СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD FOR ENGINE (VERSIONS) AND FUEL SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатели могут быть выполнены с топливными системами разных типов для подачи необходимого количества топлива в двигатель для сгорания. Один из типов топливных систем содержит форсунку распределенного впрыска и форсунку непосредственного впрыска для каждого цилиндра двигателя. Использование форсунок распределенного впрыска топлива может способствовать улучшению парообразования топлива и уменьшению выбросов двигателя, а также снижению насосных потерь и расхода топлива при низких нагрузках. Использование форсунок непосредственного впрыска топлива при условиях с высокими нагрузками может способствовать улучшению эксплуатационных характеристик двигателя и снижению расхода топлива. Кроме того, при некоторых условиях форсунки распределенного и непосредственного впрыска топлива можно эксплуатировать совместно для эффективного использования преимуществ обоих типов подачи топлива.
При некоторых условиях работы двигателей с возможностью двойного впрыска топлива одна из систем впрыска может находиться в отключенном состоянии в течение длительного периода. Например, при некоторых условиях двигатель может работать только с распределенным впрыском, при этом его форсунки непосредственного впрыска не включают. Форсунки непосредственного впрыска могут быть соединены с топливной рампой высокого давления, расположенной ниже по потоку от топливного насоса высокого давления. При длительных перерывах в работе форсунок непосредственного впрыска наличие одностороннего обратного клапана может привести к скоплению остатков топлива высокого давления в топливной рампе высокого давления. Если это застойное топливо подвергается воздействию высоких температур (например, повышенной температуры окружающей среды), топливо может начать расширяться и образовывать пары в топливной рампе, в результате чего растет давление топлива, так как топливная рампа является закрытой и жесткой конструкцией. В свою очередь, повышенные температура и давление топлива могут отрицательно повлиять на долговечность как самих форсунок непосредственного впрыска топлива, так и связанных с ними технических средств, в частности, после того, как система непосредственного впрыска топлива будет вновь включена.
Один пример решения для борьбы с ухудшением характеристик форсунок непосредственного впрыска под действием повышенного давления в топливной рампе состоит в попеременном включении форсунок при повышении температуры в топливной рампе. Например, согласно решению, предложенному Румпса (Rumpsa) с соавторами в U.S. 2014/0290597, во время работы цилиндра двигателя с подачей топлива форсункой распределенного впрыска, а не форсункой непосредственного впрыска, последнюю включают при превышении пороговой температуры в топливной рампе непосредственного впрыска. Подачу через форсунку непосредственного впрыска включают на заданное количество времени, в некоторых примерах зависящее от заданной массы впрыскиваемого топлива.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки такого решения. Например, включение форсунки непосредственного впрыска на заданное количество времени может привести к ошибкам подачи топлива. А именно, давление в топливной рампе может упасть ниже минимально необходимого давления непосредственного впрыска, в связи с чем массы впрыскиваемого топлива невозможно будет прогнозировать. Ошибка дозирования топлива может привести к ошибкам по крутящему моменту, а также нежелательным выбросам сажи с отработавшими газами. Кроме того, повышение давления в топливной рампе в связи с падением давления ниже минимально необходимого давления непосредственного впрыска может привести к таким нежелательным для водителя транспортного средства явлениям, как рост ШВР и снижение энергетического КПД. Кроме того, впрыск заданного количества топлива (например, осуществление впрыска в течение заданного количества времени или непосредственный впрыск топлива заданной массы) может предусматривать увеличение доли топлива непосредственного впрыска относительно доли распределенного впрыска, что ухудшает показатели работы двигателя.
В одном примере вышеуказанные недостатки может устранить способ, содержащий шаги на которых: во время работы цилиндра двигателя с подачей топлива только первой форсункой, на короткое время включают вторую форсунку для подачи топлива в этот цилиндр в случае роста давления топлива в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, и отключают вторую форсунку при падении давления топлива в соответствующей топливной рампе ниже нижнего порога, при этом нижний порог регулируют в зависимости от одного или нескольких параметров работы двигателя.
В качестве одного примера, при условиях, когда двигатель работает только с распределенным впрыском топлива, форсунку непосредственного впрыска можно периодически включать и выключать для поддержания давления топлива в необходимом диапазоне. А именно, когда топливный насос высокого давления отключен, форсунки непосредственного впрыска топлива в двигатель можно выборочно включать, когда давление топлива в высоконапорной топливной рампе непосредственного впрыска достигает верхнего порога. Подачу топлива форсунками непосредственного впрыска можно осуществлять до тех пор, пока давление в топливной рампе не достигнет нижнего порога. Кроме того, нижний порог можно изменять в зависимости от параметров работы, при этом сохраняя его на уровне выше того, при котором необходимо вновь включить топливный насос высокого давления. Например, нижний порог можно повышать, когда при текущих параметрах работы двигателя предпочтительным с точки зрения показателей его работы является распределенный впрыск, например, при низкой температуре окружающей среды, или когда содержание сажи в отработавших газах уже является повышенным. Когда нижний порог повышен, относительную долю топлива, подаваемого в цилиндр форсунками непосредственного впрыска, можно уменьшить, а относительную долю топлива, подаваемого форсунками распределенного впрыска - увеличить. Или же нижний порог можно понижать, когда при текущих параметрах работы двигателя необходим непосредственный впрыск как минимум некоторого количества топлива, например, при повышенной предрасположенности двигателя к преждевременному воспламенению или повышенном содержании спирта во впрыскиваемом топливе. Когда нижний порог понижен, относительную долю топлива, подаваемого в цилиндр форсунками непосредственного впрыска, можно увеличить, а относительную долю топлива, подаваемого форсунками распределенного впрыска - уменьшить. Так можно снизить интенсивность ухудшения характеристик форсунок непосредственного впрыска, одновременно поддерживая на необходимом уровне эксплуатационные показатели двигателя, достигаемые при подаче топлива в двигатель форсунками распределенного впрыска.
Вышеуказанные и другие преимущества и отличительные признаки раскрываемого здесь изобретения станут очевидны из нижеследующего раздела «Осуществление изобретения» при его рассмотрении отдельно или во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание фигур чертежа
На ФИГ. 1 схематически изображен пример осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
На ФИГ. 2 схематически изображен пример осуществления топливной системы, соединенной с двигателем, имеющим возможность двойного впрыска топлива.
На ФИГ. 3 представлен пример высокоуровневой блок-схемы для эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, содержащего систему распределенного впрыска топлива и систему непосредственного впрыска топлива, в соответствии с раскрываемым изобретением.
На ФИГ. 4 представлен пример блок-схемы процесса для изменения нижнего порога давления в топливной рампе, при котором выборочно отключают форсунку непосредственного впрыска.
На ФИГ. 5 графически представлен пример процесса включения и отключения форсунки непосредственного впрыска во время подачи топлива в двигатель распределенным впрыском в соответствии с раскрываемым изобретением.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам (вариантам) для эксплуатации форсунки непосредственного впрыска в системе двигателя, выполненной с двойной системой впрыска топлива. В одном неограничивающем примере двигатель может быть выполнен, как показано на ФИГ. 1. Дополнительные компоненты связанной с ним топливной системы представлены на ФИГ. 2. Контроллер двигателя выполнен с возможностью реализации алгоритма управления, например, алгоритма на ФИГ. 3, для выборочного включения и отключения форсунки непосредственного впрыска топлива при условиях с подачей топлива в двигатель только распределенным впрыском для поддержания давления в топливной рампе непосредственного впрыска в необходимом диапазоне. Нижний порог, при котором отключают форсунку непосредственного впрыска, можно изменять, например, в режиме реального времени, в зависимости от параметров работы двигателя (ФИГ. 4). В этом случае начальный нижний порог определяют в зависимости от режима частоты вращения - нагрузки двигателя и изменяют в зависимости от статистики преждевременного воспламенения, и (или) статистики детонации, и (или) содержания сажи в фильтре твердых частиц, и (или) температуры отработавших газов, и (или) ограничений по рециркуляции отработавших газов. Пример хронологической последовательности для эксплуатации форсунки непосредственного впрыска топлива в соответствии с вышеуказанными способами и системами представлен на ФИГ. 5.
ФИГ. 1 представляет собой принципиальную схему одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10, могущего входить в состав силовой установки автомобиля. Двигателем 10 можно как минимум частично управлять с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 36. В некоторых вариантах поверхность поршня 36 внутри цилиндра 30 может быть выполнена с выемкой. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с как минимум одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. С коленчатым валом 40 также может быть соединен стартер через маховик для пуска двигателя 10.
Воздух в камеру 30 сгорания может поступать из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а газообразные продукты сгорания могут выходить через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 выполнены с возможностью выборочной связи с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В некоторых вариантах камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и (или) два или более выпускных клапанов.
Впускным клапаном 52 может управлять контроллер 12 посредством кулачка 51 впускного клапана. Аналогичным образом, выпускным клапаном 54 может управлять контроллер 12 посредством кулачка 53 выпускного клапана. Или же привод регулируемых клапанов может быть электрическим, электрогидравлическим или представлять собой иной механизм с возможностью приведения клапанов в действие. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, направляемые на приводы 51 и 53, для регулирования открытия и закрытия соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут определять датчики 55 и 57 положения клапанов соответственно. В других вариантах один или несколько впускных и выпускных клапанов можно приводить в действие при помощи одного или нескольких кулачков с возможностью использования одной или нескольких из следующих систем: переключения профиля кулачков ППК (CPS), изменения фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), изменения фаз газораспределения ИФГ (VVT) и (или) изменения высоты подъема клапанов ИВПК (WL) для регулирования работы клапанов. Например, цилиндр 30 может содержать электроприводной впускной клапан и выпускной клапан с кулачковым приводом, содержащим ППК и (или) ИФКР.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 30 показан содержащим две топливные форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса впрыска топлива ДИВТ-1 (FPW-1), полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 168. Так топливная форсунка 166 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск (далее именуемый «НВ») топлива в цилиндр 30 сгорания. Таким образом, топливная форсунка 166 представляет собой топливную форсунку непосредственного впрыска с возможностью связи с цилиндром 30. Хотя на ФИГ. 1 форсунка 166 показана как боковая форсунка, она также может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 92 зажигания. Такое расположение может способствовать улучшению смешивания и сгорания при работе двигателя на спиртосодержащем топливе в связи с относительно низкой испаряемостью некоторых спиртосодержащих топлив. Или же форсунка может быть расположена над впускным клапаном и рядом с ним для улучшения смешивания. Топливо может поступать в топливную форсунку 166 из топливной системы 172 высокого давления, содержащей топливный бак, топливные насосы, топливную рампу и формирователь 168. Или же топливо может подавать одноступенчатый топливный насос при более низком давлении, и в этом случае моменты непосредственного впрыска во время такта сжатия могут быть более ограниченными, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, топливный бак также может содержать преобразователь давления с возможностью направления сигнала в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана установленной во впускном канале 42 (например, во впускном коллекторе 44), а не в цилиндре 30, что обеспечивает известный из уровня техники распределенный впрыск топлива (далее именуемый «РВТ») во впускное окно выше по потоку от цилиндра 30. Из впускного окна топливо может поступать в цилиндр 30. То есть топливная форсунка 170 представляет собой топливную форсунку распределенного впрыска с возможностью связи с цилиндром 30. Топливная форсунка 170 выполнена с возможностью впрыска топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива ДИВТ-2, полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 171. Топливо может поступать в топливную форсунку 170 из топливной системы 172.
Обе форсунки могут подавать топливо в цилиндр во время одного и того же рабочего цикла цилиндра. Например, любая из форсунок выполнена с возможностью подачи части от общего количества впрыскиваемого топлива для сжигания в цилиндре 30. Кроме того, распределение долей и (или) относительное количество топлива, впрыскиваемого каждой из форсунок, может меняться в зависимости от параметров работы, как будет раскрыто ниже. Распределение долей общего количества впрыскиваемого топлива между форсунками можно обозначить термином «первое соотношение долей впрыска». Например, подача большего количества топлива для того или иного события сгорания с помощью форсунки 170 (распределенного впрыска) может служить примером высокого первого соотношения долей распределенного и непосредственного впрыска, а подача большего количества топлива для того или иного события сгорания с помощью форсунки 166 (непосредственного впрыска) может служить примером низкого первого соотношения долей распределенного и непосредственного впрыска. Следует отметить, что вышеуказанные соотношения долей впрыска приведены исключительно для примера, при этом можно использовать разнообразные соотношения долей впрыска. Кроме того, следует понимать, что распределенный впрыск топлива можно осуществлять, когда впускной клапан открыт, впускной клапан закрыт (например, по существу до начала такта впуска, например, во время такта выпуска), а также во время работы как с открытым, так и с закрытым впускным клапаном. Аналогичным образом, топливо непосредственного впрыска можно подавать во время такта впуска, а также частично во время предшествующего такта выпуска, во время такта впуска, и частично во время такта сжатия. Кроме того, непосредственный впрыск топлива можно осуществлять один или несколько раз. В их число могут входить несколько впрысков во время такта сжатия, несколько впрысков во время такта впуска или некоторое количество непосредственных впрысков во время такта сжатия и во время такта впуска в какой-либо комбинации. При осуществлении нескольких непосредственных впрысков распределение долей общего количества топлива между тактом впуска (непосредственный впрыск) и тактом сжатия (непосредственный впрыск) может обозначаться термином «второе соотношение долей впрыска». Например, подача большего количества топлива непосредственного впрыска для события сгорания во время такта впуска может служить примером высокого второго соотношения непосредственного впрыска во время такта впуска, а подача большего количества топлива для события сгорания во время такта сжатия может служить примером низкого второго соотношения непосредственного впрыска во время такта впуска. Следует отметить, что вышеуказанные соотношения долей впрыска приведены исключительно для примера, при этом можно использовать разнообразные соотношения долей впрыска.
Таким образом, даже для одного события сгорания топливо можно впрыскивать в разные моменты из форсунок распределенного и непосредственного впрыска. Кроме того, для одного события сгорания можно выполнить несколько впрысков за рабочий цикл. Эти несколько впрысков можно выполнить во время такта сжатия, такта впуска или в период, являющийся какой-либо подходящей комбинацией этих тактов.
Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Соответственно, любой цилиндр может аналогичным образом содержать собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливных форсунок, свечу зажигания и т.п.
Характеристики топливных форсунок 166 и 170 могут отличаться друг от друга. Например, отличия могут заключаться в размере: отверстие одной форсунки может быть больше, чем у другой. Прочие отличия включают в себя, без каких-либо ограничений, следующие: разные углы распыла, разные рабочие температуры, разные ориентации, разные моменты впрыска, разные характеристики распыла, разные местоположения и т.п. Кроме того, в зависимости от соотношения долей топлива, впрыскиваемого форсунками 170 и 166, можно достичь разных результатов.
Топливная система 172 может содержать один или несколько топливных баков. В вариантах осуществления с топливной системой 172, содержащей несколько топливных баков, топливные баки выполнены с возможностью содержать топливо с одинаковыми или разными свойствами, например, с разными составами. В число различий могут входить: разное содержание спирта, разное содержание воды, разное октановое число, разная теплота парообразования, разные составы смеси и (или) комбинации этих отличий, и т.п. В одном примере топлива с разными содержаниями спирта могут представлять собой смеси бензина, этанола, метанола или другие спиртосодержащие смеси, например, Е85 (приблизительно на 85% состоящую из этанола и на 15% из бензина) или М85 (приблизительно на 85% состоящую из метанола и на 15% из бензина). Другие спиртосодержащие топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина, и т.п. В некоторых примерах топливная система 172 может включать в себя топливный бак, содержащий жидкое топливо, например, бензин, а также топливный бак, содержащий газообразное топливо, например, СПГ (CNG). Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью впрыскивать топливо из одного и того же топливного бака, из топливных баков, содержащих разные топлива, из нескольких топливных баков, содержащих одно и то же топливо, или из группы топливных баков, в которую входят топливные баки, содержащие разные топлива. Топливная система 172 может содержать топливный насос 175 низкого давления (например, топливоподкачивающий насос) и топливный насос 173 высокого давления. Как раскрыто на примере топливной системы на ФИГ. 2, топливный насос 175 низкого давления выполнен с возможностью отбирать из топливного бака топливо, давление которого затем повышает топливный насос 173 высокого давления. Кроме того, топливный насос 175 низкого давления выполнен с возможностью подачи топлива в топливную рампу распределенного впрыска, а топливный насос 173 высокого давления подает топливо в топливную рампу непосредственного впрыска.
Система 88 зажигания выполнена с возможностью подачи искры зажигания в камеру 30 сгорания с помощью свечи 92 зажигания по сигналу опережения зажигания 03 (SA) от контроллера 12 в определенных режимах работы. Несмотря на то, что на фигуре показаны компоненты искрового зажигания, камера 30 сгорания или одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия, с искрой зажигания или без нее.
Впускной канал 42 может содержать дроссели 62 и 63 с дроссельными заслонками 64 и 65 соответственно. В рассматриваемом примере положение дроссельных заслонок 64 и 65 может изменять контроллер 12, направляя сигналы на электродвигатель или привод в составе дросселей 62 и 63; данную конфигурацию обычно называют «электронное управление дроссельной заслонкой» ЭУДЗ (ETC). Таким образом, дроссели 62 и 63 выполнены с возможностью регулировать подачу всасываемого воздуха в камеру 30 сгорания среди прочих цилиндров двигателя. Контроллер 12 может получать информацию о положении дроссельных заслонок 64 и 65 в виде сигнала положения дросселя ПД (TP). Давление, температуру и массовый расход воздуха можно измерять в различных точках на протяжении впускного канала 42 и впускного коллектора 44. Например, впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха для измерения массового расхода чистого воздуха, поступающего через дроссель 63. Показание массового расхода чистого воздуха можно передавать в 12 в виде сигнала МРВ (MAF).
Двигатель 10 может дополнительно содержать устройство сжатия, например турбокомпрессор или нагнетатель, содержащий как минимум компрессор 162, установленный выше по потоку от впускного коллектора 44. В случае турбокомпрессора, компрессор 162 может как минимум частично приводить в действие турбина 164 (например, посредством вала), установленная вдоль выпускного канала 48. При использовании нагнетателя, для приведения в действие компрессора 162 можно как минимум частично использовать двигатель и (или) электрическую машину, при этом схема может не содержать турбину. Количество сжатого воздуха, подаваемого в один или несколько цилиндров двигателя от нагнетателя или турбокомпрессора, может изменять контроллер 12. Охладитель 154 всасываемого воздуха может быть установлен ниже по потоку от компрессора 162 и выше по потоку от впускного клапана 52. Охладитель 154 всасываемого воздуха может быть выполнен с возможностью охлаждать газы, нагретые в процессе сжатия в компрессоре 162, например. В одном варианте осуществления охладитель 154 всасываемого воздуха может быть расположен выше по потоку от дросселя 62. Давление, температуру и массовый расход воздуха можно измерять ниже по потоку от компрессора 162, например, с помощью датчика 145 или 147. Результаты измерений можно передавать в контроллер 12 от датчиков 145 и 147 в виде сигналов 148 и 149 соответственно. Давление и температуру можно измерять выше по потоку от компрессора 162, например, с помощью датчика 153, и передавать в контроллер 12 в виде сигнала 155.
Кроме того, в раскрываемых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) может направлять необходимую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44. На ФИГ. 1 изображены система РОГ высокого давления (РОГ ВД) и система РОГ низкого давления (РОГ НД), однако какой-либо другой вариант может содержать только систему РОГ НД. РОГ ВД перенаправляют по магистрали 140 РОГ ВД из области выше по потоку от турбины 164 в область ниже по потоку от компрессора 162. Количество РОГ ВД, направляемых во впускной коллектор 44, может регулировать контроллер 12 с помощью клапана 142 РОГ ВД. РОГ НД направляют по магистрали 150 РОГ НД из области ниже по потоку от турбины 164 в область выше по потоку от компрессора 162. Количество РОГ НД, подаваемых во впускной коллектор 44, может регулировать контроллер 12 с помощью клапана 152 РОГ НД. Система РОГ ВД может содержать охладитель 146 РОГ ВД, система РОГ НД может содержать охладитель 158 РОГ НД для отвода тепла из газов РОГ, например, в хладагент двигателя. Таким образом, двигатель 10 может содержать обе системы - РОГ ВД и РОГ НД - для перенаправления отработавших газов обратно на впуск.
2
При некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры топливовоздушной смеси в камере 30 сгорания. Поэтому целесообразно измерять или оценивать массовый расход РОГ. Датчики РОГ могут быть расположены в магистралях РОГ с возможностью выдачи показаний массового расхода, давления, температуры, концентрации O и концентрации отработавших газов. Например, датчик 144 РОГ ВД может быть расположен в магистрали 140 РОГ ВД.
В некоторых вариантах осуществления один или несколько датчиков могут быть расположены в магистрали 150 РОГ НД с возможностью выдачи показаний давления, температуры и воздушно-топливного отношения в отработавших газах, перенаправляемых по магистрали РОГ НД. Отработавшие газы, перенаправляемые по магистрали 150 РОГ НД, можно разбавлять свежим всасываемым воздухам в точке смешивания, расположенной в месте соединения магистрали 150 РОГ НД и впускного канала 42. А именно, изменяя положение клапана 152 РОГ НД во взаимосвязи с положением первого воздуховпускного дросселя 63 (расположенного во впускном канале впускной системы двигателя выше по потоку от компрессора), можно регулировать обеднение потока РОГ.
Процентное обеднение потока РОГ НД можно выводить из показания датчика 145 в газовом потоке на впуск двигателя. А именно, датчик 145 может быть расположен в области ниже по потоку от первого впускного дросселя 63, ниже по потоку от датчика 152 РОГ НД и выше по потоку от второго главного впускного дросселя 62 с возможностью достоверного определения обеднения РОГ НД на главном впускном дросселе или рядом с ним. Датчик 145 может представлять собой кислородный датчик, например УДКОГ (UEGO).
Датчик 126 отработавших газов показан установленным в выпускном канале 48 ниже по потоку от турбины 164. Датчик 126 может представлять собой любой датчик, пригодный для получения показаний воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например: линейный датчик кислорода или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (EGO), НДКОГ (HEGO) (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа.
Устройства 71 и 72 снижения токсичности отработавших газов показаны расположенными вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройства 71 и 72 могут представлять собой систему избирательного каталитического восстановления ИКВ (SCR), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC), накопитель оксидов азота, устройство снижения токсичности отработавших газов какого-либо иного типа или их комбинацию. Например, устройство 71 может представлять собой ТКН, а устройство 72 - фильтр твердых частиц ФТЧ (PF). В некоторых вариантах осуществления ФТЧ 72 может быть расположен ниже по потоку от ТКН 71 (как показано на ФИГ. 1), а в других вариантах ФТЧ 72 может быть расположен выше по потоку от ТКН 72 (не показано на ФИГ. 1). ФТЧ 72 может содержать датчик 198 содержания сажи с возможностью передачи значения содержания твердых частиц в виде сигнала ТЧ (РМ) в контроллер 12.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере показанную в виде однокристального постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 106, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания ПЗ (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; положения дросселя ПД (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Контроллер может сформировать сигнал частоты вращения двигателя (в оборотах в минуту) из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления в коллекторе можно использовать для получения показания разрежения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что можно использовать различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. Во время работы на смеси стехиометрического состава показания датчика ДВК можно использовать для определения крутящего момента двигателя. Кроме того, по показаниям указанного датчика, вместе с показаниями частоты вращения двигателя, можно оценивать заряд (в том числе, воздуха), поданный в цилиндр. В одном примере датчик 118, также выполненный с возможностью использования как датчик частоты вращения двигателя, может генерировать заданное количество импульсов при каждом обороте коленчатого вала. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, представленных на ФИГ. 1 (и на ФИГ. 2, которые будут раскрыты ниже) и задействует различные исполнительные механизмы, представленные на ФИГ. 1 (и на ФИГ. 2, которые будут раскрыты ниже) для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и в соответствии с командами, хранящимися в памяти контроллера.
В носитель информации - постоянное запоминающее устройство 106 - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой команды в долговременной памяти, исполняемые микропроцессором 102 для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов. Пример алгоритма управления с возможностью выполнения контроллером раскрыт на ФИГ. 3.
На ФИГ. 2 схематически изображен пример 200 осуществления топливной системы, например, топливной системы 172 на ФИГ. 1. Топливная система 200 выполнена с возможностью подачи топлива в двигатель, например, в двигатель 10 на ФИГ. 1.
Топливной системой 200 может управлять контроллер для осуществления некоторых или всех операций, раскрытых на примере последовательностей операций на ФИГ. 3.
Топливная система 200 содержит топливный бак 210 для запаса топлива в транспортном средстве, топливный насос 212 низкого давления ТННД (LPP) (в настоящем описании также именуемый «топливоподкачивающий насос» 212) и топливный насос 214 высокого давления ТНВД (НРР) (в настоящем описании также именуемый «насос 214 впрыска топлива»). Топливо может поступать в топливный бак 210 по заправочному каналу 204. В одном примере ТННД 212 может представлять собой электрический топливный насос низкого давления, расположенный как минимум частично в топливном баке 210. ТННД 212 может управлять контроллер 222 (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) для подачи топлива на ТНВД 214 по топливному каналу 218. ТННД 212 может быть выполнен в виде так называемого топливоподкачивающего насоса. В одном примере ТННД 212 может представлять собой турбинный (например, центробежный) насос с электродвигателем (например, постоянного тока), повышение давление и (или) объемный расход на котором можно регулировать, изменяя подачу электрической мощности на электродвигатель насоса, увеличивая или уменьшая частоту вращения последнего. Например, когда контроллер уменьшает подачу электрической мощности на топливоподкачивающий насос 212, можно уменьшить объемный расход и (или) рост давления на топливоподкачивающем насосе. Объемный расход и (или) рост давления на насосе можно увеличить, увеличив подачу электрической мощности на топливоподкачивающий насос 212. В одном примере источником электрической мощности для подачи на электродвигатель насоса низкого давления может служить генератор переменного тока или иное устройство накопления энергии (не показано) в составе транспортного средства, с возможностью регулирования электрической нагрузки, используемой для питания насоса низкого давления, с помощью системы управления. Таким образом, изменяя подачу напряжения и (или) тока на топливный насос низкого давления, регулируют расход и давление подачи топлива на вход топливного насоса 214 высокого давления.
ТННД 212 может быть соединен по текучей среде с фильтром 217, выполненным с возможностью удаления мелких примесей, содержащихся в топливе и могущих повредить компоненты системы топливоподачи. Обратный клапан 213, могущий упростить подачу топлива и поддержание давления в топливопроводе, может быть расположен выше по потоку от фильтра 217. Если обратный клапан 213 расположен выше по потоку от фильтра 217, размер устройства сопряжения низконапорного канала 218 можно увеличить, поскольку физический объем фильтра может быть большим. Кроме того, можно использовать предохранительный клапан 219 для ограничения давления топлива в низконапорном канале 218 (например, на выходе топливоподкачивающего насоса 212). Предохранительный клапан 219 может содержать шаровой пружинный механизм, садящийся в седло и плотно закрывающийся, например, при заданном перепаде давления. Можно задать разные подходящие значения уставки перепада давления, по которым может происходить открытие предохранительного клапана 219; в качестве неограничивающего примера значение уставки может составлять 6.4 бар или 5 бар (изб.). Отверстие 223 выполнено с возможностью выпуска воздуха и (или) топливных паров из топливоподкачивающего насоса 212. Сброс через 223 также можно применять для приведения в действие струйного насоса, выполненного с возможностью перекачки топлива из одной области в другую в пределах бака 210. В одном примере последовательно с отверстием 223 можно установить дроссельный обратный клапан (не показан). В некоторых вариантах топливная система 8 может содержать один или несколько (например, ряд) обратных клапанов, соединенных по текучей среде с топливным насосом 212 низкого давления, для предотвращения утечек топлива обратно в область выше по потоку от этих клапанов. В данном контексте под «потоком в область выше по потоку» понимают поток топлива из топливных рамп 250, 260 к ТННД 212, а под «потоком в область ниже по потоку» понимают поток в заданном направлении от ТННД к ТНВД 214 и далее в топливные рампы.
Топливо, подкачиваемое ТННД 212, можно подавать под низким давлением в топливный канал 218, ведущий на вход 203 ТНВД 214. Далее ТНВД 214 может подавать топливо в первую топливную рампу 250, соединенную с одной или несколькими топливными форсунками первой группы форсунок 252 непосредственного впрыска (в настоящем описании также именуемой «первая группа форсунок»). Таким образом, топливная рампа 250 сообщается с форсункой непосредственного впрыска. Топливо, подкачиваемое ТННД 212, также может поступать во вторую топливную рампу 260, соединенную с одной или несколькими топливными форсунками второй группы форсунок 262 распределенного впрыска (в настоящем описании также именуемой «вторая группа форсунок»). Таким образом, топливная рампа 260 сообщается с форсункой распределенного впрыска. Как подробно раскрыто ниже, ТНВД 214 выполнен с возможностью повышения давления топлива, подаваемого как в первую, так и во вторую топливную рампы, сверх давления топливоподкачивающего насоса, при этом первая топливная рампа, соединенная с группой форсунок непосредственного впрыска, работает с переменным высоким давлением, а вторая топливная рампа, соединенная с группой форсунок распределенного впрыска, работает при постоянном высоком давлении. То есть топливный насос 214 высокого давления сообщается и с топливной рампой 260, и с топливной рампой 250. В результате, можно обеспечить распределенный и непосредственный впрыск высокого давления. Топливный насос высокого давления установлен ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса низкого давления без каких-либо дополнительных насосов между топливным насосом высокого давления и топливоподкачивающим насосом низкого давления.
Несмотря на то, что первая топливная рампа 250 и вторая топливная рампа 260 показаны раздающими топливо на четыре топливные форсунки соответствующих групп 252, 262 форсунок, следует понимать, что каждая из топливных рамп 250, 260 выполнена с возможностью раздачи топлива на любое подходящее количество топливных форсунок. В одном примере первая топливная рампа 250 выполнена с возможностью подавать топливо на одну топливную форсунку первой группы 252 форсунок для каждого цилиндра двигателя, а вторая топливная рампа 260 выполнена с возможностью подачи топлива на одну топливную форсунку второй группы форсунок 262 для каждого цилиндра двигателя. Контроллер 222 выполнен с возможностью по отдельности включать каждую из форсунок 262 распределенного впрыска с помощью формирователя 237 импульсов распределенного впрыска и включать каждую из форсунок 252 непосредственного впрыска с помощью формирователя 238 импульсов непосредственного впрыска. Контроллер 222, формирователи 237, 238 и прочие пригодные для данной цели контроллеры системы двигателя могут входить в состав системы управления. Несмотря на то, что формирователи 237, 238 показаны за пределами контроллера 222, следует понимать, что в других примерах контроллер 222 может включать в себя формирователи 237, 238 или может быть выполнен с возможностью выполнения функций формирователей 237, 238. Контроллер 222 может содержать непоказанные дополнительные компоненты, например, входящие в состав контроллера 12 на ФИГ. 1.
ТНВД 214 может представлять собой приводимый от двигателя вытеснительный насос. В качестве неограничивающего примера, ТНВД 214 может представлять собой насос BOSCH HDP5 HIGH ДАВЛЕНИЕ PUMP с электромагнитным клапаном-регулятором 236 (например, регулятором объема топлива, магнитным соленоидным клапаном и т.п.) для изменения полезного объема насоса при каждом ходе поршня насоса. Обратный клапан на выходе ТНВД приводят в действие механически, а не электронно с помощью какого-либо внешнего контроллера. ТНВД 214 выполнен с возможностью механического приведения в действие двигателем, в отличие от ТННД 212 с приводом от электродвигателя. ТНВД 214 содержит поршень 228 насоса, камеру 205 сжатия насоса (в настоящем описании также именуемую «камера сжатия») и область 227 переменного объема. Поршень 228 насоса воспринимает механическое входное воздействие от коленчатого вала двигателя или распределительного вала через кулачок 230, приводящее ТНВД в действие по принципу одноцилиндрового насоса с кулачковым приводом. Датчик (не показан на ФИГ. 2) может быть расположен рядом с кулачком 230 для определения углового положения кулачка (например, от 0 до 360 градусов) с возможностью передачи в контроллер 222.
Топливная система 200 также может содержать необязательный аккумулятор 215. При наличии, аккумулятор 215 может быть расположен ниже по потоку от топливного насоса 212 низкого давления и выше по потоку от топливного насоса 214 высокого давления с возможностью удерживать некий объем топлива для снижения скорости роста или падения давления между топливными насосами 212 и 214. Например, аккумулятор 215 может быть установлен в топливном канале 218, как показано, или в перепускном канале 211, соединяющем топливный канал 218 с областью 227 переменного объема ТНВД 214. Емкость аккумулятора 215 можно рассчитать таким образом, чтобы двигатель мог работать на холостом ходу в течение заданного периода времени между интервалами работы топливного насоса 212 низкого давления. Например, емкость аккумулятора 215 может быть такой, чтобы во время работы двигателя на холостом ходу требовалась одна или несколько минут для падения давления в аккумуляторе до уровня, при котором топливный насос 214 высокого давления не сможет поддерживать достаточно высокое давление топлива для топливных форсунок 252, 262. Таким образом, аккумулятор 215 обеспечивает возможность работы топливного насоса 212 низкого давления с перерывами (или в импульсном режиме). При уменьшении частоты включения насоса ТННД снижается потребление энергии. В других вариантах аккумулятор 215 может быть выполнен как часть устройства сопряжения топливного фильтра 217 и топливного канала 218, то есть может отсутствовать как отдельный компонент.
Датчик 231 давления топлива в топливоподкачивающем насосе может быть расположен вдоль топливного канала 218 между топливоподкачивающим насосом 212 и топливным насосом 214 высокого давления. В такой компоновке показания датчика 231 можно рассматривать как показания давления топлива топливоподкачивающего насоса 212 (например, давление топлива на выходе топливоподкачивающего насоса) и (или) на входе топливного насоса высокого давления. По показаниям датчика 231 можно оценивать работу различных компонентов топливной системы 200, определять, достаточно ли давление топлива, подаваемого в топливный насос 214 высокого давления, для того, чтобы топливный насос высокого давления всасывал жидкое топливо, а не топливные пары, и (или) для сведения к минимуму средней величины подачи электропитания на топливоподкачивающий насос 212. Несмотря на то, что датчик 231 давления топлива в топливоподкачивающем насосе показан расположенным ниже по потоку от аккумулятора 215, в других вариантах датчик может быть расположен выше по потоку от аккумулятора.
Первая топливная рампа 250 содержит датчик 248 давления в первой топливной рампе для направления показаний давления в топливной рампе непосредственного впрыска в контроллер 222. Аналогичным образом, вторая топливная рампа 260 содержит датчик 258 давления во второй топливной рампе для направления показаний давления в топливной рампе распределенного впрыска в контроллер 222. Датчик 233 частоты вращения двигателя выполнен с возможностью направлять показания частоты вращения двигателя в контроллер 222. По показанию частоты вращения двигателя можно определять число оборотов топливного насоса 214 высокого давления, поскольку двигатель 202 механически приводит в действие насос 214 через коленчатый вал или распределительный вал.
Первая топливная рампа 250 соединена с выходом 208 ТНВД 214 по топливному каналу 278. Для сравнения, вторая топливная рампа 260 соединена с входом 203 ТНВД 214 по топливному каналу 288. Обратный клапан и предохранительный клапан могут быть расположены между выходом 208 ТНВД 214 и первой топливной рампой. Кроме того, предохранительный клапан 272 установлен параллельно обратному клапану 274 в перепускном канале 279 с возможностью ограничения давления в топливном канале 278, расположенном ниже по потоку от ТНВД 214 и выше по потоку от первой топливной рампы 250. Например, предохранительный клапан 272 выполнен с возможностью ограничивать давление в топливном канале 278 до верхнего порогового давления (например, 200 бар). Таким образом, предохранительный клапан 272 может ограничивать давление, которое возникло бы в топливном канале 278 в случае открытия (намеренного или непреднамеренного) регулирующего клапана 236 во время работы топливного насоса 214 высокого давления.
Один или несколько обратных клапанов и предохранительных клапанов также можно установить в топливном канале 218 ниже по потоку от ТННД 212 и выше по потоку от ТНВД 214. Например, обратный клапан 234 можно установить в топливном канале 218 для уменьшения или предотвращения обратного потока топлива от насоса 214 высокого давления в насос 212 низкого давления и топливный бак 210. Кроме того, предохранительный клапан 232 можно установить в перепускном канале параллельно обратному клапану 234. Предохранительный клапан 232 выполнен с возможностью ограничения давления на расположенной слева от него стороне до уровня на 10 бар выше давления на датчике 231.
Контроллер 222 может быть выполнен с возможностью регулирования потока топлива в ТНВД 214 через регулирующий клапан 236 путем запитывания или обесточивания электромагнитного клапана (в зависимости от конфигурации электромагнитного клапана) синхронно с рабочим кулачком. Соответственно, электромагнитный регулирующий клапан 236 выполнен с возможностью работы в первом режиме, если клапан 236 расположен во входе 203 ТНВД, для ограничения (например, до нуля) количества топлива, проходящего через электромагнитный регулирующий клапан 236. В зависимости от момента включения электромагнитного клапана изменяется объем, перекачиваемый в топливную рампу 250. Электромагнитный клапан также выполнен с возможностью работы во втором режиме, в котором электромагнитный регулирующий клапан 236 фактически отключают, и топливо может течь в области выше и ниже по потоку от клапана, а также в ТНВД 214 и из него.
Таким образом, электромагнитный регулирующий клапан 236 может быть выполнен с возможностью регулирования массы (или объема) топлива, подаваемого в топливный насос непосредственного впрыска. В одном примере контроллер 222 может изменять момент закрытия электромагнитного обратного клапана -регулятора давления для регулирования массы сжимаемого топлива. Например, при позднем закрытии клапана-регулятора давления можно уменьшить массу топлива, всасываемого в камеру 205 сжатия. Моменты открытия и закрытия электромагнитного обратного клапана можно приурочить к моментам ходов поршня топливного насоса непосредственного впрыска.
Предохранительный клапан 232 пропускает поток топлива из электромагнитного регулирующего клапана 236 к ТННД 212, когда давление между предохранительным клапаном 232 и электромагнитным регулирующим клапаном 236 превышает заданное давление (например, 10 бар). Когда электромагнитный регулирующий клапан 236 отключен (например, не получает электропитание), электромагнитный регулирующий клапан работает в проходном режиме, а предохранительный клапан 232 регулирует давление в камере 205 сжатия относительно единственной уставки давления срабатывания предохранительного клапана 232 (например, на 10 бар выше давления на датчике 231). Регулирование давления в камере 205 сжатия обеспечивает образование перепада давления между днищем и юбкой поршня. Давление в области 227 переменного объема находится на уровне давления на выходе насоса низкого давления (например, 5 бар), а давление на днище поршня находится на уровне давления регулирования предохранительного клапана (например, 15 бар). Благодаря наличию перепада давления топливо просачивается от днища к юбке поршня через зазор между поршнем и стенкой цилиндра насоса, смазывая ТНВД 214.
Поршень 228 совершает возвратно-поступательные движения вверх и вниз. В ТНВД 214 происходит такт сжатия, когда поршень 228 движется в направлении, в котором объем камеры 205 сжатия сокращается. В ТНВД 214 происходит такт всасывания, когда поршень 228 движется в направлении, в котором объем камеры 205 сжатия увеличивается.
Обратный клапан 274 на выпуске прямого потока может быть расположен ниже по потоку от выхода 208 камеры 205 сжатия. Открытие выпускного обратного клапана 274 для выпуска потока топлива из выхода 208 насоса высокого давления в топливную рампу происходит только тогда, когда давление на выходе топливного насоса 214 непосредственного впрыска (например, давление на выходе камеры сжатия) выше давления в топливной рампе. Таким образом, в условиях, не требующих работы топливного насоса непосредственного впрыска, контроллер 222 может отключать электромагнитный регулирующий клапан 236, а предохранительный клапан 232 стабилизирует давление в камере 205 сжатия на уровне единственного, по существу постоянного, давления в течение большей части такта сжатия. Во время такта впуска давление в камере 205 сжатия падает до давления, близкого к давлению топливоподкачивающего насоса (212). Смазка насоса 214 НВ может происходить, когда давление в камере 205 сжатия превышает давление в области 227 переменного объема. Данная разность давления также может способствовать смазке насоса, когда контроллер 222 отключает электромагнитный регулирующий клапан 236. Один из результатов данного способа регулирования состоит в том, что давление в топливной рампе поддерживают на минимальном уровне, приблизительно равном давлению срабатывания предохранительного клапана 232. Так, если уставка давления срабатывания предохранительного клапана 232 составляет 10 бар, давление в топливной рампе составит 15 бар, так как 10 бар добавляются к 5 бар давления топливоподкачивающего насоса. А именно, давление топлива в камере 205 сжатия регулируют во время такта сжатия в топливном насосе 214 непосредственного впрыска. Так во время как минимум такта сжатия в топливном насосе 214 непосредственного впрыска обеспечивают смазку насоса. Когда в насосе непосредственного впрыска начинается такт всасывания, давление топлива в камере сжатия можно снизить, при этом в определенной степени сохраняется возможность смазки до тех пор, пока сохраняется перепад давления. Еще один предохранительный клапан 272 можно установить параллельно обратному клапану 274. Предохранительный клапан 272 пропускает поток топлива из топливной рампы 250 НВ к выходу 208 насоса, когда давление в топливной рампе превышает заданное верхнее пороговое давление. Итак, когда в топливном насосе непосредственного впрыска происходит возвратно-поступательное движение, поток топлива между поршнем и цилиндром обеспечивает достаточную смазку и охлаждение насоса.
Топливоподкачивающий насос может временно работать в импульсном режиме, в котором его работу регулируют по результатам оценки давления на выходе топливоподкачивающего насос и на входе насоса высокого давления. В частности, если давление на входе насоса высокого давления падет ниже давления парообразования топлива, топливоподкачивающий насос может работать до тех пор, пока давление на входе не достигнет давления парообразования топлива или не превысит его. Это снижает риск всасывания топливным насосом высокого давления топливных паров (вместо топлива) и вызванных этим событий глушения двигателя.
В настоящем описании было указано, что насос 214 высокого давления на ФИГ. 2 является исключительно примером, иллюстрирующим один из возможных вариантов исполнения насоса высокого давления. Компоненты, изображенные на ФИГ. 2, можно удалять и (или) заменять, а также вводить дополнительные компоненты, не показанные на фигуре, в состав насоса 214, сохраняя его способность подавать топливо под высоким давлением в топливную рампу непосредственного впрыска и топливную рампу распределенного впрыска.
Электромагнитный регулирующий клапан 236 выполнен с возможностью направлять обратный поток топлива от насоса высокого давления на предохранительный клапан 232 или в аккумулятор 215. Например, регулирующий клапан 236 выполнен с возможностью создания и аккумулирования давления топлива в аккумуляторе 215 для последующего использования. Одной из функций аккумулятора 215 является поглощение объема топлива, образующегося при открытии предохранительного клапана 232 камеры сжатия. В аккумулятор 227 поступает топливо, когда обратный клапан 234 находится в открытом положении во время такта впуска в насосе 214. Другая функция аккумулятора 215 состоит в поглощении/приеме объема топлива, образующегося в результате изменений в области 227 переменного объема. Еще одна функция аккумулятора 215 заключается в обеспечении возможности повторно-кратковременного режима работы топливоподкачивающего насоса 212 для снижения среднего потребления энергии насосом по сравнению с энергопотреблением в непрерывном режиме работы.
Если первая топливная рампа непосредственного впрыска 250 соединена с выходом 208 ТНВД 214 (а не с входом ТНВД 214), то вторая топливная рампа 260 распределенного впрыска соединена с входом 203 ТНВД 214 (а не с выходом ТНВД 214). Несмотря на то, что в настоящем описании используются термины «вход», «выход» и аналогичные термины в отношении камеры 205 сжатия, следует понимать, что возможно наличие единственного хода в камеру 205 сжатия. Этот единственный ход может служить и входом, и выходом. В частности, вторая топливная рампа 260 соединена с входом 203 ТНВД в области, расположенной выше по потоку от электромагнитного регулирующего клапана 236 и ниже по потоку от обратного клапана 234 и предохранительного клапана 232. Кроме того, отсутствует необходимость в дополнительном насосе между топливоподкачивающим насосом 212 и топливной рампой 260 распределенного впрыска. Как подробно раскрыто ниже, раскрытая конкретная компоновка топливной системы с топливной рампой распределенного впрыска, соединенной с входом насоса высокого давления через предохранительный клапан и обратный клапан, позволяет повышать давление во второй топливной рампе с помощью насоса высокого давления до постоянного стандартного давления, превышающего стандартное давление топливоподкачивающего насоса. То есть постоянное высокое давление в топливной рампе распределенного впрыска создает поршневой насос высокого давления.
Когда в насосе 214 высокого давления не происходит возвратно-поступательное движение, например, при включении перед прокруткой двигателя, обратный клапан 244 обеспечивает возможность наполнения второй топливной рампы при 5 бар. По мере уменьшения рабочего объема камеры насоса из-за подъема поршня, топливо течет в одном из двух направлений. Если перепускной клапан 236 закрыт, топливо течет в топливную рампу 250 высокого давления через выход 208 топливного насоса высокого давления. Если перепускной клапан 236 открыт, топливо течет либо в топливную рампу 260 низкого давления, либо через предохранительный клапан 232 камеры сжатия через вход 203 топливного насоса высокого давления. Так топливный насос высокого давления работает для подачи топлива при переменном высоком давлении (например, от 15 до 200 бар) на форсунки 252 непосредственного впрыска топлива через первую топливную рампу 250 с одновременной подачей топлива под постоянным высоким давлением (например, 15 бар) на форсунки 262 распределенного впрыска топлива через вторую топливную рампу 260. Переменное давление может включать в себя минимальное давление, находящееся на уровне постоянного давления (как в системе на ФИГ. 2).
Таким образом, перепускной клапан 236 выполнен с возможностью ограничения массового расхода топлива с выхода топливного насоса высокого давления на топливную рампу 250 НВ по существу до нуля и ограничения массового расхода потока топлива с входа топливного насоса высокого давления в топливную рампу 260 РВТ. В качестве одного примера, когда одна или несколько форсунок 252 непосредственного впрыска отключены, с помощью перепускного клапана 236 можно ограничивать массовый расход потока топлива с выхода 208 ТНВД в топливную рампу 250 НВ по существу до нуля. Кроме того, массовый расход потока топлива с выхода 208 ТНВД в топливную рампу 250 НВ по существу до нуля, если форсунки 252 непосредственного впрыска находятся во включенном состоянии, когда давление в топливной рампе 250 НВ превышает минимальное пороговое давление (например, 15 бар). В обоих режимах массовый расход потока топлива с входа 203 ТНВД в топливную рампу 260 РВТ можно поддерживать на уровне, по существу превышающем нулевой. Когда расход потока топлива в одну из топливных рамп 250 или 260 ограничивают по существу до нуля, речь может идти о том, что поток топлива в указанную рампу блокирован.
В компоновке, изображенной на ФИГ. 2, постоянное давление топливной рампы распределенного впрыска является тем же, что и минимальное давление для топливной рампы непосредственного впрыска, при этом оба этих давления превышают стандартное давление топливоподкачивающего насоса. В этом случае подачу топлива от насоса высокого давления регулируют с помощью расположенного выше по потоку (электромагнитного) регулирующего клапана, а также нескольких обратных клапанов и предохранительных клапанов, соединенных с входом насоса высокого давления. Регулируя работу электромагнитного регулирующего клапана, давление топлива в первой топливной рампе повышают с постоянного давления до переменного давления, одновременно поддерживая постоянное давление во второй топливной рампе. Клапаны 244 и 242 работают совместно для поддержания топливной рампы 260 низкого давления под давлением 15 бар во время хода всасывания в насосе. Предохранительный клапан 242 просто ограничивает давление, могущее образоваться в топливной рампе 250 из-за теплового расширения топлива. Типовая уставка разгрузки давления может составлять 20 бар.
Контроллер 222 также выполнен с возможностью управлять работой топливных насосов 212 и 214 для регулирования количества, давления, расхода и т.п., подачи топлива в двигатель. В одном примере контроллер 12 выполнен с возможностью изменения уставки давления, величины хода поршня насоса, заданной продолжительности включения насоса и (или) расхода топлива через топливные насосы для подачи топлива в различные области топливной системы. Формирователь (не показан) связан электронными средствами с контроллером 222 с возможностью направления сигнала на насос низкого давления в случае необходимости изменения подачи (например, скорости) насоса низкого давления. В некоторых примерах электромагнитный клапан может быть выполнен с возможностью обеспечения подачи топливным насосом 214 высокого давления топлива только в первую топливную рампу 250, при этом в такой конфигурации топливо во вторую топливную рампу 260 может поступать при более низком давлении на выходе топливоподкачивающего насоса 212.
Контроллер 222 выполнен с возможностью управлять работой каждой из групп 252 и 262 форсунок. Например, контроллер 222 выполнен с возможностью регулировать распределение долей и (или) относительное количество топлива, подаваемого каждой форсункой, в зависимости от параметров работы, например, нагрузки двигателя, детонации и температуры отработавших газов. А именно, контроллер 222 выполнен с возможностью изменять долю топлива непосредственного впрыска, направляя соответствующие сигналы на формирователь 237 распределенного впрыска и формирователь 238 непосредственного впрыска, в свою очередь выполненные с возможностью включать форсунки 262 распределенного впрыска топлива и форсунки 252 непосредственного впрыска соответственно с помощью импульсов необходимой длительности для достижения необходимых долей впрыска топлива. Кроме того, контроллер 222 выполнен с возможностью выборочно включать и отключать одну или несколько групп форсунок в зависимости от давления топлива в каждой из рамп. Например, в зависимости от сигнала датчика 248 давления в первой топливной рампе, контроллер 222 может выборочно включать вторую группу 262 форсунок, одновременно удерживая первую группу 252 форсунок в отключенном состоянии с помощью формирователей 237 и 238 импульсов впрыска.
При некоторых условиях давление топлива ниже по потоку от топливного насоса 214 высокого давления (например, в первой топливной рампе 250) может вырасти до верхнего порогового давления, когда топливные форсунки 252 отключены. В качестве одного примера, топливные форсунки могут быть выполнены с возможностью осуществления только РВТ (например, через форсунки 262) в зависимости от параметров работы двигателя, в связи с чем топливные форсунки 252 в это время могут быть отключены. Когда осуществляют только РВТ в двигатель, рост температуры в топливной рампе может привести к росту давления в топливной рампе НВ до верхнего порогового давления, при этом обратный клапан 272 может поддерживать топливную рампу 250 НВ под верхним пороговым давлением. Однако нахождение топливной рампы НВ под верхним пороговым давление в течение длительного периода может привести к ухудшению характеристик форсунок непосредственного впрыска и (или) топливной рампы НВ. Поэтому при условиях, когда в топливной рампе НВ поддерживают верхнее пороговое давление, целесообразно снизить давление в топливной рампе НВ до нижнего порога за счет осуществления непосредственного впрыска. Однако непосредственный впрыск может быть нежелателен при условиях, предусматривающих только РВТ. В связи с этим, может возникнуть необходимость корректировки нижнего порогового давления для топливной рампы НВ в зависимости от ряда параметров работы двигателя и, тем самым, изменения количества топлива НВ в зависимости как от давления в топливной рампе НВ, так и от параметров работы двигателя.
На ФИГ. 3 раскрыт пример способа 300 для эксплуатации двигателя 10 внутреннего сгорания и топливной системы 200, изображенных на ФИГ. 1 и 2 соответственно. Способ 300 может представлять собой компьютерные команды, хранящиеся в системе управления и реализуемые контроллером, например, контроллером 12, представленным на ФИГ. 1-2. В частности, способ 300 может представлять собой команды для управления форсунками распределенного впрыска и форсунками непосредственного впрыска при условиях, когда давление в топливной рампе НВ достигло верхнего порогового давления. Команды для реализации способа 300 и остальных способов, раскрытых в настоящем описании, может выполнять контроллер в соответствии с командами, хранящимися в памяти контроллера, и во взаимосвязи с сигналами от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примерах ФИГ. 1-2. Контроллер может задействовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулирования работы системы двигателя согласно раскрытым ниже способам.
На шаге 302 выполнения способа 300 можно начать с измерения и (или) оценки параметров работы двигателя ПРД (EOCs) (и транспортного средства). Оценка и (или) измерение параметров работы транспортного средства и двигателя может включать в себя, например, оценку и (или) измерение температуры двигателя, параметров окружающей среды (температуры, давления, влажности окружающей среды и т.п.), потребности в крутящем моменте, давления в коллекторе, расхода подачи воздуха в коллектор, температуры отработавших газов, загрязненности фильтра твердых частиц, загрязненности канистры, состояния каталитического нейтрализатора отработавших газов, температуры масла, давления масла, времени прогрева, положения топливопровода в топливной системе и т.п. Оценка и (или) измерение параметров работы транспортного средства и двигателя может включать в себя получение сигналов от множества датчиков, например, датчиков на ФИГ. 1-2, и соответствующую обработку этих сигналов в контроллере двигателя (например, контроллере 12 на ФИП).
На шаге 304 способ 300 может включать в себя выбор профиля впрыска топлива в зависимости от результатов определения параметров работы двигателя на шаге 302. Например, профиль впрыска топлива может включать в себя данные касательно количества подаваемого топлива, момента впрыска топлива, количества впрысков для того или иного события сгорания в цилиндре, а также соотношение долей топлива распределенного и непосредственного впрыска. Например, профиль впрыска топлива может включать в себя команды для подачи топлива в двигатель как с первым соотношением долей впрыска, так и со вторым соотношением долей впрыска, о которых шла речь в описании ФИГ. 1. Следует понимать, что в некоторых примерах, если профиль впрыска предусматривает только распределенный впрыск топлива (РВТ), форсунки непосредственного впрыска топливной системы можно отключить, при этом форсунки распределенного впрыска остаются во включенном состоянии. Схожим образом, если профиль впрыска содержит команды для подачи топлива только непосредственным впрыском (НВ), форсунки распределенного впрыска топливной системы можно отключить, при этом форсунки непосредственного впрыска остаются во включенном состоянии.
Затем, на шаге 308, можно определить, предусматривает ли профиль впрыска топлива, выбранный на шаге 304, расход потока (или массу) топлива НВ, превышающий 0. То есть можно определить, предусматривает ли профиль впрыска топлива подачу как минимум некоторого количества топлива непосредственным впрыском. Если будет установлено, что расход потока топлива НВ больше нуля, алгоритм 300 следует на шаг 322, на котором осуществляют как распределенный, так и непосредственный впрыск топлива согласно профилю впрыска, выбранному на шаге 304. После шага 322 выполнение алгоритма 300 завершают.
В противном случае, если будет установлено, что расход потока топлива НВ равен нулю, алгоритм 300 следует на шаг 310, на котором топливо подают в двигатель только путем РВТ согласно выбранному профилю впрыска топлива. Иначе говоря, шаг 310 включает в себя эксплуатацию цилиндра двигателя с подачей топлива только первой форсункой (например, распределенного впрыска). Когда топливо подают в двигатель только распределенным впрыском, форсунки непосредственного впрыска могу находиться в отключенном состоянии. В связи с этим может возникнуть застой топлива в топливной рампе непосредственного впрыска высокого давления. Поэтому возможны колебания (например, рост) давления топлива в топливной рампе НВ.
г
На шаге 312 способ 300 может включать в себя считывание показаний давления в топливной рампе непосредственного впрыска. В примере на ФИГ. 2 контроллер 222 выполнен с возможностью оценки давления топлива в топливной рампе 250 по сигналу, полученному от датчика 248 давления. В настоящем описании давление топлива в топливной рампе непосредственного впрыска будет обозначаться как Р.
г
г
г
г
Далее, на шаге 314, Р можно сравнить с верхним пороговым давлением. А именно, алгоритм 300 определяет, превышает ли Р верхнее пороговое давление или равняется ли ему. Следует понимать, что определение того, превышает ли Р верхнее пороговое давление или равняется ли ему, может включать в себя определение того, оставалось ли Р на уровне, равном верхнему пороговому давлению или превышающем его, как минимум в течение порогового периода. Верхнее пороговое давление может представлять собой давление, при превышении которого может произойти ухудшение характеристик топливного насоса высокого давления и (или) форсунок непосредственного впрыска топлива. В качестве одного примера, для топливной системы 200 верхнее пороговое давление может представлять собой пороговое давление, при котором обратный клапан 272 пропускает поток топлива из топливного канала 278 в область выше по потоку от ТНВД 214. В другом примере в основе верхнего порогового давления может лежать регулируемый параметр топливной форсунки, например, пороговое давление, при превышении которого, как было установлено, надежность задания массы впрыскиваемого топлива снижается (например, известное пороговое значение, полученное эмпирически при выполнении алгоритма настройки впрыска). В качестве еще одного примера в основе верхнего порогового давления могут лежать податливость топлива и коэффициент теплового расширения топливной рампы. В еще одном примере в основе верхнего порогового давления может лежать минимальная длительность импульса впрыска, могущая соответствовать минимально необходимой массе впрыскиваемого топлива при верхнем пороговом давлении.
г
г
Если на шаге 314 будет установлено, что Р ниже верхнего порогового давления, снижать давление в топливной рампе непосредственного впрыска нецелесообразно (например, для того, чтобы продолжить пользоваться преимуществами подачи топлива только РВТ согласно профилю впрыска топлива), и алгоритм 300 переходит непосредственно на шаг 326 для продолжения подачи топлива только с помощью системы распределенного впрыска и удержания форсунок непосредственного впрыска в выборочно отключенном состоянии. Если на шаге 314 будет установлено, что Р превышает верхнее пороговое давление или равняется ему, алгоритм 300 следует на шаг 316 для определения нижнего порогового давления, до которого можно снизить давление в топливной рампе непосредственного впрыска, как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 4. Как раскрыто в описании ФИГ. 4, нижний порог можно изменять, например, в режиме реального времени, в зависимости от эксплуатационных ограничений для двигателя, например, ограничений по твердым частицам, событиям аномального сгорания, РОГ и т.п.
Определив нижнее пороговое давление на шаге 316, алгоритм 300 может в некоторых примерах перейти на шаг 317. В других примерах алгоритм 300 может перейти непосредственно на шаг 318. На шаге 317 алгоритм 300 может включать в себя необязательный шаг, на котором регулируют параметр потока хладагента в случае роста давления в топливной рампе. Параметр потока хладагента может представлять собой один или несколько из следующих: расход хладагента, температуру хладагента, источник хладагента и т.п. Изменив параметр потока хладагента, способ 300 может перейти на шаг 318 для включения форсунки непосредственного впрыска.
На шаге 318 можно включить форсунку непосредственного впрыска в цилиндр для подачи в цилиндр топлива непосредственным впрыском. Иначе говоря, в случае роста давления в топливной рампе непосредственного впрыска (например, выше верхнего порога), на шаге 314 алгоритм 300 может на некоторое время включить вторую форсунку (например, непосредственного впрыска) для подачи топлива в цилиндр на шаге 318. Следует понимать, что включение указанной форсунки непосредственного впрыска предусматривает продолжение подачи как минимум некоторого количества топлива в двигатель путем РВТ. Кроме того, включение указанной форсунки непосредственного впрыска может предусматривать корректировку подачи топлива форсункой распределенного впрыска в связи с подачей топлива форсункой непосредственного впрыска. Соотношение масс топлива непосредственного и распределенного впрыска для каждого события сгорания в цилиндре можно определять в зависимости от одного или нескольких из следующих параметров: нижнего порогового давления в топливной рампе, частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, температуры двигателя, температуры отработавших газов, содержания сажи, момента зажигания, фаз газораспределения клапанов и т.п. Также следует понимать, что впрыск топлива заданной массы может происходить в течение нескольких событий впрыска для поддержания необходимого воздушно-топливного отношения и т.п. Кроме того, включение указанной форсунки непосредственного впрыска на шаге 318 может предусматривать отсутствие подачи топлива в топливную рампу непосредственного впрыска топливным насосом высокого давления. Так можно избежать повышения давления в топливной рампе НВ топливным насосом высокого давления, одновременно снижая давление топлива НВ путем осуществления непосредственного впрыска.
В изображенном примере, как будет раскрыто ниже в описании шагов 318, 320, 322, 323 и 324, включение форсунок непосредственного впрыска включает в себя подачу некоторого количества топлива через форсунки непосредственного впрыска, контроль давления в топливной рампе и продолжение непосредственного впрыска до тех пор, пока давление в топливной рампе не сравняется с нижним пороговым давлением. Однако следует понимать, что в других примерах включение форсунки непосредственного впрыска может не предусматривать контроль давления в топливной рампе. Например, включение указанной форсунки непосредственного впрыска может включать в себя выполнение одной или нескольких команд непосредственного впрыска без обратной связи в зависимости от нижнего порогового давления, частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя и заданных значений общей массы впрыскиваемого топлива (например, количества, которое должно быть подано как путем РВТ, так и НВ). Иначе говоря, включение указанной форсунки непосредственного впрыска может предусматривать включение указанной форсунки непосредственного впрыска на заданное количество времени или управление форсункой непосредственного впрыска для подачи через нее заданного количества топлива.
В еще одном примере можно включить форсунки непосредственного впрыска и контролировать параметр, связанный с другим режимом работы двигателя (например, содержание сажи). В этом примере, если такой параметр работы двигателя превысит установленное пороговое значение до того, как будет достигнуто нижнее пороговое давление в топливной рампе, непосредственный впрыск можно отключить. Так можно поддерживать необходимые эксплуатационные показатели двигателя, одновременно снижая величину давления в топливной рампе НВ. Кроме того, в рассматриваемом примере можно внести изменения в многомерную регулировочную характеристику двигателя, например, в ту, пример которой приведен на ФИГ. 4, с учетом отключения форсунок непосредственного впрыска. А именно, значение нижнего порогового давления в топливной рампе, относящееся к установленному пороговому значению параметра работы двигателя, можно повысить, если параметр работы двигателя превышает пороговое значение до достижения нижнего порогового давления. Так можно уменьшить погрешности при последующем определении нижних пороговых давлений в топливной рампе НВ.
г
г
г
На шаге 320 способ 300 может предусматривать измерение Р. Измерив Р, алгоритм 300 следует на шаг 322 для проверки того, находится ли Р ниже нижнего порогового давления, определенного на шаге 316.
г
г
Если на шаге 322 будет установлено, что Р превышает значение нижнего порога, способ 300 следует на шаг 323, на котором форсунку непосредственного впрыска оставляют во включенном состоянии. В качестве одного примера, оставление форсунки непосредственного впрыска во включенном состоянии может предусматривать оставление форсунки непосредственного впрыска в открытом положении (например, продолжение текущего события впрыска). В другом примере оставление форсунки непосредственного впрыска во включенном состоянии может предусматривать подачу топлива через форсунку непосредственного впрыска в течение одного или нескольких дополнительных событий сгорания. После шага 323 алгоритм 300 возвращается на шаг 320 для нового измерения Р.
г
Если будет установлено, что Р ниже нижнего порогового значения, алгоритм 300 следует на шаг 324, на котором форсунки непосредственного впрыска можно отключить. Иначе говоря, алгоритм 300 предусматривает отключение указанной форсунки непосредственного впрыска в случае падения давления топлива в топливной рампе НВ ниже нижнего порога (например, определенного на шаге 316), при этом нижний порог регулируют в зависимости от одного или нескольких параметров работы двигателя (например, с помощью алгоритма 400). Дополнительно, как и при включении указанной форсунки непосредственного впрыска на шаге 318, отключение указанной форсунки непосредственного впрыска на шаге 324 может предусматривать отсутствие подачи топлива до тех пор, пока не будет применен профиль впрыска, предусматривающий подачу как минимум некоторого количества топлива непосредственным впрыском, или пока давление в топливной рампе НВ вновь не достигнет верхнего порогового давления.
На шаге 326 способ 300 может предусматривать продолжение подачи топлива с помощью топливной системы распределенного впрыска. В некоторых примерах шаг 326 может включать в себя выбор нового профиля впрыска в зависимости от параметров работы двигателя, аналогично выбору на шаге 304. Следует понимать, что непосредственный впрыск можно включать позже, когда на его необходимость будут указывать параметры работы двигателя (например, когда возникнет необходимость охлаждения отработавших газов). Как раскрыто выше в описании шага 312, топливную систему распределенного впрыска можно использовать от начала до конца периода выполнения способа 300 для продолжения сжигания топлива в периоды, когда топливную систему непосредственного впрыска не используют. После шага 326 выполнение алгоритма 300 завершают.
Способ 300 или другие эквивалентные способы можно выполнять отдельно или в качестве подпрограммы другого способа управления двигателем. Способ 300 можно выполнять неоднократно в ходе эксплуатации транспортного средства или при выявлении определенных условий работы.
Один пример способа для изменения значения нижнего порогового давления в топливной рампе представлен в виде алгоритма 400 на ФИГ. 4. В одном примере определение нижнего порогового давления в топливной рампе может включать в себя определение количества топлива, которое должно быть подано в двигатель непосредственным впрыском при условиях, для которых запрошен/задан только распределенный впрыск. Таким образом, определение нижнего порогового давления в топливной рампе может включать в себя определение максимального количества топлива, которое можно подать непосредственным впрыском, сохраняя показатели работы двигателя в необходимом диапазоне. В некоторых примерах определение нижнего порогового давления в топливной рампе может включать в себя определение количеств топлива для непосредственного впрыска в течение нескольких событий сгорания и, следовательно, может включать в себя определение профиля для осуществления впрыска топлива до тех пор, пока давление в топливной рампе НВ не достигнет нижнего порогового давления. Следует понимать, что распределенный впрыск топлива можно продолжать в течение всего периода подачи застойного топлива из топливной рампы непосредственного впрыска путем непосредственного впрыска.
В другом примере определение нижнего давления в топливной рампе может включать в себя определение минимальной необходимой массы топлива непосредственного впрыска. Например, если контроллер транспортного средства установит, что при возобновлении непосредственного впрыска может возникнуть необходимость впрыска больших масс топлива непосредственного впрыска (например, в зависимости от режима частоты вращения - нагрузки двигателя), нижнее давление в топливной рампе можно повысить для обеспечения возможности впрыска топлива необходимой массы. В другом примере, если контроллер транспортного средства прогнозирует, что при возобновлении непосредственного впрыска возникнет необходимость подачи относительно небольших масс топлива непосредственного впрыска, можно задать более низкое значение нижнего давления в топливной рампе для подачи топлива минимальной массы, соответствующей минимальной длительности импульса впрыска.
Обратимся к ФИГ. 4: выполнение алгоритма 400 начинают на шаге 402, на котором можно извлечь из памяти (например, из ПЗУ 106 контроллера 12 на ФИГ. 1) значения параметров и статистику работы двигателя и (или) измерить их. В качестве одного примера, на шаге 402 контроллер двигателя может извлечь из памяти текущий режим частоты вращения - нагрузки двигателя, статистику преждевременного воспламенения (например, количество преждевременных воспламенений в двигателе), статистику детонации (например, количество событий детонации в двигателе), параметры РОГ, текущее содержание твердых частиц, текущие значения температуры отработавших газов (например, от одного или нескольких датчиков 126 и 144 отработавших газов на ФИГ. 1), данные о состоянии каталитического нейтрализатора отработавших газов и статистику ранее применявшихся значений нижнего порогового давления в топливной рампе. Дополнительно, если в памяти отсутствует текущее значение одного или нескольких из вышеупомянутых параметров, их можно измерить на шаге 402.
На шаге 404 начальное нижнее пороговое давление в топливной рампе можно определить в зависимости от карты частоты вращения - нагрузки двигателя. Например, значения частоты вращения и нагрузки двигателя по результатам оценки на шаге 402 можно использовать совместно с картой частоты вращения - нагрузки, хранящейся в памяти контроллера и могущей содержать координату в пространстве «частота вращения - нагрузка», соответствующую необходимому количеству топлива непосредственного впрыска. В качестве одного примера, нижний порог увеличивается с ростом частоты вращения двигателя и уменьшается с падением частоты вращения двигателя. Кроме того, нижний порог может увеличиваться с ростом нагрузки двигателя и уменьшаться с падением нагрузки двигателя. Можно установить зависимость необходимого количества топлива непосредственного впрыска от разности текущего давления в топливной рампе (при верхнем пороговом давлении) и необходимым нижним пороговым давлением. Таким образом, определяя нижнее пороговое давление в топливной рампе по режиму частоты вращения - нагрузки двигателя, можно уменьшить интенсивность ухудшение характеристик топливных форсунок из-за высокого давления, одновременно ограничив количество топлива непосредственного впрыска в тех ситуациях, когда предпочтителен распределенный впрыск топлива. Кроме того, нижний порог можно задать на уровне выше давления, при котором необходимо возобновление работы насоса высокого давления.
В некоторых примерах определение нижнего порогового давления на шаге 404 может включать в себя изменение предыдущего заданного значения нижнего порога (например, значения нижнего порога, найденного в памяти на шаге 402 и определенного во время предыдущего выполнения алгоритма 400) на значение, определенного с помощью карты частоты вращения - нагрузки во время текущего выполнения алгоритма 400. Например, нижнее пороговое давление, определенное на шаге 404, может быть введено в предыдущее значение нижнего порога методом регрессии. Так можно обеспечить большее постоянство значений нижнего порога во времени.
Далее, на шаге 406, осуществляют поиск статистики преждевременного воспламенения в двигателе, представляющей собой, например, количество преждевременных воспламенений в двигателе, отражающее число событий преждевременного воспламенения, произошедших в двигателе за ездовой цикл. Если количество преждевременных воспламенений в двигателе выше порогового, можно констатировать, что двигатель (или отдельные его цилиндры) предрасположен к преждевременному воспламенению. В связи с этим, может быть целесообразно увеличить количество топлива непосредственного впрыска для снижения вероятности событий преждевременного воспламенения в будущем. Если будет установлено, что количество преждевременных воспламенений в двигателе выше порогового, алгоритм 400 следует на шаг 408. В противном случае, алгоритм 400 следует на шаг 410.
На шаге 408 нижнее пороговое давление в топливной рампе можно изменить в зависимости от количества преждевременных воспламенений в двигателе. В качестве одного примера, нижнее пороговое давление в топливной рампе можно повысить, если количество преждевременных воспламенений в двигателе больше порогового (например, одного). Например, увеличивают количество топлива, непосредственно впрыскиваемого при достижении верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска. В другом примере нижнее давление в топливной рампе можно понизить, если количество преждевременных воспламенений в двигателе больше порогового (например, одного). Например, уменьшают количество топлива, непосредственно впрыскиваемого при достижении верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска. Так можно снизить интенсивность ухудшения характеристик топливных форсунок, одновременно снизив вероятность события преждевременного воспламенения. После шага 408 алгоритм 400 следует на шаг 410.
На шаге 410 осуществляют поиск статистики детонации и проверяют, превышает ли количество событий детонации в двигателе пороговое. Например, можно определить, содержит ли статистика работы двигателя события детонации при текущем режиме частоты вращения - нагрузки. Дополнительно можно прогнозировать возникновение детонации после впрыска топлива в камеру сгорания на основании текущих параметров работы двигателя. Например, при условиях с возможностью повышения температуры отработавших газов, может возникнуть предрасположенность двигателя (или его цилиндра) к детонации. Если пороговое количество событий детонации пройдено, и количество событий детонации в двигателе выше порогового, целесообразно увеличить количество топлива непосредственного впрыска для снижения вероятности дальнейших событий детонации в двигателе. Если будет установлено, что количество событий детонации в двигателе выше порогового, алгоритм 400 следует на шаг 412. В противном случае, алгоритм 400 следует на шаг 414.
На шаге 412 нижнее пороговое давление в топливной рампе можно повысить, если двигатель работает при режиме частоты вращения - нагрузки, делающем его предрасположенным к детонации. Следовательно, количество топлива, непосредственно впрыскиваемого при достижении верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска, уменьшают. Так можно снизить интенсивность ухудшения характеристик топливных форсунок, одновременно поддерживая относительно большое количество топлива в топливной рампе НВ для впрыска при возникновении событий детонации в будущем. Таким образом, повысив нижнее пороговое давление в топливной рампе, если двигатель работает при режиме частоты вращения - нагрузки, делающем его предрасположенным к детонации, можно улучшить эксплуатационные показатели двигателя. После шага 412 алгоритм 400 следует на шаг 414.
На шаге 414 можно проверить наличие каких-либо ограничений для РОГ. Например, проверяют, нужно ли изменить нижний порог в зависимости от ограничений для РОГ. Например, при условиях с низкой частотой вращения и средними нагрузками, возможны ограничения по охлаждению газов РОГ. Например, возможно более позднее достижение необходимого количества охлажденных газов РОГ. В этом случае, ограничение по охлаждению газов РОГ можно устранить, скорректировав нижнее пороговое давление в топливной рампе. Если нужно скорректировать нижнее пороговое давление в топливной рампе в соответствии с параметрами РОГ, алгоритм 400 может перейти на шаг 416. В противном случае, алгоритм 400 следует на шаг 418.
На шаге 416 значение нижнего порогового давления в топливной рампе можно снизить в связи с каким-либо ограничением для РОГ. В результате, количество топлива, непосредственно впрыскиваемого при достижении верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска, можно увеличить. В другом примере значение нижнего порогового давления в топливной рампе можно повысить в связи с каким-либо ограничением для РОГ. В результате, количество топлива, непосредственно впрыскиваемого при достижении верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска, можно уменьшить. Так можно снизить интенсивность ухудшения характеристик топливных форсунок, одновременно усилив охлаждение отработавших газов рециркуляции, улучшив, тем самым, эксплуатационные показатели двигателя. Или же на шаге 416, в связи с ограничением по охлаждению РОГ, количество событий сгорания, для которых включают форсунки непосредственного впрыска, можно увеличить или уменьшить, не меняя нижнее пороговое давление. Так можно обеспечить РОГ в течение необходимого количества событий сгорания. После шага 416 алгоритм 400 следует на шаг 418.
Далее, на шаге 418, проверяют, превышает ли загрязненность фильтра твердых частиц (ТЧ) отработавших газов (например, устройства 72 снижения токсичности отработавших газов на ФИГ. 1) пороговую. Следует понимать, что в настоящем описании загрязненность фильтра ТЧ также может обозначаться термином «содержание сажи». В качестве одного примера, подача топлива в двигатель непосредственным впрыском может привести к увеличению количества несгоревшего топлива, в частности, при условиях с высокой частотой вращения и (или) высокой нагрузкой двигателя, в связи с чем увеличиваются выбросы сажи.
Если содержание сажи в фильтре ТЧ не ниже порогового, фильтр не может в достаточной степени улавливать увеличенные выбросы сажи, в связи с чем они могут попадать в атмосферу. Поэтому в условиях превышения порогового содержания осуществление непосредственного впрыска для снижения давления в топливной рампе НВ может быть менее желательно. Если содержание сажи превышает пороговое, алгоритм 400 может перейти на шаг 420 для изменения нижнего порогового давления в зависимости от содержания сажи. В противном случае, алгоритм 400 может перейти на шаг 422.
На шаге 420 нижнее пороговое давление в топливной рампе можно изменять в зависимости от содержания сажи в фильтре ТЧ. Например, нижнее пороговое давление в топливной рампе можно повысить, если содержание сажи выше порогового. Следовательно, количество топлива, непосредственно впрыскиваемого при достижении верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска, уменьшают. В другом примере, при условиях с высокой частотой вращения и (или) высокой нагрузкой двигателя нижнее пороговое давление в топливной рампе можно изменять в зависимости от содержания сажи, даже если оно не выше порогового. В этом примере по мере роста содержания сажи можно повышать нижнее пороговое давление, уменьшая, тем самым, подачу топлива непосредственным впрыском в условиях повышенного содержания сажи. Следует понимать, что уменьшение подачи топлива непосредственным впрыском может предусматривать уменьшение общего количества топлива, подаваемого из соответствующей топливной рампы, с первого количества до второго количества или впрыск топлива в первом количестве в течение большего числа событий сгорания для уменьшения количества топлива, впрыскиваемого во время каждого события сгорания. Так можно снизить интенсивность ухудшения характеристик топливных форсунок, одновременно снизив выбросы сажи. После шага 420 алгоритм 400 следует на шаг 422.
На шаге 422 температуру отработавших газов сравнивают с пороговой температурой отработавших газов. А именно, при условиях с высокой частотой вращения и нагрузкой может иметь место повышенная температура отработавших газов. В одном примере температуру отработавших газов (например, измеренную датчиком температуры отработавших газов) можно сравнить с первой пороговой температурой отработавших газов. Первая пороговая температура отработавших газов может представлять собой верхний порог, при превышении которого могут ухудшиться эксплуатационные характеристики катализатора (например, катализатора в составе ТКН 71 на ФИГ. 1). Поэтому первая пороговая температура отработавших газов может зависеть от типа и конфигурации каталитического нейтрализатора. В другом примере, температуру отработавших газов в контуре РОГ ВД (например, измеренную датчиком 144 РОГ) можно сравнить со второй пороговой температурой отработавших газов. Вторая пороговая температура отработавших газов может представлять собой верхний порог, при превышении которого может произойти ухудшение рабочих характеристик турбины (например, турбины 164 на ФИГ. 1). Если одно или несколько значений температуры отработавших газов превышают какую-либо пороговую температуру отработавших газов, алгоритм 400 следует на шаг 424. В противном случае, алгоритм 400 следует на шаг 425.
На шаге 424 нижний порог можно изменить в зависимости от одного или нескольких значений температуры отработавших газов, речь о которых шла в описании шага 422. Например, нижнее пороговое давление в топливной рампе можно понизить, если температура отработавших газов превышает соответствующую пороговую температуру. Иначе говоря, количество топлива, непосредственно впрыскиваемого при достижении верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска, увеличивают. Таким образом, для ограничения сильного роста температур отработавших газов нижнее пороговое давление в топливной рампе можно изменить в сторону понижения (например, количество топлива непосредственного впрыска, соответствующего нижнему пороговому давлению, можно увеличить). Если двигатель работает с наддувом, снижение температур отработавших газов также может способствовать снижению температуры на входе турбины и, тем самым, предотвращению преждевременного износа турбокомпрессора. Увеличение подачи топлива непосредственным впрыском может привести к временному снижению топливной экономичности, однако с этим можно смириться, учитывая ограничения по давлению в топливной рампе НВ и температуре отработавших газов. В другом примере рост температуры отработавших газов можно ограничивать путем изменения (например, в сторону запаздывания) момента непосредственного впрыска для подачи несгоревшего топлива в выпускные каналы. После шага 424 алгоритм 400 следует на шаг 425.
В некоторых примерах измененное нижнее пороговое давление, определенное на шагах 422 и (или) 424, можно необязательно корректировать в зависимости от характеристик топливной системы. В качестве одного примера, для нижнего порогового давления можно установить нижнюю границу, в основе которой лежит давление, при котором обязательно возобновляют работу насоса высокого давления (например, он должен подавать больше топлива под давлением в топливную рампу непосредственного впрыска) до включения форсунок непосредственного впрыска. Иначе говоря, нижняя граница может представлять собой давление, ниже которого обязательно включают топливный насос высокого давления для любых последующих операций непосредственного впрыска. Для топливной системы 200 на ФИГ. 2, помимо характеристик форсунок 252 непосредственного впрыска, в основе этой нижней границы может лежать давление на выходе топливного насоса 214 высокого давления. Иначе говоря, нижняя граница может представлять собой самое низкое давление в топливной рампе, при котором в двигатель можно подавать прогнозируемые количества топлива непосредственным впрыском.
После шагов 422 или 424, если нижнее порогового давления в топливной рампе ниже такой нижней границы, пороговое давление можно привести к нижней границе на шаге 425. В другом примере, пороговое давление можно изменить таким образом, чтобы оно превышало указанную нижнюю границу как минимум на заданную величину. Установив пороговое давление на уровне, превышающем нижнюю границу как минимум на заданную величину, можно избежать возобновления работы топливного насоса высокого давления в случае ошибки подачи топлива во время снижения давления топлива в топливной рампе НВ. В качестве одного примера, заданная величина может представлять собой погрешность сигнала впрыска для каждой конкретной форсунки непосредственного впрыска. После шага 425 алгоритм 400 следует на шаг 426.
На шаге 426 измененное нижнее пороговое давление в топливной рампе можно применять в качестве нижнего порогового давления в топливной рампе в алгоритме управления форсунками более высокого порядка (например, алгоритме 300 на ФИГ. 3). Следует понимать, что применение нижнего порогового давления может также включать в себя сохранение измененного нижнего порога в памяти контроллера для последующей настройки. Например, во время последующего выполнения алгоритма 400 измененное значение нижнего порога можно извлечь из памяти на шаге 402 и использовать для определения следующего нижнего порогового давления на шаге 404. После шага 426 алгоритм 400 может вернуться в алгоритм управления форсунками более высокого порядка, или его выполнение можно завершить.
На ФИГ. 5 графически представлена хронологическая последовательность 500 для управления двигателем и форсункой непосредственного впрыска топлива (например, одной из форсунок 252 непосредственного впрыска на ФИГ. 2) в зависимости от давления в топливной рампе непосредственного впрыска. В качестве одного примера, управление двигателем в хронологической последовательности 500 отражает управление двигателем 10 на ФИГ. 1 с топливной системой 200 на ФИГ. 2 в соответствии с алгоритмами 300 и 400, раскрытыми на ФИГ. 3 и 4 соответственно. В хронологической последовательности 500 графически представлен расход потока топлива через форсунку непосредственного впрыска в виде линии 512 на графике 510. Линия 512 отражает два условия работы: расход потока топлива больше 0 (например, по существу больше нуля) и расход потока топлива, равный 0 (например, по существу равный нулю). Следует понимать, что в течение всего периода настройки форсунки непосредственного впрыска топливо в двигатель подают распределенным впрыском.
В хронологической последовательности 500 также графически представлено давление в топливной рампе НВ в виде линии 522 на графике 520. Ось Y представляет давление в топливной рампе непосредственного впрыска (например, давление в топливной рампе 250 НВ, измеренное датчиком 248 давления на ФИГ. 2), растущее в направлении стрелки оси Y. Верхний порог давления в топливной рампе представлен линией 521, а нижний порог давления в топливной рампе представлен линией 523. Например, порог 521 может представлять собой верхний порог, о котором идет речь выше в описании шага 308 на ФИГ. 3. Порог 523 может представлять собой нижний порог, о котором идет речь выше в описании шага 316 на ФИГ. 3. В частности, колебание порога 523 во времени может быть результатом изменения, раскрытого в описании алгоритма 400 на ФИГ. 4.
В хронологической последовательности 500 также графически представлено содержание сажи в виде линии 530. Ось Y представляет величину содержания сажи (например, определенную по сигналу содержание сажи (ТЧ) и измеренную датчиком 198 содержания сажи на ФИГ. 1), растущую в направлении стрелки оси Y. Верхний порог для содержания сажи представлен линией 531. Содержание сажи может служить примером параметра работы двигателя, используемого для изменения нижнего порога 523, как раскрыто в описании шагов 418 и 420 на ФИГ. 4.
В хронологической последовательности 500 также графически представлена частота вращения двигателя в виде линии 542 на графике 540. Ось Y представляет, например, частоту вращения коленчатого вала (например, измеренную датчиком 120 на эффекте Холла на ФИГ. 1), растущую в направлении стрелки оси Y. Например, частота вращения двигателя, наряду с нагрузкой двигателя (не показана), может служить примером параметра работы двигателя, используемого для определения начального значения для нижнего порога 523, как раскрыто в описании шага 404 на ФИГ. 4.
Вертикальные указатели t0-t12 представляют рассматриваемые моменты рабочей последовательности. В качестве одного примера, форсунку непосредственного впрыска периодически включают. А именно, форсунка непосредственного впрыска включена и (или) впрыскивает топливо в интервалах, охватывающих периоды t0-t1, t2-t3, t5-t6, t7-t8, t10-t11, и далее с t12, при этом форсунка непосредственного впрыска находится в отключенном состоянии в интервалах, охватывающих периоды t1-t2, t3-t5, t6-t7, t8-t10 и t11-t12. To есть в интервалах, охватывающих периоды t1-t2, t3-t5, t6-t7, t8-t10 и t11-t12, цилиндр двигателя может работать только на топливе распределенного впрыска. Следует понимать, что до момента t1 и после момента t12 подачу топлива в двигатель можно осуществлять как распределенным, так и непосредственным впрыском в зависимости от параметров работы двигателя или только непосредственным впрыском в зависимости от параметров работы двигателя.
В момент t0 расход потока топлива НВ не превышает 0. Между моментами t0 и t1 расход потока топлива НВ колеблется на уровне то выше 0, то равном 0. В периоды, когда расход потока топлива НВ не превышает ноль, давление в топливной рампе НВ может возрасти. При условиях с расходом потока топлива НВ больше нуля, давление в топливной рампе НВ может упасть. Кроме того, между моментами t0 и t1 нижнее пороговое давление 523 может превышать давление, при котором топливный насос высокого давления обязательно включают до того, как можно будет осуществлять последующий непосредственный впрыск.
В момент t1 непосредственный впрыск топлива прекращают. Например, как раскрыто в описании шага 304 на ФИГ. 3, может быть выбран профиль впрыска топлива, предусматривающий только РВТ. Поэтому в момент t1 форсунку непосредственного впрыска отключают, а форсунку распределенного впрыска оставляют включенной (не показано).
С момента t1 до момента t2 расход потока топлива НВ равен 0. Иначе говоря, систему непосредственного впрыска не используют (например, отключают), а двигатель продолжает работать с подачей топлива системой распределенного впрыска топлива. Кроме того, в топливной рампе НВ может возникнуть застой топлива, в связи с чем растет давление 522 в топливной рампе НВ. В качестве одного примера, из-за жесткой конструкции топливной рампы, давление в топливной рампе НВ может расти вместе с ростом температуры в топливной рампе (не показано). Иначе говоря, давление в топливной рампе НВ может расти при условиях с массовым расходом топлива через форсунку непосредственного впрыска, по существу равным нулю.
В момент t2 давление 522 в топливной рампе достигает верхнего порога 521. Когда температура в топливной рампе НВ превышает верхний порог 521, расход потока топлива НВ задают на уровне выше 0. Иначе говоря, непосредственный впрыск инициируют в ответ на превышение верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска. Поэтому в момент t2 форсунки непосредственного впрыска на некоторое время включают в ответ на рост давления в топливной рампе, соединенной с форсункой непосредственного впрыска. Кроме того, в момент t2 нижний порог 523 повышают в соответствии с режимом частоты вращения - нагрузки двигателя. Например, значение можно выбрать исходя из того, что имеет место режим с низкой частотой вращения и средней нагрузкой.
Между моментами t2 и t3 топливо в цилиндр сгорания подают непосредственным впрыском. В качестве одного примера, в период между моментами t2 и t3 происходит единственный непосредственный впрыск в рамках одного события сгорания в цилиндре. В качестве одного примера, единственный непосредственный впрыск может иметь место во время такта впуска события сгорания. В другом примере единственный непосредственный впрыск может иметь место во время такта сжатия события сгорания. Соответственно, давление 522 топлива падает в связи с событием непосредственного впрыска.
В момент t3 давление 522 топлива падает до нижнего порога 523. В связи с падением давления топлива до нижнего порога 523 или ниже его, форсунку непосредственного впрыска отключают. Иначе говоря, расход потока топлива через форсунку непосредственного впрыска уменьшают. Таким образом, период кратковременного включения форсунки непосредственного впрыска в момент t2 завершают путем отключения форсунки непосредственного впрыска в момент t3. Следует понимать, что расход потоков топлива через форсунку распределенного впрыска и из топливного насоса (например, с входа топливного насоса высокого давления) в топливную рампу, соединенную с форсункой распределенного впрыска, может оставаться по существу выше нуля в момент t3.
С момента t3 до момента t5 расход потока топлива НВ равен 0. Поэтому в топливной рампе НВ может возникнуть застой топлива, в связи с чем растет давление 522 в топливной рампе НВ. В качестве одного примера, из-за жесткой конструкции топливной рампы, давление в топливной рампе НВ может расти вместе с ростом температуры в топливной рампе (не показано).
В момент t4 происходит событие преждевременного воспламенения. Контроллер двигателя может зафиксировать данное событие с помощью функции обнаружения преждевременного воспламенения и запомнить факт его возникновения в статистике преждевременного воспламенения в двигателе.
В момент t5 давление 522 топлива вновь достигает верхнего порога 521. Когда температура в топливной рампе НВ превышает верхний порог 521, расход потока топлива НВ задают на уровне выше 0. Иначе говоря, непосредственный впрыск инициируют в ответ на превышение верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска. Поэтому в момент t5 форсунки непосредственного впрыска на некоторое время включают в ответ на рост давления в топливной рампе, соединенной с форсункой непосредственного впрыска. Кроме того, в момент t5 нижний порог 523 изменяют в зависимости от параметров работы двигателя. А именно, на основании статистики преждевременного воспламенения в текущем диапазоне частоты вращения - нагрузки двигателя (например, события преждевременного воспламенения в t4), нижний порог понижают для увеличения подачи топлива непосредственным впрыском. Следует понимать, что понижение нижнего порога может представлять собой изменение относительно начального нижнего порога, определенного с помощью режима частоты вращения - нагрузки двигателя, как было раскрыто в описании алгоритма 400 на ФИГ. 4.
Между моментами t5 и t6 топливо в цилиндр сгорания подают непосредственным впрыском. В качестве одного примера, в период между моментами t5 и t6 происходят несколько непосредственных впрысков во время тактов впуска и сжатия. В качестве одного примера, подача топлива включает в себя непосредственный впрыск во время такта сжатия и непосредственный впрыск во время такта впуска во время одного и того же события сгорания. В другом примере подача топлива включает в себя непосредственный впрыск во время такта сжатия во время первого события сгорания и непосредственный впрыск во время такта впуска во время второго события сгорания. В другом примере подача топлива включает в себя два непосредственных впрыска во время такта впуска или такта сжатия либо во время одного и того же такта впуска или такта сжатия, либо во время первого и второго тактов впуска или сжатия первого и второго событий сгорания. Соответственно, давление 522 топлива падает в связи с событием непосредственного впрыска.
В момент t6 давление 522 топлива падает до нижнего порога 523. В связи с падением давления топлива до нижнего порога 523 или ниже его, форсунку непосредственного впрыска отключают. Иначе говоря, уменьшают расход потока топлива через форсунку непосредственного впрыска. Таким образом, период кратковременного включения форсунки непосредственного впрыска в t5 завершают путем отключения форсунки непосредственного впрыска в момент t6. Следует понимать, что расход потока топлива через форсунку распределенного впрыска, и из топливного насоса (например, с входа топливного насоса высокого давления) в топливную рампу, соединенную с форсункой распределенного впрыска, могут оставаться по существу выше нуля в момент t6.
С момента t6 до момента t7 расход потока топлива НВ равен 0. Поэтому в топливной рампе НВ может возникнуть застой топлива, в связи с чем растет давление 522 в топливной рампе НВ. Также с момента t6 до t7 растет частота вращения двигателя.
В момент t7 давление 522 топлива вновь достигает верхнего порога 521. Когда температура в топливной рампе НВ превышает верхний порог 521, непосредственный впрыск инициируют в ответ на превышение верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска. Кроме того, в момент t7 нижний порог 523 изменяют в зависимости от параметров работы двигателя. А именно, нижний порог 523 понижают в ответ на рост частоты вращения двигателя. Следует понимать, что нижний порог 523 также можно понижать в связи со снижением нагрузки двигателя (не показано). Следует понимать, что снижение нижнего порога можно дополнительно корректировать в момент t7 в зависимости от количества параметров работы двигателя, как раскрыто в настоящем разделе и описании алгоритма 400 на ФИГ. 4.
Система непосредственного впрыска продолжает работать с момента t7 до момента t8, а увеличение расхода потока топлива через форсунку непосредственного впрыска достаточно для снижения температуры и давления в топливной рампе НВ, в связи с чем давление в топливной рампе НВ падает ниже порога 523. В момент t8 форсунки непосредственного впрыска выключают.
С момента t8 до момента t9 содержание сажи 532 растет и достигает верхнего порога 531 содержания в момент t9. Кроме того, с момента t8 до момента t10 расход потока топлива НВ равен 0. Поэтому в топливной рампе НВ может возникнуть застой топлива, в связи с чем растет давление 522 в топливной рампе НВ. В качестве одного примера, из-за жесткой конструкции топливной рампы, давление в топливной рампе НВ может расти вместе с ростом температуры в топливной рампе (не показано).
В момент t10 давление 522 топлива вновь достигает верхнего порога 521. Когда температура в топливной рампе НВ превышает верхний порог 521, непосредственный впрыск инициируют в ответ на превышение верхнего порога давления в топливной рампе непосредственного впрыска. Кроме того, в момент t10 нижний порог 523 изменяют в зависимости от параметров работы двигателя. А именно, нижний порог 523 повышают в связи с тем, что содержание 532 сажи превышает верхний порог 531. Следует понимать, что повышение нижнего порога 523 в момент t10 может представлять собой изменение относительно начального нижнего порога, определенного с помощью режима частоты вращения - нагрузки двигателя, как раскрыто в описании алгоритма 400 на ФИГ. 4.
Система непосредственного впрыска продолжает работать с момента t10 до момента t11, а увеличение расхода потока топлива через форсунку непосредственного впрыска достаточно для снижения температуры и давления в топливной рампе НВ, в связи с чем давление в топливной рампе НВ падает ниже верхнего порога 524 и понижается до нижнего порога 523. В момент t11 форсунку непосредственного впрыска вновь выключают.
С момента t11 до момента t12 расход потока топлива НВ равен 0. Поэтому в топливной рампе НВ может возникнуть застой топлива, в связи с чем растет давление 522 в топливной рампе НВ. В момент t12 форсунку непосредственного впрыска включают, в то время как давление 522 в топливной рампе НВ остается ниже верхнего порога 521. А именно, параметры работы двигателя могут указывать на необходимость непосредственного впрыска в момент t12 (например, как было раскрыто в описании шагов 302 и 304 на ФИГ. 3). Поэтому после момента t12 подача топлива в цилиндр двигателя может осуществляться как непосредственным, так и распределенным впрыском. В других примерах подача топлива в цилиндр двигателя может осуществляться только непосредственным впрыском. Следует понимать, что в момент t12 нижнее пороговое давление 523 может измениться, но все еще оставаться выше давления, при котором топливный насос высокого давления обязательно включают до того, как можно будет осуществлять последующий непосредственный впрыск.
В первом примере предусмотрен способ, содержащий шаги, на которых: во время работы цилиндра двигателя с подачей топлива только первой форсункой, на короткое время включают вторую форсунку для подачи топлива в этот цилиндр в случае роста давления топлива в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, и отключают вторую форсунку при падении давления топлива в соответствующей топливной рампе ниже нижнего порога, при этом нижний порог регулируют в зависимости от одного или нескольких параметров работы двигателя. В первом варианте осуществления первого примера способа, включение на короткое время может представлять собой включение второй форсунки в ответ на превышение верхнего порога давления топлива в топливной рампе, при этом верхний порог зависит от жесткости топливной рампы. Во втором варианте осуществления, необязательно включающем в себя первый вариант осуществления, топливная рампа, соединенная со второй форсункой, представляет собой вторую топливную рампу, отличную от первой топливной рампы, соединенной с первой форсункой. В третьем варианте осуществления, необязательно включающем в себя первый и (или) второй варианты осуществления, давление в первой и во второй топливных рампах может повышать общий топливный насос высокого давления, при этом в периоды включения и отключения на короткое время, топливный насос высокого давления можно отключать. В четвертом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по третий, нижний порог можно изменять таким образом, чтобы он оставался выше давления, при котором включают топливный насос высокого давления. В пятом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по четвертый, первый пример может дополнительно содержать шаг, на котором корректируют подачу топлива из первой форсунки в зависимости от количества топлива, подаваемого второй форсункой, когда вторая форсунка на короткое время включена. В шестом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по пятый, включение на короткое время может также зависеть от коэффициента теплового расширения топлива во второй топливной рампе. В седьмом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по восьмой, нижний порог можно изменять в зависимости от содержания сажи по результатам оценки, при этом нижний порог повышают при повышении содержания сажи. В восьмом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по седьмой, нижний порог можно изменять в зависимости от режима частоты вращения - нагрузки двигателя, при этом нижний порог понижают при повышении частоты вращения и нагрузки двигателя. В девятом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по восьмой, первая топливная форсунка представляет собой форсунку распределенного впрыска, а вторая топливная форсунка представляет собой форсунку непосредственного впрыска. В десятом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по девятый, пример способа может дополнительно содержать шаг, на котором регулируют параметр системы охлаждения, соединенной с топливной рампой, в ответ на рост давления в топливной рампе, при этом такой параметр представляет собой расход или температуру хладагента.
Во втором примере предусмотрен способ для двигателя, содержащий шаги, на которых: когда цилиндр двигателя работает только с распределенным впрыском топлива, в цилиндр периодически впрыскивают топливо, застаивающееся в топливной рампе непосредственного впрыска, при этом периодический впрыск включает в себя начало впрыска, когда давление в топливной рампе непосредственного впрыска превысит верхний порог, и прекращение впрыска, когда давление в топливной рампе непосредственного впрыска упадет ниже нижнего порога, при этом нижний порог регулируют в зависимости от параметров работы двигателя, в том числе уровня сажи в отработавших газах и статистики преждевременного воспламенения в двигателе. В первом варианте осуществления второго примера, продолжение впрыска может включать в себя подачу топлива в виде единственного непосредственного впрыска за одно событие сгорания в цилиндре. Во втором варианте осуществления, необязательно включающем в себя первый вариант осуществления, начало впрыска включает в себя подачу топлива в виде единственного непосредственного впрыска во время такта впуска. В третьем варианте осуществления, необязательно включающем в себя первый и (или) второй варианты осуществления, начало впрыска включает в себя подачу топлива в виде единственного непосредственного впрыска во время такта сжатия. В четвертом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по третий, начало впрыска включает в себя подачу топлива в виде нескольких непосредственных впрысков во время тактов впуска и сжатия. В пятом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по четвертый, нижний порог также изменяют таким образом, чтобы масса топлива непосредственного впрыска оставалась больше минимальной массы впрыскиваемого топлива. В шестом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по пятый, нижний порог также изменяют в зависимости от предела двигателя по ШВР. В седьмом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по шестой, нижний порог можно изменять в режиме реального времени в зависимости от скорости падения давления в топливной рампе непосредственного впрыска во время периодического впрыска.
В третьем примере предусмотрена топливная система для двигателя внутреннего сгорания, содержащая: топливную форсунку распределенного впрыска, выполненную с возможностью сообщения с цилиндром, топливную форсунку непосредственного впрыска, выполненную с возможностью сообщения с указанным цилиндром, первую топливную рампу, выполненную с возможностью сообщения с указанной форсункой распределенного впрыска, вторую топливную рампу, выполненную с возможностью сообщения с указанной форсункой непосредственного впрыска, топливный насос высокого давления, выполненный с возможностью сообщения как с первой, так и со второй топливными рампами, и систему управления с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для осуществления: при первом условии, когда давление топлива во второй топливной рампе превысит верхний порог, увеличения расхода потока топлива через топливную форсунку непосредственного впрыска; при втором условии, когда давление топлива во второй топливной рампе упадет ниже нижнего порога, уменьшения расхода потока топлива через топливную форсунку непосредственного впрыска; а также, как при первом, так и при втором условиях, подачи топлива в цилиндр через топливную форсунку распределенного впрыска. В первом варианте осуществления третьего примера, первое условие включает в себя то, что массовый расход потока топлива через топливную форсунку непосредственного впрыска по существу равен нулю. Во втором варианте осуществления, необязательно включающем в себя первый вариант осуществления, топливный насос высокого давления содержит вход топливного насоса высокого давления, соединенный с первой топливной рампой, и выход топливного насоса высокого давления, соединенный со второй топливной рампой. В третьем варианте осуществления, необязательно включающем в себя первый и (или) второй варианты осуществления, как первое, так и второе условия включают в себя то, что массовый расход потока топлива из выхода топливного насоса высокого давления во вторую топливную рампу по существу равен нулю. В четвертом варианте осуществления, необязательно включающем в себя один или несколько вариантов осуществления с первого по третий, как первое, так и второе условия включают в себя то, что массовый расход потока топлива с входа топливного насоса высокого давления в первую топливную рампу по существу больше нуля.
Технический эффект подачи топлива из топливной рампы непосредственного впрыска, когда давление топлива в топливной рампе НВ превышает пороговое, состоит в снижении интенсивности ухудшения характеристик форсунки непосредственного впрыска. Подавая топливо из топливной рампы НВ до тех пор, пока давление в топливной рампе НВ не достигнет нижнего порога, регулируемого в зависимости от параметров работы двигателя, можно улучшить эксплуатационные показатели двигателя. Технический эффект поддержания нижнего порога выше давления, при котором должен быть разблокирован поток топлива из насоса высокого давления в топливную рампу НВ, состоит в снижении ШВР двигателя. Технический эффект изменения нижнего порога в зависимости от параметров работы двигателя состоит в сохранении необходимой минимальной массы впрыскиваемого топлива при возобновлении работы форсунок непосредственного впрыска.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и (или) свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.