка может составлять 6,4 бар изб. Последовательно с дросселем 223 может быть размещен дроссельный обратный клапан 221 для обеспечения возможности стравливания воздуха и/или топливных паров из топливоподкачивающего насоса 212. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления топливная система 208 может содержать один или более (например, последовательность) обратных клапанов, гидравлически соединенных с топливным насосом 212 низкого давления с целью предотвращения обратного затекания топлива выше по потоку от клапанов. В связи с этим, восходящим потоком называется поток топлива, перемещающийся от топливной рампы 216 к насосу 212 низкого давления, а нисходящим потоком называется номинальный поток топлива, направленный от насоса низкого давления к топливной рампе.
Контролер 222 может управлять топливным насосом 214 повышенного давления для подачи топлива в топливную рампу 216 через топливный канал 220. В качестве одного неограничивающего примера, топливный насос 214 повышенного давления может представлять собой НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ HDP5 КОМПАНИИ BOSCH, в котором используется регулирующий клапан (например, регулятор расхода топлива, электромагнитный клапан и др.) 226 для обеспечения возможности изменения полезного объема насоса при каждом ходе насоса посредством системы управления, как показано позиционным обозначением 227. Однако специалистам в данной области понятно, что могут быть использованы другие подходящие топливные насосы повышенного давления. Топливный насос 214 повышенного давления может приводиться в действие механически двигателем 202 в отличие от топливного насоса 212 пониженного давления, приводимого в действие другим двигателем. Насосный поршень 228 топливного насоса 214 повышенного давления может получать механическое входное воздействие от коленчатого вала двигателя или распределительного вала посредством кулачка 230. Таким образом, насос 214 высокого давления могут приводить в действие в соответствии с принципом работы одноцилиндрового насоса с кулачковым управлением. Рядом с кулачком 230 может быть расположен датчик (не показан на ФИГ. 2) для обеспечения возможности определения углового положения кулачка (например, от 0 до 360 градусов), данные о котором могут быть отправлены в контроллер 222. В некоторых примерах топливный насос 214 повышенного давления может подавать топливо в форсунки 206 под достаточно высоким давлением. Поскольку форсунки 206 могут быть выполнены в виде топливных форсунок непосредственного впрыска, топливный насос 214 повышенного давления может называться топливным насосом непосредственного впрыска (НВ).
На ФИГ. 2 проиллюстрировано необязательное включение в состав накопителя 215, упомянутого выше. Будучи включенным в состав, накопитель 215 может быть расположен ниже по потоку от топливного насоса 212 пониженного давления и выше по потоку от топливного насоса 214 повышенного давления и может быть выполнен с возможностью удержания объема топлива, уменьшающего темп увеличения или уменьшения давления топлива между топливными насосами 212 и 214. Объем накопителя 215 может быть выполнен таким, чтобы двигатель 202 мог работать в режиме холостого хода в течение заранее заданного периода времени между рабочими интервалами топливного насоса 212 пониженного давления. Например, размеры накопителя 215 могут быть выполнены такими, чтобы при работе двигателя 202 в режиме холостого хода снижение давления в накопителе до уровня, при котором топливный насос 214 повышенного давления не может поддерживать достаточно высокое давление топлива для топливных форсунок 206, длилось одну или более минут. акопитель 215, таким образом, может предоставлять возможность использования прерывистого режима работы топливного насоса 212 пониженного давления, описанного ниже. В соответствии с другими вариантами осуществления накопитель 215 может по существу представлять собой часть топливного фильтра 217 и топливной линии 218 и, таким образом, может не быть отдельным элементом.
Контроллер 222 может по отдельности приводить в действие каждая из форсунок 206 посредством драйвера 236 впрыска топлива. Контроллер 222, драйвер 236 и другие подходящие контроллеры системы двигателя могут содержать систему управления. Хотя показано, что драйвер 236 находится снаружи контроллера 222, специалистам в данной области понятно, что в других примерах контроллер 222 может содержать драйвер 236 или может быть выполнен с возможностью обеспечения функциональности драйвера 236. Контроллер 222 может содержать дополнительные компоненты, которые не показаны, такие как те, что содержатся в контроллере 12, показанном на ФИГ. 1.
Топливная система 208 содержит датчик 231 давления топлива низкого давления (НД), расположенного на топливном канале 218 между топливоподкачивающим насосом 212 и топливным насосом 214 повышенного давления. В этой конфигурации показания датчика 231 могут быть интерпретированы как данные о давлении топлива топливоподкачивающего насоса 212 (например, о давлении топлива на выпуске топливоподкачивающего насоса) и/или о давлении на впуске топливного насоса повышенного давления. Как будет раскрыто более подробно ниже, показания от датчика 231 может использоваться для управления с обратной связью напряжением подаваемого к топливоподкачивающему насосу. Конкретно, датчик 231 давления топлива НД можно использовать для определения, достаточное ли давление топлива обеспечивается для топливного насоса 214 повышенного давления, чтобы топливный насос повышенного давления засасывал жидкое топливо, а не топливные пары, и/или для минимизации средней электрической мощности, подаваемой на топливоподкачивающий насос 212. Понятно, что в соответствии с другими вариантами осуществления, где используют систему предварительного впрыска, а не систему непосредственного впрыска датчик 231 давления топлива НД может измерять как давление топливоподкачивающего насоса, так и впрыск топлива. Дополнительно, хотя показано, что датчик 231 давления топлива НД расположен выше по потоку от накопителя 215, в соответствии с другими вариантами осуществления датчик НД может быть расположен ниже по потоку от накопителя.
Как показано на ФИГ. 2, топливная рампа 216 содержит датчик 232 давления в топливной рампе для передачи в контроллер 222 данных о давлении в топливной рампе. Для передачи в контроллер 222 данных о частоте вращения двигателя может быть использован датчик 234 частоты вращения двигателя. Данные о частоте вращения двигателя могут быть использованы для определения скорости топливного насоса 214 повышенного давления, так как насос 214 приводится в действие механически двигателем 202, например посредством коленчатого вала или распределительного вала.
Как описано в настоящему документе, контроллер 222 может определять напряжение, подаваемое к топливоподкачивающему насосу, на основании заданного командой давления топливо. В дополнение, контроллер может рассчитывать минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе, подаваемого на основании заданного командой давления топливоподкачивающего насоса и расхода топлива. В настоящем документе давление топливоподкачивающего насоса считается синонимом для давления на впуске насоса высокого давления (DI). Контроллер может использовать данные испытаний или данные моделирования, такие как данные по ФИГ. 3, чтобы определять уравнение, которое используется для вычисления минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе. Результаты могут храниться и извлекаться из справочной таблицы по запросу по запросу. Как показано относительно к схеме управления топливоподкачивающего насоса на ФИГ. 4, контроллер может обходить регулировку от датчика давления топливоподкачивающего насоса, когда выходной сигнал датчика приводит к заданному командой напряжению на топливоподкачивающем насосе, которое ниже минимального напряжения. Вместо этого контроллер может применять минимальное напряжение для заданных условий работы.
В некоторых случаях контроллер 222 может также определять ожидаемое или расчетное давление в топливной рампе и сравнивать ожидаемое давление в топливной рампе с измеренным давлением в топливной рампе, зарегистрированным с помощью датчика 232 давления в топливной рампе. В других случаях контроллер 222 может определять ожидаемое или расчетное давление топливоподкачивающего насоса (например, давление топлива на выпуске топливоподкачивающего насоса 212 и/или давление топлива на впуске в топливный насос 214 повышенного давления) и сравнивать ожидаемое давление топливоподкачивающего насоса с измеренным давлением топливоподкачивающего насоса, зарегистрированным с помощью датчика 231 давления топлива НД. Определение и сравнение ожидаемых давлений топлива с соответствующими измеренными давлениями топлива могут выполнять периодически на основе времени с подходящей частотой или на основе событий.
Рассмотрим вкратце ФИГ. 3, на котором представлен график 300, иллюстрирующий напряжение топливоподкачивающего насоса в зависимости от давления топливоподкачивающего насоса. График 300, в частности, показывает в высокой степени аффинную взаимосвязь между напряжением, подаваемым на турбинный топливоподкачивающий насос (например, топливоподкачивающий насос 212), приводимый в действие электрическим двигателем постоянного тока, и давлением топливоподкачивающего насоса. На графике 300 показаны пример набора данных с позиционным обозначением 302, например полученного в условиях проведения испытаний, характерных для этого типа топливоподкачивающего насоса, и функция 304, соответствующая этому набору данных. Данные, приведенные на графике 300, выражают минимальный расход топлива при работе двигателя. При увеличении расхода топлива увеличиваются отметки напряжения. Контроллер 222 по ФИГ. 2 может хранить и осуществлять доступ к функции 304, чтобы передавать данные системе управления топливной системы 208 - например, требуемое давление топливоподкачивающего насоса может быть передано в функцию 304 в качестве входных данных, с тем чтобы можно было получить минимальное напряжение топливоподкачивающего насоса, подача которого на топливоподкачивающий насос 212 обеспечивает требуемое давление топливоподкачивающего насоса. В частности, функцию 304 можно использовать для определения напряжений топливоподкачивающего насоса, дающих предельные давления топливоподкачивающего насоса, то есть минимальное и максимальное достигаемые давления топливоподкачивающего насоса. Как раскрыто более подробно далее, значения напряжения на топливоподкачивающем насосе может быть скорректировано вверх и/или вниз при выбранных условиях, чтобы улучшить управление с обратной связью давлением топливоподкачивающего насоса. Блок-схема алгоритма управления с обратной связью показана на ФИГ. 4. В другом примере, если известно напряжение, подаваемое к топливоподкачивающему насосу 212, его можно подавать в качестве входных данных для этой функции так, чтобы можно было определить ожидаемое или расчетное давление топливоподкачивающего насоса, создаваемое в результате подачи напряжения питания.
Понятно, что минимумы и максимумы давления топливоподкачивающего насоса могут быть ограничены давлением топливных паров и установленным давлением предохранительного клапана соответственно. Кроме того, специалистам в данной области понятно, что значения, приведенные на ФИГ. 3, являются примерными и не подразумевают каких-либо ограничений. Дополнительно, можно получать наборы аналоговых данных и функции, относящиеся к давлению топливоподкачивающего насоса, и иметь к ним доступ для типов топливоподкачивающих насосов, отличных от турбинных топливоподкачивающих насосов, приводимых в действие электрическими двигателями постоянного тока, в том числе, кроме прочего, объемных насосов и насосов, приводимых в действие бесколлекторными двигателями. Такие функции могут предусматривать линейные или нелинейные формы.
LP
1
LP
2
3
LP
LP
1
2
3
Возвращаясь к ФИГ. 2, при определении требуемого давления топливоподкачивающего насоса также может быть учтена работа топливных форсунок 206 и/или топливного насоса 214 повышенного давления. В частности, влияние этих компонентов на давление топливоподкачивающего насоса может быть параметризовано при помощи расхода топлива - например, скорости впрыскивания топлива форсунками 206, которая может быть равной расходу топливоподкачивающего насоса в установившемся режиме. В соответствии с некоторыми вариантами реализации между напряжением топливоподкачивающего насоса, давлением топливоподкачивающего насоса и расходом топлива может быть установлена линейная связь. Эта связь может принимать, кроме прочего, следующую форму: V=C*P+C*F+C где V - напряжение топливоподкачивающего насоса, P - давление топливоподкачивающего насоса, F - расход топлива, a C, С и С - константы, которые могут принимать значения 1,481, 0,026 и 2,147. В этом примере может быть осуществлен доступ к данным об этой связи для определения напряжения питания топливоподкачивающего насоса, при приложении которого достигаются требуемое давление топливоподкачивающего насоса и расход топлива. Данные об этой связи могут храниться (скажем, в виде таблицы преобразования), например в контроллере 222 и контроллер 222 может иметь доступ к этим данным.
Ожидаемое давление в топливной рампе 216 может быть определено на основе одного или более эксплуатационных параметров- например, может быть использовано одно или более из оценки потребления топлива (например, расход топлива, скорость впрыска топлива), температуры топлива (например, полученной посредством измерения температуры хладагента двигателя) и давления топливоподкачивающего насоса (например, измеренного с помощью датчика 231 давления топлива НД).
В некоторых вариантах осуществления контроллер 222 может сравнивать ожидаемое давление топлива с соответствующим измеренным давлением топлива и интерпретировать разницу между ожидаемым и измеренным значениями давления, которая превышает пороговое значение, как указание на ухудшение состояния топливной системы 208. В частности, измеренное давление в топливной рампе, зарегистрированное с помощью датчика 232 давления в топливной рампе, могут сравнивать с ожидаемым давлением в топливной рампе, а измеренное давление топливоподкачивающего насоса, зарегистрированное с помощью датчика 231 давления топлива НД, могут сравнивать с ожидаемым давлением топливоподкачивающего насоса. Если, например, контроллер 222 определит, что измеренное давление в топливной рампе превышает ожидаемое давление в топливной рампе по меньшей мере на пороговую величину, контроллер может интерпретировать такую разницу как указание на то, что ухудшилось состояние датчика 232 давления в топливной рампе.
Авторы настоящего изобретения установили, что характеристики датчика давления топливоподкачивающего насоса могут ухудшаться в пределах диапазона. В результате он может выдавать более высокое значение давления топливоподкачивающего насоса, чем имеется фактически (далее в документе также называемым неверным завышенным значением). В результате неверного завышенного значения система управления давлением с обратной связью, управляющая давлением топливоподкачивающего насоса, понижает напряжение на топливоподкачивающем насосе. Понижение напряжение на насосе приводит к пропорциональному снижению давления топливоподкачивающего насоса, как показано на ФИГ. 3. Если давление топливоподкачивающего насоса падает ниже давления паров топлива в ответ на неверное завышенное значение, насос высокого давление системы непосредственно впрыска может начать всасывать пары топлива. Это может привести к внеплановой остановке двигателя в результате неисправности датчика давления. Опасность остановки двигателя является допустимой при неисправности датчика давления. Таким образом, если давление топлива слишком высоко (например, выше, чем фактическое из-за того, что значение датчика давления топливоподкачивающего насоса является неверным и заниженным), возникающие риски будут включать увеличенный расход электроэнергии и уменьшение надежности топливоподкачивающего насоса. Однако эти риски могут быть допустимыми при неисправности датчика давления. Как показано на ФИГ. 4-5, для уменьшения вероятности остановки двигателя, вызванной неверными завышенными показаниями датчика давления, контроллер может применять минимальную коррекцию напряжения на топливоподкачивающем насосе во время управления с обратной связью давлением. Минимальное корректирующее напряжение может позволять поддерживать заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе на минимальном уровне, даже если в противном случае была бы подана команда на понижение напряжения. Благодаря этому работа топливоподкачивающего насоса может поддерживаться на минимальном уровне, позволяя работать двигателю, даже если давление опустилось ниже целевого значения. Таким образом целевое значение давления топливоподкачивающего насоса определяется без обратной связи, когда неизвестна фактическая испаряемость топлива и имеется некоторая неопределенность в отношении фактической температуры топлива. Таким образом, вероятно, что целевое давление выше фактически необходимого давления.
Как сказано выше, включение в состав топливной системы 208 накопителя 215 может обеспечить возможность прерывистой работы топливоподкачивающего насоса 212 по меньшей мере при выбранных параметрах. Прерывистая работа топливоподкачивающего насоса 212 может предусматривать включение и выключение насоса, причем, например во время периодов выключения скорость насоса снижается до нуля. Прерывистая работа топливоподкачивающего насоса может быть использована для поддержания производительности топливного насоса 214 повышенного давления на требуемом уровне, для поддержания производительности топливоподкачивающего насоса 212 на требуемом уровне и/или для снижения ненужного потребления энергии топливоподкачивающим насосом 212. Производительность (например, объемометрическая) топливного насоса повышенного давления 214 может быть, по меньшей мере, частично параметризована давлением топлива на его впуске; таким образом, прерывистая работы топливоподкачивающего насоса может быть выбрана в соответствии с этим давлением на впуске, так как это давление может частично обуславливать производительность насоса 214. Давление на впуске топливного насоса 214 повышенного давления можно определять с помощью датчика 231 давления топлива НД или можно получить на основе различных эксплуатационных параметров. В других примерах производительность насоса 214 можно прогнозировать на основе скорости потребления топлива двигателем 202. Длительность работы топливоподкачивающего насоса 212 может быть связана, например с поддержанием давления на впуске насоса 214 выше давления топливных паров. С другой стороны, топливоподкачивающий насос 212 может быть деактивирован в зависимости от количества топлива (например, объема топлива), нагнетенного в накопитель 215; например, топливоподкачивающий насос может быть деактивирован, когда количество топлива, нагнетенного в накопитель, превышает объем накопителя на заранее заданное количество (например, 20%). В других примерах топливоподкачивающий насос 212 может быть деактивирован, когда давление в накопителе 215 или давление на впуске топливного насоса 214 повышенного давления превышают соответствующие пороговые давления.
В соответствии с некоторыми вариантами реализации режим работы топливоподкачивающего насоса 212 можно выбирать в зависимости от мгновенной частоты вращения и/или нагрузки двигателя 202. Данные о рабочих режимах могут храниться в подходящей структуре данных, такой как таблица преобразования, к которой может быть осуществлен доступ путем использования частоты вращения и/или нагрузки двигателя в качестве указателей в структуре данных, например которая может храниться в контроллере 222 и к которой может иметь доступ контролер 222. Прерывистый режим работы, в частности, может быть выбран для относительно низких частот вращения и/или нагрузок двигателя. При этих параметрах поток топлива в двигатель 202 относительно низок, и топливоподкачивающий насос 212 может подавать топливо со скоростью, которая выше скорости потребления топлива двигателя. Следовательно, топливоподкачивающий насос 212 может наполнять накопитель 215 и затем отключаться, в то время как двигатель 202 продолжает работать (например, сжигая топливовоздушные смеси) в течение некоторого периода времени, пока не будет возобновлена работа топливоподкачивающего насоса. Возобновление работы топливоподкачивающего насоса 212 приводит к пополнению топлива в накопителе 215, из которого топливо подавалось в двигатель 202, пока топливоподкачивающий насос не работал.
При относительно повышенных частотах вращения и/или нагрузках двигателя топливоподкачивающий насос 212 могут приводить в действие для непрерывной работы. В соответствии с одним вариантом осуществления топливоподкачивающий насос 212 работает непрерывно, когда топливоподкачивающий насос не может превысить расход топлива двигателя на некоторое количество (например, 25%), когда насос работает в цикле заполнения «включен» (например, 75%) в течение некоторого периода времени (например, 1,5 минуты). Однако при необходимости уровень цикла заполнения «включен», запускающий непрерывную работу топливоподкачивающего насоса, может быть установлен на различные процентные отношения (например, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70% и др.).
В непрерывном режиме работы топливоподкачивающий насос 212 могут приводить в действие для работы при по существу постоянном напряжении (например, 12B+/-0,2B), или напряжение питания могут модулировать так, чтобы скоростью насоса можно было управлять для подачи требуемого давления на впуск топливного насоса 214 повышенного давления. При модулировании напряжения питания для топливоподкачивающего насоса 212 топливоподкачивающий насос работает непрерывно, без остановок в паузах между импульсами напряжения. Подача последовательности импульсов напряжения с малой скважностью позволяет контроллеру 222 управлять расходом насоса так, чтобы расход топливоподкачивающего насоса по существу соответствовал количеству топлива, впрыскиваемого в двигатель 202. Это действие может быть осуществлено, например путем задания цикла заполнения топливоподкачивающего насоса как функции частоты вращения и нагрузки двигателя. Альтернативно, среднее напряжение питания для топливоподкачивающего насоса 212 в модулированном напряжении можно регулировать в зависимости от количества топлива, подаваемого в двигатель 202. В соответствии с другими вариантами осуществления для подачи тока в топливоподкачивающий насос 212 можно использовать выход с регулируемым током. Количество тока, подаваемого в топливоподкачивающий насос 212 можно регулировать, например в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя.
Что касается ФИГ. 4, на нем показан пример схемы 400 управления с обратной связью, регулирующей напряжение на топливоподкачивающем насосе на основании заданного командой давления топливоподкачивающего насоса. Схема управления включает в себя реализацию минимальной коррекции напряжения на топливоподкачивающем насосе для уменьшения вероятности остановки двигателя, который могут быть вызваны ошибочными показаниями датчика давления топливоподкачивающего насоса, а именно неверными завышенными показаниями. Подход по ФИГ. 4 позволяет обратной связи увеличивать напряжение на топливоподкачивающем насосе, но не позволяет уменьшать его. Таким образом, в качестве минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе всегда обеспечивается напряжение прямой связи. Если допустить понижение напряжения на топливоподкачивающем насосе, возникает опасность того, что датчик обратной связи, который считывает неверные завышенные данные, понизит напряжение на топливоподкачивающем насосе таким образом, что произойдет остановка двигателя. Без этого контроллер обратной связи доведет напряжение на топливоподкачивающем насосе до недостоверно низких значений. В дополнение, посредством пульсации насоса, когда коэффициент наполнения насоса падает ниже порогового значения, стратегия становится полностью функциональна.
Каждое входное значение заданного командой давления (401) и входное значение измеренного давления (402) передаются в компаратор 403. Заданное командой давление 401 может опираться на условия работы двигателя, такие как частота вращения коленчатого вал и нагрузка. Измеренное давление 402 может опираться на выходной сигнал датчика давления топливоподкачивающего насоса. Ошибка 404 давления может оцениваться на основе сравнения. Например, она может быть определена, если фактическое давление(то есть измеренное) выше или ниже, чем заданное командой давление. Ошибка давления 404 может быть передана в ПИД-контроллер 405. Параллельно заданное командой давление 401 и расход 407 топлива может быть передан как входных данных в контроллер 408 с прямой связью для определения минимального напряжения 409 на топливоподкачивающем насосе. Минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе может представлять собой минимальное напряжение, которое необходимо подать на топливоподкачивающий насос, что создать заданное командой давление при заданном расходе топлива. Выходной сигнал ПИД-контроллера 405 сравнивается с минимальным напряжением 409 на насосе для создания нескорректированного напряжения 406 на насосе. Максимальное (то есть большее) значение из минимального напряжения 409 на насосе и нескорректированного напряжения 406 на насосе затем вводится в другой компаратор, который описывается ниже.
Также параллельно коэффициент 415 наполнения насоса НВ сравнивается пороговым значением 416. На основе указанного сравнения в 418 генерируется импульс впрыска топлива. Импульс впрыска топлива затем сравнивается с максимальным (то есть большим) значением минимального напряжения 409 на насосе и нескорректированного напряжения 406 на в компараторе 419. Компаратор 419 затем берет максимальное значение (то есть большее) из полученных входных данных для генерирования напряжения 420 на топливоподкачивающем насосе, которое будет в итоге задано командой для топливоподкачивающего насоса. Это включает в себя выбор для применения нескорректированного напряжения на топливоподкачивающем насосе, когда нескорректированное напряжение на топливоподкачивающем насосе выше, чем минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе. Это также включает в себя, в случае если нескорректированное напряжение на топливоподкачивающем насосе ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, обход входных данных измеренного давления и подачу минимального напряжения на топливоподкачивающий насос. В настоящей заявке напряжение на топливоподкачивающем насосе, сгенерированное на основе заданного командой давления и измеренного давления корректируется, например, в результате вероятности того, что измеренное давление выше фактического. Поскольку управление с обратной связью реализовано с помощью одиночной минимальной коррекции напряжения на топливоподкачивающем насосе и ПИД-контроллере, во время проведения коррекции интегральная составляющая может приподняться и потом с нежелательной задержкой опуститься. Для снижения этой задержки, интегральная составляющая (I) может быть зафиксирована во время проведения коррекции. В качестве альтернативы интегральная составляющая может быть сброшена (например, до нуля) во время коррекции.
Что касается ФИГ. 5, пример алгоритма 500 показан для регулировки заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе на основании давления топливоподкачивающего насоса, и также с учетом минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, чтобы обеспечить поддержание минимальной уровня работы топливоподкачивающего насоса во время работы двигателя.
В шаге 502 алгоритм включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Они могут включать, например, частоту вращения коленчатого вала двигателя, нагрузку, требуемый водителем крутящий момент, расход топлива и т.п. В шаге 504 может быть определено требуемое давление топливоподкачивающего насоса на основании оценки условий работы двигателя. Требуемое давление топливоподкачивающего насоса может также обозначаться в настоящем документе как заданное давление командой топливоподкачивающего насоса. Например, когда увеличивается частота вращения коленчатого вала двигателя и нагрузка, заданное командой давление топливоподкачивающего насоса может также увеличиваться (чтобы учесть увеличение количества впрыскиваемого топлива).
В шаге 506 алгоритм включает в себя определение минимального напряжения на насосе для топливоподкачивающего насоса на основании условий работы двигателя. В частности, минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе определяется на основе каждого из заданного командой давления топливоподкачивающего насоса и текущего расхода топлива. Таким образом, минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе поддерживает давление топливоподкачивающего насоса (то есть давление на выпуске топливоподкачивающего насоса и на впуске насоса высокого давления, находящегося ниже по потоку) выше давления паров топлива.
В некоторых вариантах осуществления минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе может также быть основано на содержании спирта в топливе, поданном топливоподкачивающим насосом. Например, минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе может быть увеличено, когда увеличивается давление паров топлива. В отрасли имеются данные, которые показывают влияние температуры и состава бензино-спиртовой смеси на давление паров.
В шаге 508 алгоритм включает в себя получение входных данных в отношении фактического давления топливоподкачивающего насоса от датчика давления топливоподкачивающего насоса, расположенного ниже по потоку относительно топливоподкачивающего насоса и выше по потоку относительно насоса впрыска топлива высокого давления. Выходной сигнал датчика давления топливоподкачивающего насоса может также называться в данной заявке как измеренное давление топливоподкачивающего насоса и может отражать давление топлива на выходе топливоподкачивающего насоса и на входе в насос высокого давления. Таким образом, топливоподкачивающий насос выполнен с возможностью подавать топливо из топливного бака в насос высокого давления, а указанный насос высокого давления подает топливо в топливные форсунки.
Алгоритм затем переходит к регулировке работы топливоподкачивающего насоса в ответ на показания датчика давления топливоподкачивающего насоса. В этом отношении контроллер насоса может уменьшить напряжение на топливоподкачивающем насосе, если выходной сигнал датчика давления топливоподкачивающего насоса увеличивается, и увеличить напряжение на топливоподкачивающем насосе, если выходной сигнал датчика давления уменьшается. Например, при работе в пульсирующем режиме напряжение топливоподкачивающего насоса может регулироваться скачкообразно на основе выходного сигнала датчика. В еще одном примере при работе в непрерывном режиме напряжение топливоподкачивающего насоса может регулироваться непрерывно на основе выходного сигнала датчика.
В шаге 510 регулировка работы топливного насоса включает в себя определение заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе на основании ошибки давления между измеренным давлением и заданным командой давлением. Как показано относительно к схеме управления на ФИГ. 4, ошибка может опираться на сравнение выходного сигнала датчика давления топливоподкачивающего насоса и требуемого давления топливоподкачивающего насоса и может подаваться в пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) контроллер. В частности, если имеется положительная ошибка, вызванная тем, что заданное командой давление выше измеренного давления, для топливоподкачивающего насоса может быть установлено повышенное заданное командой напряжение. Аналогичным образом, если имеется отрицательная ошибка, вызванная тем, что заданное командой давление ниже измеренного давления, для топливоподкачивающего насоса может быть установлено уменьшенное заданное командой напряжение.
В шаге 512 алгоритм включает в себя сравнение заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе с минимальным напряжением на топливоподкачивающем насосе (ранее определенном в шаге 506). В частности, оно может быть определено, если заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе больше минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе. В шаге 514 алгоритм включает в себя работу топливоподкачивающего насоса с заданным командой напряжением на топливоподкачивающем насосе, если заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе выше минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе. Также, если заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, в шаге 516, указанный алгоритм включает в себя работу топливоподкачивающего насоса с минимальным напряжением на топливоподкачивающем насосе с обходом заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе. При этом, если датчик оказывает повышенное измеренное давление, выполняется обход регулировки на основе выходного сигнала датчика давления топливоподкачивающего насоса путем использования минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе. Путем принудительной подачи минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе в ситуации, когда заданное командой напряжение в противном случае было бы ниже минимального напряжения, работа насоса регулируется превентивно, чтобы учесть вероятность снижения характеристик датчика давления топливоподкачивающего насоса и получения неверного завышенного значения давления. Таким образом, это уменьшает вероятность того, что заданное командой напряжение опустится ниже уровня, когда во впуск насоса высокого давления попадают пары топлива, приводя к остановке двигателя.
Специалистам в данной области будет понятно, что ФИГ. 4 изображает ситуацию препятствования тому, чтобы топливоподкачивающий насос работал в какой-либо промежуток времени при напряжении, ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, а в других примерах работа топливоподкачивающего насоса при напряжении ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе может быть ограничена. Например, когда заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе опускается ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе может быть подано в течение некоего промежутка времени. Вслед за этим, если заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе продолжает оставаться ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе может скорректировано и может быть подано минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе. Этот подход может предоставлять минимальные преимущества в отношении расхода энергии. Другими словами, по-прежнему предполагается пульсирующая работа насоса.
Специалистам в данной области будет также понятно, что ФИГ. 4 не отражает применение коррекции на стороне высокого напряжения, которая опирается на максимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе, и в других примерах контроллер может также ограничивать работу насоса при напряжении выше максимального напряжения топливоподкачивающего насоса. Например, максимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе может быть отрегулировано на основании установленного давления контрольной точки предохранительного клапана, подсоединенного между топливоподкачивающим насосом и насосом впрыска. Путем намеренного отказа от превышения давления контрольной точки сброса давления сводится к минимуму входная электрическая мощность топливоподкачивающего насоса. Контроллер насоса может эксплуатировать топливоподкачивающий насос при максимальном напряжения на нем, если заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе выше максимального напряжения на топливоподкачивающем насосе (то есть может быть выбрано меньшее из двух входных значений). Таким образом, хотя временное высокое напряжение на топливоподкачивающем насосе может давать преимущества в отношении быстрого отклика в регулировании давления, длительное высокое напряжение на насосе может привести к снижению его характеристик. В дополнение, требование длительного высокого напряжения на насосе может быть указанием на снижение свойств компонентов топливной системы, например низкий уровень топлива в баке, отказ топливоподкачивающего насоса или ошибочное завышенное показание датчика давления топливоподкачивающего насоса. Таким образом, чтобы обеспечить работу при временном высоком напряжении топливоподкачивающего насоса для быстрого отклика в регулировании давления, и также чтобы отключить работу при длительном высоком напряжении топливоподкачивающего насоса, в еще одном варианте осуществлении контроллер может ограничивать длительность работу топливоподкачивающего насоса, когда напряжение превышает максимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе. Например, когда заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе поднимается выше максимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, может на топливоподкачивающий насос быть подано заданное командой напряжение. Указанное заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе может продолжать подавать, если такое заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе остается выше максимального напряжения на топливоподкачивающем насосе в течение периода времени, который меньше определенного порогового значения. Вслед за этим, если заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе продолжает оставаться выше максимального напряжения на топливоподкачивающем насосе в течение периода времени, который больше указанного порогового значения, заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе может быть скорректировано и может быть подано максимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе.
Также специалистам в данной области понятно, что коррекция заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе до минимального напряжения показана при управлении с обратной связью давлением топливоподкачивающего насоса, включающим, когда насос работает в пульсирующем или длительном режиме, и в других примерах коррекция может быть выполнена выборочно в ответ на признаки снижения свойств датчика давления топливоподкачивающего насоса, когда снижение свойств включает в себя генерирование датчиком давления топливоподкачивающего насоса ложных завышенных показателей.
Что касается ФИГ. 6, карта 600 приводит пример регулировки заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе исходя из уменьшенной коррекции, чтобы понизить засасывание паров топлива на ТНВД, расположенный ниже по потоку относительно топливоподкачивающего насоса. На карте 600 заданное командой давление топливоподкачивающего насоса показано кривой 602 (сплошная линия) относительно кривой 603 фактического давления топливоподкачивающего насоса (линия коротким пунктиром), заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе показано кривой 604, а минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе обозначено как «мин_напряж.) (линия длинным пунктиром).
Между t0 и t2 топливоподкачивающий насос работает в непрерывном режиме, например в результате того, что двигатель работает при высокой нагрузке/с высокой частотой вращения. После t2 топливоподкачивающий насос работает в импульсном режиме, например в результате того, что двигатель работает при низкой/средней нагрузке/частоте вращения. Между t0 и t1 датчик топливоподкачивающего насоса исправен. После t2 датчик является неисправным.
В непрерывном режиме и при отсутствии неисправности датчика давления напряжение и давление связаны монотонно. Возможно некоторые вариации между двумя точками в результате изменений в управлении давлением с обратной связью.
Когда в t1 происходит неисправность датчика, фактическое давление (кривая 603) переходит в значение прямой связи, которое может быть ниже того, которое было бы при управлении с нормальной обратной связью.
В точке t2, когда датчик по-прежнему неисправен, насос переходит в импульсный режим. Здесь неисправность присутствует по-прежнему, но в этом случае фактическое давление насоса недостаточно для обеспечения коэффициента наполнения ТНВД и такой пониженный коэффициент наполнения насоса обнаруживается и подавляется с помощью одиночного импульса напряжения на топливоподкачивающем насосе, как показано на графике. Данный импульс затем повторяется при необходимости. Между импульсами, как показана на фиг., на насос вместо заданного командой напряжения подается минимальное напряжение. Путем поддержания заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе при минимальном напряжении на топливоподкачивающем насосе между импульсами уменьшается частота импульсов, необходимая для поддержания давление на впуске ТНВД ниже давления паров топлива, что обеспечивает экономию энергии.
Таким образом работа топливоподкачивающего насоса может регулироваться в пониженной коррекцией преимущественно в непрерывном режиме напряжения, то также и в пульсирующем режиме. В связи с этим, при работе преимущественно в непрерывном режиме питания топливоподкачивающего насоса, контроллер может не подавать напряжение ниже того, которое заведомо известно, как требуемое топливной системой в установившемся состоянии. Напротив, подход, при котором работа осуществляется только на основе обратной связи по давлению, может привести к недостаточному давлению топливоподкачивающего насоса, когда датчик давления генерирует ошибочные завышенные показания. Таким образом, пульсация напряжения на топливоподкачивающем насосе до значений высокого напряжения, например 12 вольт в течение 250 миллисекунд при обнаружении паров или при обнаружении снижения коэффициента наполнения ТНВД может быть наложена поверх непрерывного напряжение.
В качестве одного неограничивающего примера наложенный импульс может поднимать напряжение до 12 вольт в течение, например, 0,2 секунд, если непрерывное напряжение составляет минимум 6 вольт в данной рабочей точке. То есть в чисто импульсном режиме насоса видны только импульсы насоса, а между импульсами напряжение на насосе равно нулю. В чисто непрерывном режиме отсутствуют импульсы. При гибридном подходе, обсуждавшемуся выше в отношении ФИГ. 6, подается минимальное напряжение. В результате импульсы имеют меньшую частоту по сравнению с чисто импульсным режимом. Это минимальное напряжение может быть функцией требуемого давления и текущего расхода топлива. Если минимальное напряжение или пульсация насоса не применяются из-за события обнаружения низкого коэффициента наполнения, система топливоподкачивающего насоса может работать обратной связью по измеренному давлению топлива в топливной магистрали (то есть по давлению топливоподкачивающего насоса).
Что касается ФИГ. 7, карта 700 приводит еще один пример регулировки заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе исходя из уменьшенной коррекции, чтобы понизить засасывание паров топлива на ТНВД, расположенный ниже по потоку относительно топливоподкачивающего насоса. Схема 700 изображает давление топливоподкачивающего насоса на верхней кривой и напряжение на топливоподкачивающем насосе на нижней кривой. В частности, ФИГ. 7 показывает поведение до и после неисправности датчика давления в топливной рампе. Неисправность заключается в том, что переданные значения давления в топливной рамп является неверными и завышенными.
Обратите внимание на верхнюю кривую, где можно видеть, что максимальное фактическое давление определяется предохранительным клапаном и равно 6,4 бар изб. Также можно видеть, что минимальное фактическое давление задано давление паров жидкости и равно 4 бар абс. Оно показано линией, пересекающей ось ординат на значении 3 бар изб. Целевое давление, фактическое давление и кажущееся давление практически одинаковы в состоянии без неисправности. При наличии неисправности целевое давление остается таким как, как в состоянии без неисправности; однако кажущееся давление приобретает ложные завышенные значения, приводя к падению фактического давления. Без коррекции минимального напряжение фактическое давление опускается до значения давления паров жидкости. При коррекции минимального напряжение фактическое давление опускается лишь незначительно. По сути, система работает без обратной связи, поскольку вклад обратной связи равен нулю в этом состоянии, а напряжение определяется прямой связью.
На кривой напряжение можно видеть, что в отсутствие неисправности напряжение на насосе составляет 7В, что выше коррекции напряжения. При наличии неисправности датчик давления генерирует ошибочные завышенные показания. В варианте осуществления по текущему уровню техники, где не осуществляется коррекция напряжения, член алгоритма, характеризующий обратную связь уменьшает напряжение на топливоподкачивающем насосе до очень низкое значения, которое слишком мало, что обеспечить достаточное давление, которое гарантировало бы необходимый коэффициент наполнения ТНВД. Когда применяется подход согласно настоящего описания изобретения, составляющая ПИД не может уменьшить напряжение от минимального значения, обеспечиваемого составляющей прямой связи. Хотя это действительно делает фактическое давление потенциально ниже целевого давления, целевого давление вероятно будет выше, чем требуется, с учетом допущения о топливе с максимальной испаряемостью. В случае если фактическое давление недостаточно высоко, будет обнаружен низкий коэффициент заполнения ТНВД и напряжение на топливоподкачивающем насосе будет пульсировать, чтобы восстановить давление. То есть это может повторяться так долго, сколько существуют указанные состояния.
На схеме 700 датчик генерирует неверные показания в t1 и работает исправно до точки t1. Таким образом можно видеть результат неверных и завышенных показаний датчика давления топливоподкачивающего насоса после точки t1. Как показано а фигуре, без алгоритма напряжение на топливоподкачивающем насосе опускается до некоего малого или нулевого значения, чтобы топливоподкачивающий насос не мог вызвать превышение фактическим давлением значения давления паров, даже если на насосе не наблюдается снижение характеристик. Топливоподкачивающий насос стремится довести давление топливоподкачивающего насоса до значения немного выше давления паров, поскольку чрезмерное превышение приведет к излишнему расходу электроэнергии. При использовании алгоритма настоящего описания изобретения топливоподкачивающий насос достигает возможно меньшего давления по сравнению с целевым значением, но в подавляющем большинстве условий (то есть значений испаряемости топлива) достигаемое давление будет достаточным. В частности, при использовании алгоритма настоящего описания изобретения управления давлением с обратной связью компенсирует снижение эффективности насоса. Следует отметить, что целевое давление было выбрано для топлива с самой высокой испаряемостью, и если в системе используется топливо с меньшей испаряемостью, то она будет работать должным образом, а фактическое давление будет ниже целевого давления. Пульсация топливоподкачивающего насоса при падении коэффициента заполнения ТНВД ниже порогового значения добавляет запас характеристик системы для топлива с самой высокой испаряемостью.
В одном примере способ для топливной системы включает в себя пульсацию топливоподкачивающего насоса в соответствии с измеренным давлением топлива ниже по потоку относительно топливоподкачивающего насоса и выше по потоку относительно ТНВД; и подачу большего из заданного командой напряжение на топливоподкачивающем насосе и минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе на собственно топливоподкачивающий насос, причем минимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе оценивает на основе заданного командой давления топливоподкачивающего насоса и расхода топлива. Заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе оценивается на основе заданного командой давления топливоподкачивающего насоса. Указанный способ также включает подачу меньшего из заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе и максимального напряжения на топливоподкачивающем насосе на собственно топливоподкачивающий насос, если заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе остается выше максимального напряжения на топливоподкачивающем насосе дольше порогового значения времени, причем максимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе оценивается на основании каждого из заданного командой давления топливоподкачивающего насоса и расхода топлива. При этом указанная подача выполняется в ответ на ситуацию, когда заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе в дольше определенного порогового значения времени.
В еще одном примере топливная система автомобиля содержит: топливный бак; топливоподкачивающий насос; ТНВД, получающий топливо от топливоподкачивающего насоса и подающий его в топливную рампу; и контроллер. Контроллер может иметь машиночитаемые команды, хранящиеся в энергонезависимой памяти, для: получение команды в отношении давления топливоподкачивающего насоса; оценки заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе на основе заданного командой давления топливоподкачивающего насоса; оценки минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе на основании заданного командой давления топливоподкачивающего насоса и расхода топлива; и регулировки напряжения, подаваемого на топливоподкачивающий насоса до уровня минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, когда заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе опускается ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе. Регулировка напряжения, когда заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, включает в себя регулировку в тех случаях, когда заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе осталось ниже минимального напряжения на топливоподкачивающем насосе в течение определенного периода времени. Контроллер может включать также еще инструкции для: использования топливоподкачивающего насоса в непрерывном режиме при высокой нагрузке/высокой частоте вращения двигателя; и использования топливоподкачивающего насоса в импульсном режиме при низкой/средней нагрузке/частоте вращения двигателя, при этом указанная регулировка может выполнять как в непрерывном режиме, так и в импульсном режиме работы топливоподкачивающего насоса. Система может также включать датчик давления топливоподкачивающего насоса, присоединенный между выпуском топливоподкачивающего насоса и впуском насоса впрыска топлива. Оценка заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе может включать оценку заданного командой напряжения на топливоподкачивающем насосе на основе пропорционально-интегрально-дифференциальной ошибки между заданным командой давлением топливоподкачивающего насоса и выходным сигналом датчика давления топливоподкачивающего насоса. Контроллер может включать еще инструкции для регулировки напряжения, подаваемого к топливоподкачивающему насосу, до уровня максимального напряжения на топливоподкачивающем насосе, когда заданное командой напряжение на топливоподкачивающем насосе выше максимального напряжения на топливоподкачивающем насосе дольше определенного периода времени. При этом максимальное напряжение на топливоподкачивающем насосе может быть основано на основании установленного давления контрольной точки предохранительного клапана между топливоподкачивающим насосом и насосом впрыска топлива.
Таким образом технический эффект от применения коррекции низкого напряжения к заданному командой напряжению на топливоподкачивающем насосе в ходе управления с обратной связью топливоподкачивающим насосом заключается в том, что давление топливоподкачивающего насоса может всегда поддерживаться равным или больше давления паров топлива. Благодаря этому уменьшается всасывание паров топлива на впуске расположенного ниже по потоку насоса высокого давления. Путем применения повышенной коррекции к напряжению на топливоподкачивающем насосе улучшаются характеристики давления без снижения работоспособности насоса. Благодаря постоянному поддержанию характеристик топливоподкачивающего насоса равными или выше минимального уровня, который регулируется в зависимости от заданного командой давления топливоподкачивающего насоса как во время непрерывного, так и во время импульсного режима работы, может быть уменьшена вероятность проблем, вызванных ухудшением управления топливоподкачивающим насосом в результате неверных завышенных показаний датчика давления топливоподкачивающего насоса. В итоге, предотвращается остановка двигателя.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или автомобилей. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти и могут выполняться посредством системы управления, включающей в себя контроллер в комбинации с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими аппаратными средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрываемые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ раскрытых в данной заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Один элемент или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций может выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять код в графическом виде, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны разнообразные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с расположением цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с оппозитными 4-цилиндровыми двигателями и двигателями других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В пунктах указанной формулы изобретения может быть сделана ссылка на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.