СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ВПРЫСКА ГАЗОВОГО ТОПЛИВА ВО ВРЕМЯ ТАКТА ВЫПУСКА ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ЗАПАЗДЫВАНИЯ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ
SYSTEMS AND METHODS FOR INJECTING GAS FUEL DURING TACTICAL ISSUE TO REDUCE LIQUID TURBOCHARGER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка относится к способам и системам для уменьшения запаздывания турбонагнетателя в системе двигателя с наддувом с системой подачи топлива на сжиженном нефтяном газе (LPG).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели с турбонаддувом используют турбонагнетатель для сжатия всасываемого воздуха и повышения выходной мощности двигателя. Турбонагнетатель может использовать турбину с приводом от отработавших газов для осуществления привода компрессора, который сжимает всасываемый воздух. По мере того как частота вращения компрессора повышается, увеличенный наддув выдается в двигатель. Во время переходных условий по приему повышенного требования крутящего момента может быть задержка реакции турбонагнетателя до того, как частота вращения турбины и компрессора повышена до требуемой частоты вращения для обеспечения запрашиваемого наддува. Эта задержка в реакции турбонагнетателя, называемая запаздыванием турбонагнетателя, может приводить к задержке выдачи запрошенной мощности двигателя. Например, во время условий пуска в ход транспортного средства, таких как при разгоне с холостого хода, минимальный поток отработавших газов в комбинации с повышенной нагрузкой на компрессор могут давать в результате запаздывание турбонагнетателя. Следовательно, при разгоне с числа оборотов холостого хода запаздывание турбонагнетателя может понижать восприимчивость транспортного средства к требованию крутящего момента водителя и, таким образом, ослабляя управление движением.
Один из примерных подходов для уменьшения запаздывания турбонагнетателя показан Пэллетом и другими в US 8355858 B2. В материалах настоящей заявки в дополнение к первому впрыску топлива второй впрыск топлива выполняется после сгорания, в течение того же самого цикла цилиндра. Несгоревшее топливо из второго впрыска топлива подается на выпуск выше по потоку от турбины, тем самым обеспечивая повышенную теплоту для повышения частоты вращения турбины.
Однако изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали проблемы у такого подхода. Например, выдача несгоревшего жидкого топлива на выпуске создает увеличенное количество сажи и твердых частиц. Дополнительно, тепло отработавших газов может теряться вследствие переноса тепла в камере сгорания. Как результат, выполнение второго впрыска топлива, как описано Пэллетом, может приводить к ухудшенным экономии топлива и выбросам.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из примеров вышеприведенные проблемы могут быть препоручены способу для двигателя, содержащему: во время повышения требования крутящего момента, большего чем пороговое значение, искровое воспламенение первого количества газового топлива в течение такта сжатия события сгорания в цилиндре; и искровое воспламенение второго количества газового топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре.
В качестве примера, система двигателя может быть сконфигурирована системой подачи топлива на сжиженном нефтяном газе (LPG), и газовое топливо (например, LPG) может впрыскиваться непосредственно в камеру сгорания. На основании условий эксплуатации двигателя, таких как является ли повышение требования крутящего момента большим чем пороговое значение, второй впрыск топлива с искровым зажиганием может выполняться для сокращения времени, требуемого для повышения частоты вращения турбины до требуемой частоты вращения. Более точно, может выполняться первый обедненный впрыск в такте впуска, сопровождаемый искровым зажиганием во время такта сжатия события сгорания в цилиндре. Впоследствии, в течение того же самого события сгорания в цилиндре, второй впрыск топлива может выполняться во время такта выпуска события сгорания в цилиндре. Второй впрыск топлива может настраиваться, чтобы поддерживать общее топливо-воздушное соотношение на стехиометрии или слегка обогащенным. Кроме того, вторично впрыскиваемое топливо (то есть топливо, впрыскиваемое в течение такта выпуска) может сжигаться посредством искрового воспламенения во время такта выпуска.
Таким образом, дополнительная энергия отработавших газов может вырабатываться посредством искрового воспламенения вторичного впрыска топлива. Дополнительная энергия отработавших газов затем может использоваться для повышения частоты вращения турбины до требуемой частоты вращения. По достижении требуемых частоты вращения турбины и/или абсолютного давления в коллекторе (MAP) двигатель может эксплуатироваться без второго впрыска топлива.
Таким образом, дополнительно, впрыск и воспламенение топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре может сокращать длительность для разгона турбонагнетателя до требуемой частоты вращения и обеспечивать требуемый наддув. Как результат, запаздывание турбонагнетателя может уменьшаться, к тому же, наряду с уменьшением потери тепла в камеру сгорания и формирования твердых частиц.
В частности, в настоящей заявке раскрыт способ для двигателя, состоящий в том, что: во время повышения требования крутящего момента, большего, чем пороговое значение, осуществляют искровое воспламенение первого количества газового топлива во время такта сжатия события сгорания в цилиндре; и осуществляют искровое воспламенение второго количества газового топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре.
В дополнительном аспекте второе количество является меньшим, чем первое количество, и при этом пороговое значение является ненулевым и возрастает с повышением числа оборотов двигателя, на котором сформировано требование крутящего момента.
В другом дополнительном аспекте первое количество происходит из первого впрыска, а второе количество происходит из второго впрыска, первый впрыск обособлен от второго впрыска, и при этом первое количество основано на количестве газового топлива, создающем бедное топливо-воздушное соотношение, и при этом второе количество основано на бедном топливо-воздушном соотношении и одном или более из частоты вращения турбины относительно пороговой частоты вращения турбины, давления в коллекторе относительно порогового давления в коллекторе или давления на входе дросселя относительно порогового давления на входе дросселя.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что осуществляют искровое воспламенение второго количества на более низкой энергии зажигания, чем первое количество.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что настраивают энергию зажигания второго количества посредством настройки одного или более из времени выдерживания, тока, частоты возбуждения искры и установки момента свечи зажигания.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что продолжают искровое воспламенение первого количества и второго количества в течение некоторого количества событий сгорания, количество событий сгорания основано на одном или более из частоты вращения турбины относительно пороговой частоты вращения турбины и давления в коллекторе относительно порогового давления в коллекторе, причем пороговая частота вращения турбины и пороговое давление в коллекторе основаны на повышении требования крутящего момента.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что прекращают впрыск и искровое воспламенение второго количества газового топлива, когда частота вращения турбины возрастает выше пороговой частоты вращения турбины.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что прекращают впрыск и искровое воспламенение второго количества газового топлива, когда давление в коллекторе возрастает выше порогового давления в коллекторе.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что прекращают впрыск и искровое воспламенение второго количества газового топлива, когда каталитическая активность каталитического нейтрализатора отработавших газов убывает ниже порогового уровня.
В еще одном дополнительном аспекте повышение требования крутящего момента указывается увеличением положения педали, и при этом пороговое значение основано на повышении требуемого наддува.
В еще одном дополнительном аспекте газовое топливо хранится в топливном баке для жидкого топлива в качестве сжиженного нефтяного газа (LPG).
Кроме того, раскрыт способ для двигателя, состоящий в том, что: впрыскивают и воспламеняют первое количество сжиженного нефтяного газа (LPG) с первой энергией зажигания во время такта сжатия события сгорания в цилиндре, когда повышение требования крутящего момента является меньшим чем пороговое значение; и во время повышения требования крутящего момента, большего чем пороговое значение, впрыскивают и воспламеняют второе количество LPG со второй энергией зажигания во время такта выпуска события сгорания в цилиндре.
В дополнительном аспекте второе количество LPG является меньшим, чем первое количество LPG, и при этом вторая энергия зажигания является меньшей, чем первая энергия зажигания.
В другом дополнительном аспекте во время повышения требования крутящего момента, большего чем пороговое значение, первое количество основано на количестве LPG, дающем в результате бедное топливо-воздушное соотношение.
В еще одном дополнительном аспекте второе количество основано на количестве LPG, которое завершает сжигание избыточного кислорода, являющегося результатом воспламенения первого количества LPG, и приводит к одному или более из стехиометрического или слегка обогащенного топливо-воздушного соотношения, и при этом второе количество дополнительно основано на повышении требования крутящего момента, причем второе количество возрастает с повышением требования крутящего момента.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что впрыскивают и впоследствии воспламеняют второе количество LPG во время такта выпуска, когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов находится ниже пороговой температуры.
Более того, раскрыт способ для двигателя, состоящий в том, что: во время первого состояния воспламеняют первое количество сжиженного нефтяного газа (LPG) во время такта сжатия события сгорания в цилиндре и воспламеняют второе количество топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре и во время второго состояния, при котором повышение требования крутящего момента находится ниже порогового значения, воспламеняют третье количество топлива во время такта сжатия события сгорания в цилиндре и не впрыскивают никакого топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре.
В дополнительном аспекте первое количество является большим, чем второе количество, и при этом первое состояние включает в себя одно или более из повышения требования крутящего момента, являющегося большим чем пороговое значение, и температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов, находящейся ниже, чем пороговая температура.
В другом дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что воспламеняют второе количество топлива во время состояния положительного перекрытия клапанов, причем второе количество топлива дает в результате богатое топливо-воздушное соотношение.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что во время воспламенения второго количества топлива настраивают один или более параметров искрового зажигания на основании требуемой энергии зажигания, причем требуемая энергия зажигания основана на повышении требования крутящего момента.
Должно быть понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта патентования, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный объект патентования не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематическое изображение многотопливной системы двигателя, выполненной с возможностью работать на жидком топливе и газовом топливе.
Фиг. 2A показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую примерный способ для выполнения второго впрыска топлива во время переходных условий.
Фиг. 2B показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую примерный способ для эксплуатации двигателя без второго впрыска топлива.
Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую примерный способ для настройки искрового зажигания во время второго впрыска топлива.
Фиг. 4 показывает примерные временные характеристики впрыска и установки момента зажигания для событий второго впрыска топлива.
Фиг. 5 изображает примерную операцию второго впрыска топлива, используемую во время холодного запуска и разгона из установившихся условий без наддува.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее описание относится к системе двигателя, выполненной с возможностью подавать газовое топливо. В одном из неограничивающих примеров двигатель может быть сконфигурирован в качестве системы, проиллюстрированной на фиг. 1, в которой двигатель включает в себя по меньшей мере один цилиндр, систему управления и турбонагнетатель в числе других признаков. Двигатели с турбонаддувом могут испытывать запаздывание турбонагнетателя (то есть задержку до того, как частота вращения турбины возрастает до пороговой частоты вращения для обеспечения требуемого выходного крутящего момента). Способ для уменьшения запаздывания турбонагнетателя (показанный на фиг. 2A) включает в себя сжигание первого количества топлива во время такта сжатия события сгорания в цилиндре, а впоследствии - сжигание второго количества топлива во время такта выпуска. Впрыск и сжигание второго количества топлива во время такта выпуска может указываться ссылкой как вторичный впрыск топлива. Вторичный впрыск топлива и сгорание могут настраиваться на основании условий эксплуатации двигателя, в том числе, требования крутящего момента, как описано на фиг. 3. Когда вторичные впрыски топлива не выполняются, двигатель может работать посредством впрыска и сжигания топлива во время такта сжатия а не такта выпуска, как изображено на фиг. 2B. Примеры временных характеристик вторичного впрыска топлива и событий вторичного впрыска топлива показаны на фиг. 4 и 5 соответственно.
Со ссылкой на фиг. 1, она изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 14 (то есть камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг. 1 показывает двигатель 10, сконфигурированный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, скомпонованный между впускными каналами 142 и 144 и турбиной 176 с приводом от отработавших газов, скомпонованной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от отработавших газов через вал 180, где устройство наддува сконфигурировано в качестве турбонагнетателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Кроме того, впускной канал 144 может включать в себя датчик (не показан) давления на входе дросселя (TIP) выше по потоку от дросселя 162 для оценки давления на входе дросселя (TIP). Дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 может быть любым пригодным датчиком для выдачи показания соотношения воздуха отработавших газов/топлива, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода отработавших газов), двухрежимный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями. Кроме того, устройство 78 снижения токсичности выбросов может содержать датчик температуры (не показан) для выдачи указания температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов. Двигатель 10 может включать в себя систему рециркуляции отработавших газов (EGR), указанную в целом под 194. Система 194 EGR может включать в себя охладитель 196 EGR, размещенный вдоль трубопровода 198 EGR. Кроме того, система EGR может включать в себя клапан 197 EGR, расположенный вдоль трубопровода 198 EGR, для регулирования количества отработавших газов, рециркулированных во впускной коллектор 144.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на приводы 152 и 154, для регулирования установки момента открывания и закрывания и/или величины подъема соответственных впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответственными датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут включать в себя электрический привод или кулачковый привод клапана или их комбинацию. В примере кулачкового привода каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14 в качестве альтернативы может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.
Во время работы двигателя каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается событию сгорания в цилиндре, содержащему четырехтактный цикл: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска обычно выпускной клапан 156 закрывается, а впускной клапан 150 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 146, поршень 138 перемещается к дну цилиндра, с тем чтобы увеличивать объем внутри камеры 14 сгорания. Положение, в котором поршень 138 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 14 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 150 и выпускной клапан 156 закрыты. Поршень 138 перемещается к головке блока цилиндров, с тем чтобы сжимать воздух внутри камеры 14 сгорания. Точка, в которой поршень 138 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 14 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания во время такта впуска события сгорания в цилиндре. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется во время такта сжатия известным средством воспламенения, таким как свеча 192 зажигания, приводя к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 138 обратно в НМТ. Коленчатый вал 140 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска, выпускной клапан 156 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливо-воздушную смесь в выпускной коллектор 148, и поршень возвращается в ВМТ. Таким образом, одиночное событие сгорания в цилиндре может включать в себя такт впуск, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Отметим, что вышеприведенное показано просто в качестве примера и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительные или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры.
В некоторых примерах двигатель 10 может эксплуатироваться с вторичным впрыском топлива. Более точно, в дополнение к впрыску топлива во время такта впуска, как обсуждено выше, топливо также может впрыскиваться и сжигаться (посредством зажигания) во время такта выпуска. Впрыск второго количества топлива во время такта выпуска может указываться ссылкой как вторичный впрыск топлива. Таким образом, эксплуатация двигателя 10 с вторичным впрыском топлива может включать в себя сжигание первого количества топлива во время такта сжатия и сжигание второго количества топлива во время такта выпуска одного и того же события сгорания в цилиндре. Подробности эксплуатации двигателя 10 с вторичным впрыском топлива будут дополнительно конкретизированы на фиг. 2-5.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для воспламенения впрыскиваемого топлива и инициации сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12 в выбранных рабочих режимах. Система зажигания включает в себя катушку зажигания (не показана), содержащую первичную обмотку и вторичную обмотку. Ток, текущий через первичную обмотку, используется для создания магнитного поля вокруг вторичной обмотки. Когда требуется искра, электрический ток через первичную обмотку прекращается, побуждая магнитное поле вокруг вторичной обмотки исчезать. Изменение магнитного поля индуцирует электрический ток через вторичную обмотку. По существу, вторичная обмотка может содержать в себе большее количество витков провода, чем первичная обмотка. Как результат, при индукции вторичная обмотка вырабатывает высокое напряжение, которое может подаваться на свечу 192 зажигания, чтобы формировать искру для зажигания. Таким образом, катушка зажигания обеспечивает повышение напряжения у свечи 192 зажигания для зажигания. По существу, энергия зажигания у свечи зажигания может настраиваться посредством настройки времени выдерживания катушки зажигания. Время выдерживания катушки зажигания является длительностью протекания тока через первичную обмотку. Поэтому, например, увеличение времени выдерживания катушки зажигания (в материалах настоящей заявки может указываться ссылкой как время выдерживания) повышает энергию зажигания искры, а уменьшение времени выдерживания катушки зажигания понижает энергию зажигания искры. В других примерах настройка частоты возбуждения искры на катушке зажигания также может настраивать энергию зажигания искры, выдаваемой свечой 192 зажигания. Например, понижение частоты возбуждения искры катушки зажигания может уменьшать количество искр, выдаваемых свечой зажигания. Как результат, энергия зажигания для сгорания может уменьшаться.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя две топливных форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW-1, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то что фиг. 1 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру возле положения свечи 192 зажигания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 первой топливной системой 172, которая может быть топливной системой высокого давления, включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В одном из примеров, как показано на фиг. 1, топливная система 172 может включать в себя топливный бак 182 со сжатым газом и датчик 184 давления топлива для выявления давления топлива в топливном баке 182.
Топливная форсунка 170 показана скомпонованной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве оконного впрыска топлива (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI»), во впускное окно выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW-2, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 из второй топливной системы 173, которая может быть жидкостной топливной системой (например, для бензина, этилового спирта или их комбинации), включающей в себя топливный бак, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В одном из примеров, как показано на фиг. 1, топливная система 173 может включать в себя топливный бак 183 и датчик 185 топлива, например датчик уровня жидкости, для выявления величины запаса в топливном баке 182. В качестве альтернативы топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае установка момента непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. В альтернативном варианте осуществления топливо из второй топливной системы дополнительно или в качестве альтернативы может подаваться в дополнительную топливную форсунку непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в камеру 14 сгорания.
Отметим, что одиночный формирователь 168 или 171 может использоваться для обеих систем впрыска топлива или многочисленные формирователи, например формирователь 168 для топливной форсунки 166 и формирователь 171 для топливной форсунки 170, могут использоваться, как изображено. Топливная система 172 может быть газовой топливной системой. В одном из примеров газовое топливо может храниться в топливном баке для жидкого топлива в качестве сжиженного нефтяного газа (LPG). В еще одном примере газовое топливо может включать в себя CNG, водород, LPG, LNG и т.д. или их комбинации. Будет принято во внимание, что газовые виды топлива, в качестве указываемых ссылкой в материалах настоящей заявки, являются видами топлива, которые являются газообразными в атмосферных условиях, но могут находиться в жидкой форме, в то время как под высоким давлением (в особенности, выше давления насыщения) в топливной системе. В сравнении, жидкие виды топлива, в качестве указываемых ссылкой в материалах настоящей заявки, являются видами топлива, которые являются жидкими в атмосферных условиях. Несмотря на то что фиг. 1 изображает двухтопливную систему, в некоторых примерах однотопливные газовые системы могут использоваться для подачи газового топлива, такого как CNG, водород, LPG, LNG и т.д., или их комбинаций в камеру сгорания непосредственным впрыском.
Будет принято во внимание, что, несмотря на то что изображенный вариант осуществления выполнен с возможностью подавать одно топливо с помощью непосредственного впрыска, а другого топлива с помощью оконного впрыска, в кроме того, в дополнительных вариантах осуществления система двигателя может включать в себя многочисленные форсунки оконного впрыска, при этом каждое из газового топлива и жидкого топлива, подается в цилиндр посредством оконного впрыска. Подобным образом в других вариантах осуществления система двигателя может включать в себя многочисленные форсунки непосредственного впрыска, при этом каждое из газового топлива и жидкого топлива подается в цилиндр с помощью непосредственного впрыска.
Подача разных видов топлива может указываться ссылкой в качестве типа топлива, из условия, чтобы тип топлива мог меняться посредством впрыска относительно большего или меньшего количества жидкого топлива по сравнению с газовым топливом, или наоборот.
Как представлено выше, во время определенных условий эксплуатации двигателя может возникать запаздывание турбонагнетателя. Например, запаздывание турбонагнетателя может возникать вследствие повышения требования крутящего момента, большего, чем пороговое требование. Повышение требования крутящего момента может определяться на основании возрастании ускорения, большего, чем пороговое ускорение. В одном из примеров запаздывание турбонагнетателя возникает во время разгона из состояния холостого хода. В еще одном примере запаздывание турбонагнетателя может происходить во время разгона из установившихся условий без наддува.
В одном из примеров газовая топливная система 172 непосредственного впрыска (DI) может быть выполнена с возможностью выдавать один или более вторичных впрысков топлива во время переходных условий для уменьшения запаздывания турбонагнетателя и/или улучшения розжига каталитического нейтрализатора. Вторичный впрыск топлива может включать в себя впрыск и воспламенение второго количества топлива (в дополнение к впрыску первого количества топлива во время такта впуска и сжиганию первого количества топлива во время такта сжатия) во время такта выпуска события сгорания в цилиндре. Сжигание вторичных впрысков топлива может инициироваться системой 190 зажигания.
Посредством выполнения вторичного впрыска топлива дополнительная энергия отработавших газов (полученная посредством сжигания второго количества топлива) может частично использоваться для уменьшения длительности для приведения турбины к пороговой частоте вращения, тем самым уменьшая запаздывание турбонагнетателя. Дополнительные подробности об использовании вторичного впрыска топлива для уменьшения запаздывания турбонагнетателя обсуждены ниже со ссылкой на фиг. 2-5. Дополнительно, в некоторых примерах, когда вторичный впрыск топлива выполняется во время условий холодного запуска, дополнительная энергия отработавших газов может частично использоваться для уменьшения длительности для приведения температуры устройства 178 снижения токсичности выбросов (например, температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора для отработавших газов или каталитического нейтрализатора отработавших газов) к пороговой температуре, тем самым улучшая розжиг каталитического нейтрализатора.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, дежурную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе измерение всасываемого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 124 MAP. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Кроме того, контроллер может принимать сигнал частоты вращения турбины (не показан) с датчика частоты вращения турбины (не показан), расположенного в турбине 176. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров датчик 120, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала. Дополнительно, установка момента зажигания, то есть момент времени в течение события сгорания в цилиндре, когда свеча зажигания срабатывает в цилиндре для инициации сгорания, может настраиваться контроллером.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания и т.д.
Система по фиг. 1 предусматривает систему для двигателя, содержащую цилиндр двигателя, топливную форсунку, присоединенную к цилиндру двигателя, свечу зажигания, присоединенную к цилиндру двигателя, свеча зажигания включает в себя катушку зажигания, контроллер с машинно-читаемыми командами для впрыска сжиженного нефтяного газа (LPG) в цилиндр двигателя с впрыском топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре и сжигания впрыснутого LPG посредством возбуждения искры на катушке зажигания один или более раз во время такта выпуска. Машинно-читаемые команды дополнительно включают в себя команды для настройки одного или более параметров искрового зажигания для настройки энергии зажигания искры. В одном из примеров один или более параметров искрового зажигания включает в себя время выдерживания катушки зажигания, уровень тока катушки зажигания и частоту возбуждения искры катушки зажигания.
С обращением к фиг. 2, она показывает примерные способы для выполнения впрыска топлива во время события сгорания в цилиндре. Более точно, фиг. 2A показывает процедуру 200a для выполнения вторичного впрыска топлива, чтобы уменьшать запаздывание турбонагнетателя и улучшать розжиг каталитического нейтрализатора. Фиг. 2B показывает процедуру 200b для выполнения впрыска топлива без вторичного впрыска топлива. Например, вторичный впрыск топлива может выполняться во время одного или более переходных режимов работы двигателя, таких как разгон из установившихся условий крейсерского движения или холостого хода, и условия холодного запуска. В одном из примеров контроллер, такой как контроллер 12, показанный на фиг. 1, может выполнять процедуру 200a и процедуру 200b на основании команд, хранимых в нем. На 202, контроллер может оценивать и/или измерять условия эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя могут включать в себя, но не в качестве ограничения, число оборотов и нагрузку двигателя, массовый расход воздуха, положение дросселя, давление наддува, абсолютное давление в коллекторе, температуру коллектора, температуру охлаждающей жидкости двигателя, барометрическое давление, температуру каталитического нейтрализатора отработавших газов, положение педали и т.д.
Затем, на 204, на основании условий эксплуатации двигателя, контроллер может определять, является ли повышение требования крутящего момента большим, чем пороговое требование крутящего момента. Пороговое требование крутящего момента может быть основано на повышении запрашиваемого наддува. В некоторых случаях повышение запрашиваемого наддува может давать в результате задержку подачи запрашиваемого наддува для требования крутящего момента в двигатель (например, запаздывание турбонагнетателя). Таким образом, пороговое требование крутящего момента может быть основано на повышении требования крутящего момента, которое может приводить к задержке выдачи требуемого крутящего момента. Кроме того, пороговое требование крутящего момента может быть ненулевым, и требование крутящего момента может возрастать с повышением числа оборотов двигателя, при котором формируется требование крутящего момента. Например, во время разгона из установившихся условий крейсерского хода или условий холостого хода без наддува может быть резкое повышение требования крутящего момента от водителя транспортного средства. Дополнительно, повышение требования крутящего момента может испытываться во время условий холодного запуска двигателя. Требование крутящего момента может определятся на основании скорости изменения положения педали акселератора или скорости изменения положения дросселя. Например, во время разгона из установившихся условий без наддува или условий холостого хода может быть быстрое нажатие педали акселератора водителем транспортного средства. Другими словами, может быть нажатие педали акселератора из установившихся условий без наддува или условий холостого хода. Как результат, открывание впускного дросселя может увеличиваться, чтобы давать более количество воздуха во впускной коллектор. Следовательно, повышение скорости изменения положения педали акселератора и/или положения дросселя может указывать повышение требования крутящего момента. В некоторых примерах, если есть нажатие педали акселератора, способ может продолжаться на 208-213, чтобы эксплуатировать двигатель с вторичным впрыском топлива, как дополнительно описано ниже.
На 204, если требование крутящего момента не является большим, чем пороговое требование крутящего момента, на 206 контроллер может определять, является ли температура каталитического нейтрализатора отработавших газов меньшей, чем пороговая температура. Например, пороговая температура может быть основана на рабочей температуре, на которой каталитический нейтрализатор отработавших газов уменьшает выбросы в отработавших газах до уровня ниже порогового уровня. Во время условий холодного запуска каталитический нейтрализатор может не находиться на рабочей температуре. Может занимать некоторую длительность времени после холодного запуска, чтобы двигатель прогревался и доводил каталитический нейтрализатор до пороговой температуры. В течение периода прогрева, поскольку каталитический нейтрализатор не является работающим на своей оптимальной температуре, могут быть повышенные выбросы (например, такие как NOx или твердые частицы) из отработавших газов. Для того чтобы уменьшать время, требуемого для достижения пороговой температуры каталитического нейтрализатора, может выполняться вторичный впрыск топлива. Поэтому на 206, если определено, что температура каталитического нейтрализатора является меньшей, чем рабочая температура процедура может переходить на 208, 211, а впоследствии на 212, чтобы выполнять вторичный впрыск топлива, как дополнительно обсуждено ниже.
Таким образом, когда вторичный впрыск топлива выполняется во время условий, когда температура каталитического нейтрализатора является меньшей, чем его оптимальная рабочая температура, например таких как во время условий холодного запуска, дополнительное тепло из отработавших газов может частично использоваться для прогрева каталитического нейтрализатора отработавших газов до его рабочей температуры быстрее, чем когда вторичный впрыск топлива не выполняется. Как результат, пониженные выбросы в отработавших газах могут достигаться во время условий холодного запуска.
Если на 206 температура каталитического нейтрализатора не является меньшей, чем пороговая температура, работа двигателя может продолжаться без вторичного впрыска топлива на 210, как дополнительно конкретизировано на фиг. 2B.
Возвращаясь на 204, если требование крутящего момента является большим чем или равным пороговому требованию крутящего момента, процедура может переходить на 208. На 208 процедура включает в себя подачу первого количества топлива в камеру сгорания во время такта впуска события сгорания в цилиндре (например, цикла цилиндра). Первое количество топлива может подаваться во время первого впрыска и может быть основано на количестве газового топлива, дающем бедное топливо-воздушное соотношение. Дополнительно, первое количество топлива, создающее бедное топливо-воздушное соотношение, может настраиваться на основании требования крутящего момента и потенциальной потери крутящего момента. Например, во время начальных стадий нажатия педали акселератора из условий холостого хода или установившихся условий без наддува первое количество может настраиваться, чтобы создавать менее бедное топливо-воздушное соотношение для снижения потери крутящего момента, являющейся результатом сжигания второго количества топлива во время такта выпуска, второе количество топлива компенсирует бедное топливо-воздушное соотношение. Во время более поздних стадий нажатия педали акселератора, в то время как формируется больший крутящий момент, первое количество может впрыскиваться для создания более бедного топливо-воздушного соотношения. Как результат, второе количество топлива, впрыскиваемое во время такта выпуска, может увеличиваться, чтобы компенсировать более бедное топливо-воздушное соотношение и создавать общее стехиометрическое или слегка обогащенное топливо-воздушное соотношение. Настройка второго количества топлива дополнительно обсуждена ниже на 212. Настройка первого количества топлива может выполняться до тех пор, пока частота вращения турбины не превышает пороговую частоту вращения турбины, или до тех пор, пока давление в коллекторе не превышает пороговое давление, пороговая частота вращения и пороговое давление основаны на требовании крутящего момента. В некоторых примерах первое количество топлива может настраиваться до тех пор, пока давление на входе дросселя (TIP) не превышает пороговое давление на входе дросселя, пороговое давление на входе дросселя основано на требовании крутящего момента. В альтернативных вариантах осуществления первое количество топлива может быть основано на количестве газового топлива, дающем стехиометрическое топливо-воздушное соотношение. Впрыскиваемое топливо может быть газовым топливом, таким как LPG, и топливо может впрыскиваться непосредственно в камеру сгорания системой непосредственного впрыска (DI), как описано на фиг. 1. Например, топливная форсунка непосредственного впрыска, такая как топливная форсунка 166, показанная на фиг. 1, может впрыскивать первое количество LPG в цилиндр двигателя (например, камеру сгорания) во время такта впуска события сгорания в цилиндре. Впоследствии, на 211, первое количество впрыснутого топлива может сжигаться посредством искрового зажигания во время такта сжатия цикла цилиндра. Например, процедура на 211 может включать в себя искровое воспламенение первого количества топлива свечой зажигания, такой как свеча 192 зажигания, показанная на фиг. 1.
Затем, на 212, вслед за сжиганием первого количества топлива вторичный впрыск топлива может выполняться во время такта выпуска события сгорания в цилиндре. Во время вторичного впрыска топлива, второе количество топлива может подаваться в камеру сгорания через систему DI. То есть второе количество топлива может подаваться во время второго впрыска топлива, второй впрыск топлива выполняется отдельно от первого впрыска топлива. В одном из примеров второе количество топлива может быть меньшим, чем первое количество топлива.
Вследствие обедненной работы во время первого впрыска топлива второе количество топлива может настраиваться, из условия чтобы остаточный кислород после первого сгорания топлива мог потребляться во время сгорания второго количества топлива. По существу, общее топливо-воздушное соотношение события сгорания в цилиндре может поддерживаться на стехиометрии или слегка обогащенным. Второе количество топлива дополнительно может быть основано на частоте вращения турбины относительно пороговой частоты вращения турбины. В одном из примеров пороговая частота вращения турбины может быть основана на требовании крутящего момента. Более точно, пороговая частота вращения турбины может быть частотой вращения турбины, которая создает запрошенный наддув для требования крутящего момента. По существу, по мере того как требование крутящего момента возрастает, возрастает пороговая частота вращения турбины. По мере того как возрастает разность между частотой вращения турбины и пороговой частотой вращения турбины, большее количество топлива может требоваться для события второго впрыска на 212. В еще одном примере второе количество топлива может быть основано на давлении в коллекторе относительно порогового значения MAP, пороговое значение MAP основано на требовании крутящего момента. Более точно, пороговое MAP может быть минимальным MAP, требуемым для обеспечения требуемого наддува для требования крутящего момента. По мере того как требование крутящего момента возрастает, возрастает пороговое MAP. Кроме того, по мере того как возрастает разность между MAP и пороговым MAP, величина второго впрыска топлива во время вторичного впрыска топлива возрастает. В еще одном другом примере второе количество топлива может быть основано на TIP относительно порогового значения TIP, и, по мере того как возрастает разность между TIP и пороговым TIP, величина второго впрыска топлива во время вторичного впрыска топлива возрастает. Пороговая частота вращения турбины, пороговое MAP и пороговое TIP могут быть основаны на ускорении транспортного средства.
Кроме того, в еще одном другом примере второе количество топлива, подаваемое и сжигаемое во время такта выпуска, может быть основано на температуре каталитического нейтрализатора отработавших газов. Например, большее количество топлива может впрыскиваться во время такта выпуска, если температура каталитического нейтрализатора отработавших газов находится на большую величину ниже пороговой температуры, чем если температура каталитического нейтрализатора была бы на меньшую величину ниже пороговой температуры.
Впоследствии, на 213, второе впрыснутое количество топлива может сжигаться посредством искрового воспламенения во время такта выпуска. Например, процедура на 213 может включать в себя искровое воспламенение второго количества топлива свечой зажигания, такой как свеча 192 зажигания, показанная на фиг. 1. Посредством выполнения вторичного впрыска топлива и сжигания топлива может формироваться увеличенное количество отработавших газов, которые могут частично использоваться для раскручивания турбины и доведения частоты вращения турбины до требуемой частоты вращения за меньшую длительность, чем когда вторичный впрыск топлива не выполняется. Как результат, запаздывание турбонагнетателя может уменьшаться. В некоторых вариантах осуществления способ на 213 может включать в себя настройку одного или более параметров искрового зажигания, для того чтобы настраивать энергию зажигания, используемую для воспламенения второго количества топлива. Например, второе количество топлива может подвергаться искровому воспламенению на 213 с более низкой энергией зажигания, чем при искровом воспламенении первого количества на 211, энергия зажигания основана на условиях нагрузки цилиндра. Дополнительные подробности о настройке энергии зажигания обсуждены ниже со ссылкой на фиг. 3.
После сжигания вторичного впрыска топлива, на 214, способ может включать в себя определение, является ли давление в коллекторе (MAP) (например, такое как давление в коллекторе, измеренное датчиком MAP во впускном коллекторе) большим чем или равным пороговому MAP. Например, пороговое MAP может быть основано на требовании крутящего момента. Более точно, пороговое MAP может быть MAP, которое создает требуемый крутящий момент. Дополнительно или в качестве альтернативы, на 214 контроллер может определять, является ли частота вращения турбины большей чем или равной пороговой частоте вращения. В одном из примеров частота вращения турбины может контролироваться датчиком частоты вращения турбины. Например, пороговая частота вращения турбины может быть основана на требовании крутящего момента. Более точно, пороговая частота вращения турбины может быть частотой вращения турбины, которая дает требуемый крутящий момент. По существу, пороговое MAP и пороговая частота вращения турбины могут возрастать с повышением требования крутящего момента. Если на 214 удовлетворены любое из условий MAP или частоты вращения турбины, то есть, если MAP достигло или превысило пороговое давление или если частота вращения турбины достигла или превысила пороговую частоту вращения, процедура может переходить на 216. На 216 контроллер может прекращать вторичный впрыск топлива. Другими словами, впрыск второго количества топлива и искровое зажигание второго количества топлива может прекращаться и работа двигателя может возобновлять выполнение без вторичного впрыска топлива, что будет дополнительно конкретизировано на фиг. 2B. В одном из примеров вторичный впрыск топлива может прекращаться, когда TIP достигает или превышает пороговое TIP.
Если MAP и/или частота вращения турбины не достигли или не превысили соответственные пороговые значения, процедура может переходить на 218, чтобы определять, является ли температура каталитического нейтрализатора отработавших газов меньшей, чем пороговая температура. Если температура каталитического нейтрализатора отработавших газов является меньшей, чем пороговая температура, работа двигателя может продолжаться с вторичным впрыском топлива на 224. В одном из примеров вторичный впрыск топлива может включать в себя искровое воспламенение первого количества и второго количества в течение некоторого количества событий сгорания, количество событий сгорания основано на одном или более из частоты вращения турбины, давления в коллекторе и температуры каталитического нейтрализатора. Например, если частота вращения турбины, давление в коллекторе и/или температура каталитического нейтрализатора находятся ниже своих соответственных пороговых значений или ниже своих соответственных пороговых значений на большую величину, вторичный впрыск топлива может продолжаться в течение большего количества событий сгорания в цилиндре, чем если бы они находились ниже своих соответственных пороговых значений на меньшую величину.
Если температура каталитического нейтрализатора достигла или превысила пороговую температуру, затем, на 220, способ может включать в себя определение, является ли активность каталитического нейтрализатора меньшей чем пороговый уровень. Если активность каталитического нейтрализатора является меньшей чем пороговый уровень, вторичный впрыск топлива может прекращаться. Например, пороговый уровень может быть основан на уровне выбросов NOx. В одном из примеров каталитический нейтрализатор отработавших газов может окисляться, понижая свою способность восстанавливать NOx. Следовательно, уровни выбросов NOx могут повышаться. В еще одном примере ухудшение эффективности каталитического нейтрализатора может быть основано на моделированном накоплении кислорода и контроле расположенного ниже по потоку (после каталитического нейтрализатора) датчика кислорода. Поэтому по определению пониженной каталитической активности вторичный впрыск топлива может завершаться для предотвращения дальнейшего окисления каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Если на 220 определено, что активность каталитического нейтрализатора не находится ниже порогового уровня, работа двигателя может продолжать с вторичным впрыском топлива. Таким образом, вторичный впрыск топлива может выполняться, когда повышение требования крутящего момента превышает пороговое значение, посредством сжигания первого и второго количеств топлива в течение одного или более событий/циклов сгорания до тех пор, пока не достигнуты требуемые частота вращения турбины, давление MAP или давление TIP, для уменьшения запаздывания турбонагнетателя. В одном из примеров топливо может впрыскиваться в цилиндр во время такта выпуска, когда частота вращения турбины находится на пороговую величину ниже пороговой частоты вращения турбины, пороговая частота вращения турбины основана на требовании крутящего момента. Однако активность каталитического нейтрализатора может контролироваться во время вторичного впрыска топлива, а по выявлению ухудшенной каталитической активности, вторичный впрыск топлива может прекращаться. Дополнительно, вторичный впрыск топлива может выполняться, когда температура каталитического нейтрализатора является меньшей, чем пороговая температура, чтобы сокращать длительность периода прогрева каталитического нейтрализатора до пороговой температуры.
В одном из примеров газовое топлива может впрыскиваться в цилиндр во время такта выпуска. Газовое топливо может храниться в топливном баке для жидкого топлива в качестве сжиженного нефтяного газа (LPG). В качестве альтернативы, газовое топливо может включать в себя CNG, водород, LPG, LNG и т.д., или их комбинации. Таким образом, способ для выполнения вторичного впрыска топлива может включать в себя во время повышения требования крутящего момента, большего чем пороговое значение, искровое воспламенение первого количества газового топлива во время такта сжатия события сгорания в цилиндре; и искровое воспламенение второго количества газового топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре, второе количество является меньшим, чем первое количество. Повышение требования крутящего момента может указываться увеличением положения педали, а пороговое значение может быть основано на повышении запрашиваемого наддува. В одном из примеров газовое топливо, используемое для вторичного впрыска топлива, хранится в топливном баке для жидкого топлива в качестве сжиженного нефтяного газа (LPG).
Во время вторичного впрыска топлива первое количество может быть основано на количестве газового топлива, создающем бедное топливо-воздушное соотношение, а второе количество может быть основано на бедном топливо-воздушном соотношении и одном или более из частоты вращения турбины относительно пороговой частоты вращения турбины, давлении в коллекторе относительно порогового давления в коллекторе или давлении на входе дросселя относительно порогового давления на входе дросселя. Кроме того, вторичный впрыск топлива может включать в себя искровое воспламенение второго количества на более низкой энергии зажигания, чем первого количества, и настройку энергии зажигания второго количества посредством настройки одного или более из времени выдерживания, тока, частоты возбуждения искры и установки момента свечи зажигания. Кроме того, вторичный впрыск топлива может включать в себя продолжение искрового воспламенения первого количества и второго количества в течение некоторого количества событий сгорания, количество событий сгорания основано на одном или более из частоты вращения турбины относительно пороговой частоты вращения турбины и давления в коллекторе относительно порогового давления в коллекторе, пороговая частота вращения турбины и пороговое давление в коллекторе основаны на повышении требования крутящего момента.
Вторичный впрыск топлива может завершаться посредством прекращения впрыска и искрового воспламенения второго количества газового топлива, когда частота вращения турбины возрастает выше пороговой частоты вращения турбины, пороговая частота вращения турбины основана на требовании крутящего момента и/или когда давление в коллекторе возрастает выше порогового давления в коллекторе. В еще одном примере вторичный впрыск топлива может завершаться посредством прекращения впрыска и искрового воспламенения второго количества газового топлива, когда давление на входе дросселя возрастает выше порогового давления на входе дросселя. В еще одном примере вторичный впрыск топлива может завершаться посредством прекращения впрыска и искрового воспламенения второго количества газового топлива, когда каталитическая активность каталитического нейтрализатора отработавших газов убывает ниже порогового уровня. В одном из примеров вторичный впрыск топлива может выполняться во время разгона из условий холостого хода или установившихся условий крейсерского хода. В еще одном примере вторичный впрыск топлива может происходить, когда нагрузка двигателя возрастает больше, чем на пороговое значение, к примеру во время подъема вверх по склону. В еще одном другом примере вторичные впрыски топлива могут выполняться во время условий холодного запуска для уменьшения запаздывания турбонагнетателя и для сокращения времени, требуемого, чтобы каталитический нейтрализатор достигал своей рабочей температуры.
Кроме того, в еще одном примере вторичные впрыски топлива с газовым топливом, как обсужденные выше, могут выполняться во время условий положительного перекрытия клапанов, когда выдается воздух для продувки. Например, в системе двигателя с турбонаддувом, когда требование крутящего момента превышает пороговое требование крутящего момента, подвергнутый наддуву всасываемый воздух может выгоняться из впускного коллектора ниже по потоку от компрессора в выпускной коллектор выше по потоку от турбины. Продувка может обеспечиваться посредством временной настройки регулируемой установки фаз кулачкового распределения для обеспечения положительного перекрытия клапанов. В течение периода положительного перекрытия подвергнутый наддуву воздух, засасываемый через цилиндры, может давать дополнительный массовый расход и энтальпию на выпуске, тем самым давая турбине возможность раскручиваться быстрее для удовлетворения требования крутящего момента. Выполнение вторичных впрысков топлива во время условий продувки может дополнительно давать добавочную энергию отработавших газов для уменьшения запаздывания турбонагнетателя.
Когда вторичные впрыски топлива выполняются во время условий продувки, величина вторичного впрыска топлива может настраиваться, из условия чтобы общее топливо-воздушное соотношение было богатым. Например, величина вторичного впрыска топлива во время условий продувки может быть основана на длительности положительного перекрытия клапанов. По мере того как возрастает длительность перекрытия клапанов, большее количество воздуха может использоваться для продувки. Следовательно, большее количество топлива может впрыскиваться во время вторичного впрыска топлива, чтобы выдавать достаточное количество топлива для сжигания величины вторичного впрыска топлива и уменьшать количество воздуха, достигающего каталитического нейтрализатора отработавших газов. Таким образом, выполнение вторичного впрыска топлива посредством впрыска газового топлива во время такта выпуска и искрового воспламенения вторично впрыскиваемого топлива, когда требование крутящего момента возрастает сверх порогового значения, может давать дополнительную энергию отработавших газов для повышения частоты вращения турбины до требуемой частоты вращения. Следовательно, время, требуемое, чтобы турбина достигала требуемой частоты вращения, может сокращаться. Другими словами, запаздывание турбонагнетателя может уменьшаться. Кроме того, вторичный впрыск топлива может использоваться для сокращения длительности, чтобы каталитический нейтрализатор достигал рабочей температуры, то есть для улучшения розжига каталитического нейтрализатора.
Вместе взятое, вторичный впрыск топлива может использоваться для уменьшения запаздывания турбонагнетателя и сокращения времени, требуемого для розжига каталитического нейтрализатора. Посредством использования газового топлива для вторичного впрыска топлива выработка сажи и твердых частиц может уменьшаться. Посредством сжигания величины вторичного впрыска топлива тепло может не упускаться в цилиндр, и дополнительное тепло, выработанное вторичным сгоранием топлива, может эффективно использоваться для уменьшения запаздывания турбонагнетателя и улучшения розжига каталитического нейтрализатора.
С обращением к фиг. 2B, она показывает примерную процедуру 200b для эксплуатации двигателя без событий вторичного впрыска топлива. Например, когда требование крутящего момента не является большим чем пороговое значение и/или когда каталитический нейтрализатор находится на пороговой температуре, впрыск топлива во время такта выпуска может не требоваться, как определено на фиг. 2A.
На 224 контроллер может оценивать и/или измерять условия эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя могут включать в себя, но не в качестве ограничения, число оборотов и нагрузку двигателя, массовый расход воздуха, положение дросселя, давление наддува, абсолютное давление в коллекторе, температуру коллектора, температуру охлаждающей жидкости двигателя, барометрическое давление, температуру каталитического нейтрализатор отработавших газов.
По определению условий эксплуатации двигателя на 226 топливо-воздушная смесь может подаваться в камеру сгорания во время такта впуска события сгорания в цилиндре (например, цикла цилиндра). Впрыскиваемое количество топлива может определяться на основании условий эксплуатации двигателя, например, таких как число оборотов и нагрузка двигателя. Дополнительно, количество топлива, впрыскиваемое на 226, может быть основано на богатом или стехиометрическом топливо-воздушном соотношении. В еще одном примере количество топлива, впрыскиваемого на 226, может быть основано на богатом или бедном топливо-воздушном соотношении. Затем, на 228, сжигание топлива в камере сгорания может инициироваться искровым зажиганием во время такта сжатия. В заключение, на 230, сжигаемая топливо-воздушная смесь может выпускаться в выпускной коллектор во время такта выпуска. Вторичный впрыск топлива может выполняться во время такта выпуска.
С обращением к фиг. 3, процедура 300 показывает примерный способ для настройки искрового зажигания во время работы двигателя с вторичным впрыском топлива. Например, энергия зажигания, установка момента зажигания и количество выходов искры могут настраиваться, чтобы выдавать искру для сжигания вторичного впрыска топлива во время такта выпуска, из условия чтобы вторичное сгорание топлива могло регулироваться, и могли понижаться паразитные потери тепла. Вторичный впрыск топлива может выполняться, как описано на фиг. 2A. В одном из примеров контроллер, такой как контроллер 12, показанный на фиг. 1, может выполнять процедуру 300 на основании команд, хранимых в нем.
На 302 условия эксплуатации двигателя могут измеряться и/или оцениваться. Условия эксплуатации двигателя могут включать в себя, но не в качестве ограничения, число оборотов и нагрузку двигателя, массовый расход воздуха, положение дросселя, давление наддува, абсолютное давление в коллекторе, температуру коллектора, температуру охлаждающей жидкости двигателя, барометрическое давление, температуру каталитического нейтрализатора отработавших газов и т.д. На основании определенных условий эксплуатации двигателя на 306 контроллер может определять, удовлетворены ли условия вторичного впрыска топлива. Другими словами, контроллер может определять, требуется ли вторичный впрыск топлива. Например, как обсуждено на фиг. 2A, вторичный впрыск топлива может выполняться, если требование крутящего момента является большим чем пороговое значение и/или является ли температура каталитического нейтрализатора отработавших газов меньшей, чем рабочая пороговая температура. В одном из примеров вторичный впрыск топлива может выполняться во время условий холодного запуска двигателя для уменьшения запаздывания турбонагнетателя и/или для повышения температуры каталитического нейтрализатора до пороговой температуры для оптимального функционирования каталитического нейтрализатора. В еще одном примере вторичный впрыск топлива может выполняться во время разгона из установившихся условий крейсерского хода и/или условий холостого хода без наддува для уменьшения запаздывания турбонагнетателя, когда требование крутящего момента является большим чем пороговое значение.
Если на 306 вторичные впрыски топлива не удовлетворены, процедура может переходить на 304 для эксплуатации двигателя без вторичного впрыска топлива, как обсуждено на фиг. 2B. То есть двигатель может работать без впрыска второго количества топлива во время такта выпуска цикла сгорания в цилиндре. Однако, если на 306 удовлетворены условия вторичного впрыска топлива, процедура продолжается на 308.
На 308 первое количество газового топлива может подаваться в камеру сгорания во время такта впуска события сгорания в цилиндре и, на 310, первое количество топлива может сжигаться во время такта сжатия события сгорания в цилиндре. Первое количество может быть основано на количестве газового топлива, дающем бедное топливо-воздушное соотношение. Дополнительно, первое количество топливо может быть основано на требовании крутящего момента. В еще одном примере первое количество топлива может быть основано на количестве газового топлива, дающем стехиометрическое топливо-воздушное соотношение. Сгорание первого количества топлива может инициироваться искрой, имеющей первую энергию зажигания. По существу, первая энергия зажигания искры может настраиваться для выдачи энергии во время такта сжатия, чтобы инициировать сгорание. Например, первая энергия зажигания может настраиваться на основании условий нагрузки цилиндра. По существу, поскольку условия нагрузки цилиндра могут быть основаны на условиях эксплуатации двигателя, первая энергия зажигания может настраиваться на основании условий числа оборотов и нагрузки двигателя (например, таких как требование крутящего момента). Кроме того, энергия зажигания, требуемая для пробоя искрового промежутка свечи зажигания, может быть функцией давления в цилиндре. По существу, давление в цилиндре может быть более высоким во время такта сжатия около верхней мертвой точки (ВМТ), чем в течение других промежутков времени в цикле сгорания в цилиндре. Следовательно, более высокая энергия зажигания может требоваться для инициирования сгорания первого количества топлива во время такта сжатия.
Дополнительно, установка момента зажигания может настраиваться в направлении экономии топлива и ради крутящего момента. То есть установка момента зажигания может настраиваться с минимальным опережением искрового зажигания для наилучшего крутящего момента (MBT). В некоторых примерах установка момента зажигания может настраиваться на основании предела детонации.
Вслед за сжиганием первого количества топлива, на 312, может выполняться вторичный впрыск топлива, во время которого второе количество газового топлива может подаваться в течение такта выпуска события сгорания в цилиндре. В одном из примеров второе количество топлива может быть основано на количестве топлива, которое завершает сжигание избыточного кислорода, являющегося результатом воспламенения первого количества топлива, и приводит к одному или более из стехиометрического или слегка обогащенного топливо-воздушного соотношения. В еще одном примере второе количество топлива, дополнительно или в качестве альтернативы, может быть основано на повышении требования крутящего момента, причем, второе количество топлива возрастает с повышением требования крутящего момента.
В одном из примеров одиночный вторичный впрыск топлива может выполняться во время каждого такта выпуск в промежутке между следующими один за другим событиям сгорания в цилиндре. В еще одном примере более чем один вторичный впрыск топлива может выполняться во время каждого такта выпуск в промежутке между следующими один за другим событиям сгорания в цилиндре. Количество вторичных впрысков топлива может определяться на основании величины второго впрыска топлива (то есть общего количества топлива, требуемого для вторичного впрыска). В одном из примеров второе количество топлива может быть основано на частоте вращения турбины и топливо-воздушном соотношении первого впрыска топлива. Как обсуждено выше, второе количество топлива может настраиваться, из условия чтобы общее топливо-воздушное соотношение могло поддерживаться на стехиометрии или слегка обогащенным.
Впоследствии, на 314, параметры искрового зажигания могут настраиваться, чтобы выдавать искру с требуемой энергией зажигания для сжигания второго количества топлива. Например, второе количество топлива может подвергаться сгоранию (например, сжигаться) во время такта выпуска посредством воспламенения второго количества топлива искрой, имеющей вторую энергию зажигания. Как обсуждено выше, энергия зажигания может быть основана на условиях нагрузки цилиндра. По существу, вторая энергия зажигания может быть основана на требовании крутящего момента и может возрастать с повышением требования крутящего момента. Например, на основании требования крутящего момента, может настраиваться второе количество топлива (то есть величина вторичного впрыска топлива). Для того чтобы выдавать требуемую искру для сгорания, вторая энергия зажигания может настраиваться на основании величины второго впрыска топлива. В одном из примеров вторая энергия зажигания может быть основана на логически выведенном давлении в цилиндре, которое может быть функцией заряда воздуха, температуры заряда воздуха, установки момента зажигания и событий установки фаз клапанного распределения. Поскольку давления в цилиндре могут быть более низкими во время такта выпуска, чем во время такта сжатия, вторая энергия зажигания для вторичного сгорания топлива, происходящего во время такта выпуска, может быть более низкой, чем первая энергия зажигания для первого сгорания топлива. Кроме того, вторая энергия зажигания для сжигания второго количества топлива может быть основана на установке момента зажигания искры для второго сгорания топлива. Другими словами, вторая энергия впрыска может быть основана на том, когда в течение такта выпуска воспламеняется второе количество топлива. Например, вторая энергия зажигания может быть более высокой, когда второй впрыск топлива воспламеняется раньше в течение такта выпуска, чем когда второй впрыск топлива воспламеняется во время более поздних стадий такта выпуска. Таким образом, потери крутящего момента, обусловленные зажиганием вторичного впрыска, могут уменьшаться.
В некоторых примерах установка момента зажигания может настраиваться, чтобы совпадать с окончанием впрыска топлива для второго впрыска топлива. В этом случае энергия зажигания может быть основана на временных характеристиках подачи второго впрыска топлива. Например, вторая энергия зажигания может быть более высокой, когда второй впрыск топлива (например, впрыскивается) подается раньше во время такта выпуска, чем когда второй впрыск топлива подается позже во время такта выпуска. Кроме того, временные характеристики второго впрыска топлива и установка момента зажигания второго впрыска топлива могут быть основаны на требовании крутящего момента и потенциальной потере крутящего момента. Например, для того чтобы уменьшать отрицательный крутящий момент или потерю крутящего момента, такие как во время начальных стадий события нажатия педали акселератора (когда требование крутящего момента является большим, чем пороговое требование крутящего момента), второй впрыск топлива может выполняться позже в течение такта выпуска, и искра может выдаваться после второго впрыска топлива (или искра может совпадать с окончанием второго впрыска топлива). Следовательно, более низкая энергия зажигания может требоваться для сжигания второго впрыска топлива во время более поздней фазы такта выпуска. Подобным образом, когда вторые впрыск и зажигание топлива выполняется во время ранней фазы такта выпуска, может требоваться более высокая энергия зажигания.
В одном из примеров вторая энергия зажигания может быть основана на первой энергии зажигания того же самого события сгорания в цилиндре. В еще одном примере вторая энергия зажигания может быть основана на первой энергии зажигания предыдущего события сгорания в цилиндре. Например, вторая энергия зажигания может быть более низкой, чем первая энергия зажигания, на постоянный процент. В одном из примеров вторая энергия зажигания может быть на 10% ниже, чем первая энергия зажигания. В еще одном примере вторая энергия зажигания может быть на 30% ниже, чем первая энергия зажигания. Постоянный процент может быть основан на средних пиковых давлениях в цилиндре для двигателя. В некоторых примерах постоянный процент может быть основан на времени, требуемом для перезарядки для возбуждения искры (то есть зажигания второго впрыска топлива) во время такта выпуска. Таким образом, в одном из примеров вторая энергия зажигания у искры для сжигания второго количества топлива (во время такта выпуска) может быть основана на условиях эксплуатации двигателя, в том числе, числе оборотов и нагрузке двигателя, установке момента зажигания и втором количестве топлива. В еще одном примере вторая энергия зажигания может быть основана на первой энергии зажигания у искры для сжигания первого количества топлива (во время такта сжатия). Более точно, вторая энергия зажигания может быть на постоянный процент ниже, чем первая энергия зажигания.
Как показано на 316, энергия зажигания для сжигания второго количества топлива может настраиваться посредством настройки времени выдерживания катушки зажигания. В одном из примеров более низкая энергия зажигания может использоваться по сравнению с энергией зажигания, используемой во время такта сжатия. Энергия зажигания может понижаться посредством уменьшения времени выдерживания катушки зажигания. То есть напряжение, приложенное к катушке зажигания, может поддерживаться на существенно более короткой длительности во время вторичного впрыска топлива. Это снижает первичный ток, которым заряжается катушка, тем самым уменьшая ее индуктивную энергию.
В одном из примеров во время многочисленных вторичных впрысков топлива каждый вторичный впрыск топлива может воспламеняться искрой более низкой энергии зажигания. Например, во время одиночного цикла сгорания в цилиндре, содержащего многочисленные впрыски топлива, первый вторичный впрыск топлива может воспламеняться первой энергией вторичного впрыска топлива, а второй последующий вторичный впрыск топлива может воспламеняться второй энергией вторичного впрыска топлива. Вторая энергия вторичного впрыска топлива может быть более низкой, чем первая энергия вторичного впрыска топлива.
В некоторых примерах, когда более чем один вторичный впрыск топлива может требоваться на каждый цикл сгорания в цилиндре, искра может выдаваться во время каждого вторичного впрыска топлива для вторичного сгорания топлива. Вследствие более низких потребностей энергии зажигания для вторичного впрыска топлива могут использоваться более короткие времена выдерживания, что дает достаточное время для повторного выдерживания и разряда на более низкой энергии зажигания для следующих друг за другом вторичных впрысков топлива.
Кроме того, как показано на 318, настройка энергии зажигания дополнительно или в качестве альтернативы может включать в себя настройку количества возбуждений искры катушки зажигания для каждого события вторичного сгорания топлива. Например, количество возбуждений искры катушки зажигания может уменьшаться для понижения энергии зажигания. То есть более низкая частота возбуждения искры может использоваться для уменьшения количества искр, выдаваемых катушкой зажигания за событие вторичного сгорания топлива. Посредством использования более коротких времен выдерживания и/или более низкой частоты возбуждения искры во время вторичного впрыска топлива потери электрической энергии и паразитные потери могут уменьшаться.
В одном из примерных вариантов осуществления системы зажигания могут содержать цепи зажигания с двумя катушками, где многочисленные катушки на каждый цилиндр могут управляться, чтобы выдавать искру в течение длительности вторичного впрыска топлива. Например, искра большой длительности может подаваться во время второго впрыска топлива, из условия чтобы величина второго впрыска топлива оставалась воспламеняемой. Выдача искры большой длительности может выполняться с повторным возбуждением искры или системой, имеющей две катушки с выходом на одну и ту же свечу. Одна катушка может иметь малую длительность с высокой пиковой вторичной выходной мощностью, а другая катушка может иметь большую длительность с более низкой пиковой вторичной выходной мощностью. Во время второго впрыска топлива катушка большей длительности может разряжаться. Другими словами, высокая вторичная выходная мощность малой длительности и более низкие вторичные выходные мощности большой длительности могут использоваться, чтобы стратегически выдавать искру для сжигания первого количества топлива и второго количества топлива.
Затем, на 320, контроллер может продолжать выполнять вторичный впрыск топлива и настраивать искру, как обсуждено выше, до тех пор, пока частота вращения турбины не возрастает выше пороговой частоты вращения. В одном из примеров настройка вторичного впрыска топлива и искры может выполняться до тех пор, пока давление в коллекторе не возрастает выше порогового давления в коллекторе. В еще одном примере настройка вторичного впрыска топлива и искры может прекращаться, когда каталитическая активность каталитического нейтрализатора отработавших газов убывает ниже пороговой активности.
Таким образом, вторичный впрыск топлива может настраиваться посредством настройки величины впрыска, частоты впрыска и энергии зажигания, чтобы сжигать количество топлива вторичного впрыска и выдавать тепловую энергию отработавших газов для снижения запаздывания турбонагнетателя и/или уменьшения длительности, для розжига каталитического нейтрализатора. Посредством сжигания вторичного впрыска топлива от искрового зажигания уменьшается зависимость от тепла камеры сгорания в течение сгорания, которое может теряться в цилиндр. Кроме того, посредством использования более коротких времен выдерживания и/или посредством понижения частоты возбуждения искры на катушке для уменьшения энергии зажигания могут снижаться потери электрической энергии.
В одном из примеров способ по фиг. 3 предусматривает способ для двигателя, содержащий впрыск сжиженного нефтяного газа (LPG) в цилиндр во время такта выпуска между следующими друг за другом событиями сгорания в цилиндре; и сжигание впрыснутого LPG посредством возбуждения искры на катушке зажигания много раз во время такта выпуска, каждое возбуждение искры имеет более низкую энергию зажигания. В одном из примеров количество LPG может впрыскиваться посредством одного впрыска, количество основано на одном или более из требования крутящего момента или температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов. В еще одном примере количество LPG может впрыскиваться посредством многочисленных впрысков и возбуждения искры на катушке зажигания один или более раз для каждого из многочисленных впрысков. Энергия зажигания последующих возбуждений искры может понижаться посредством уменьшения времени выдерживания катушки зажигания, уменьшения частоты возбуждения искры и понижения уровня тока катушки зажигания.
Способ дополнительно включает в себя впрыск LPG в цилиндр во время такта выпуска, когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов находится ниже пороговой температуры и/или впрыск LPG в цилиндр во время такта выпуска, когда частота вращения турбины находится на пороговую величину ниже пороговой частоты вращения турбины, пороговая частота вращения турбины основана на требовании крутящего момента.
Впрыск LPG во время такта выпуска может прекращаться, когда температура каталитического нейтрализатора возрастает до или выше пороговой температуры. В еще одном примере впрыск LPG во время такта выпуска может прекращаться, когда частота вращения турбины возрастает до или выше пороговой частоты вращения турбины. В еще одном другом примере впрыск LPG во время такта выпуска может прекращаться, когда давление в коллекторе возрастает до или выше порогового давления в коллекторе, пороговое давление в коллекторе основано на требовании крутящего момента. В еще одном другом примере впрыск LPG во время такта выпуска может прекращаться, когда каталитическая активность каталитического нейтрализатора отработавших газов убывает ниже порогового уровня.
Далее, с обращением к фиг. 4, многомерная характеристика 400 изображает примерные временные характеристики впрыска топлива и вторичного впрыска топлива, которые могут использоваться для уменьшения запаздывания турбонагнетателя и/или для улучшения розжига каталитического нейтрализатора. Запаздывание турбонагнетателя может уменьшаться посредством уменьшения времени, требуемого для доведения частоты вращения турбины вплоть до требуемой частоты вращения, а розжиг каталитического нейтрализатора может улучшаться посредством уменьшения времени, требуемого для повышения температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов до пороговой температуры. Более точно, многомерная характеристика 400 изображает установку фаз распределения впускных клапанов на графике 402, установку фаз распределения выпускных клапанов на графике 404, положение поршня на графике 406, примерный профиль впрыска топлива, используемый во время впрыска топлива, и впрыски топлива за одиночное событие сгорания в цилиндре на графике 407 (в том числе полосы 408, 409 и 412 впрыска топлива относительно искр, указанных под 414, 416 и 418 соответственно) и примерный профиль энергии зажигания на графике 420 для искр 414, 416 и 418.
Как обсуждено на фиг. 1, во время работы двигателя каждый цилиндр в двигателе типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, рабочий такт (или расширения) и такт выпуска. В течение такта впуска обычно выпускной клапан закрыт (график 404, пунктирная линия), а впускной клапан открыт (график 402, сплошная линия). Топливо-воздушная смесь вводится в цилиндр через впускной коллектор, и поршень цилиндра перемещается в нижнюю часть цилиндра, с тем чтобы увеличивать объем внутри камеры сгорания (график 406). Во время такта сжатия, впускной клапан и выпускной клапан закрыты. Поршень (график 406) перемещается по направлению к головке блока цилиндров, с тем чтобы сжимать топливо-воздушную смесь внутри цилиндра.
Во время впрыска первое количество топлива может вводиться в камеру сгорания в течение такта впуска (показанного под 408). Впрыснутое топливо может воспламеняться свечой зажигания во время такта сжатия (искрой, показанной под 414), приводя к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень обратно к НМТ. Коленчатый вал, присоединенный к поршню, преобразовывает перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска, выпускной клапан открывается (график 404), чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливо-воздушную смесь в выпускной коллектор, и поршень возвращается в ВМТ.
Во время работы двигателя с вторичным впрыском топлива второе количество топлива (показанное под 410) может вводиться в камеру сгорания в течение такта выпуска. Как показано на фиг. 4, количество топлива, впрыскиваемого во время первого впрыска топлива, может быть большим, чем количество топлива, впрыскиваемого во время второго впрыска топлива (то есть во время вторичного впрыска топлива). Кроме того, величина впрыска топлива во время второго впрыска топлива в течение такта выпуска может быть основана на частоте вращения турбины относительно пороговой частоты вращения турбины, которая может создавать запрошенный крутящий момент. Дополнительно, величина впрыска топлива во время второго впрыска топлива может быть основана на воздухе, имеющемся в распоряжении от первого впрыска топлива для реагирования с вторым впрыском топлива, сгорания и выделения тепла.
В некоторых примерах, как изображено на фиг. 4, более чем один вторичный впрыск топлива может выполняться (как изображено двумя вторичными впрысками топлива, показанными под 410 и 412). Другими словами, второе количество топлива может подаваться двумя аликвотами или двумя вторичными впрысками топлива. Количество вторичных впрысков топлива на каждый цикл цилиндра может определяться на основании определенной величины второго впрыска топлива. В одном из примеров количество вторичных впрысков топлива на каждый цикл цилиндра может быть основано на числе оборотов двигателя, поскольку взаимодействие газообмена с движением внутри цилиндра может делать необходимыми многочисленные вторичные впрыски, по мере того как пламя движется дальше и в выпуск и новый кислород становится имеющимся в распоряжении через впуск. Как обсуждено выше, величина второго впрыска топлива может быть основана на требовании крутящего момента и количестве добавочных отработавших газов, необходимом для повышения частоты вращения турбины до требуемого уровня (например, порогового уровня, основанного на требовании крутящего момента). В одном из примеров величина первого вторичного впрыска топлива (показанная на 410) может быть большей, чем величина второго впрыска топлива (показанного на 412). В еще одном примере величина первого и второго впрысков топлива может быть по существу равной. Кроме того, энергия зажигания (график 420), требуемая для сжигания первого количества топлива во время такта сжатия, может быть большей, чем энергия зажигания, требуемая для сжигания второго количества топлива во время такта выпуска. Как обсуждено на фиг. 3, энергия зажигания, требуемая во время соответственных тактов сжатия и выпуска, может определяться в качестве функции давления в цилиндре. Как обсуждено выше, давления в цилиндре могут быть более высокими во время такта сжатия, чем во время такта выпуска. Поэтому более высокая (например, большей величины) энергия зажигания может требоваться, чтобы инициировать сгорание первого количества топлива во время такта сжатия, по сравнению с энергией зажигания, требуемой для инициирования сгорания второго количества топлива во время вторичного впрыска топлива в такте выпуска. Кроме того, во время многочисленных вторичных впрысков топлива в такте выпуска сгорание последующих вторичных впрысков топлива может инициироваться с использованием более низкой энергии зажигания. Как описано выше, энергия зажигания для вторичных впрысков топлива может быть основана на одном или более из величины вторичного впрыска топлива (например, количества впрыскиваемого топлива), давления в цилиндре, установки момента зажигания, временных характеристик впрыска топлива, энергии зажигания первого впрыска топлива и имеющихся в распоряжении времен выдерживания. Например, энергия зажигания искры (показанная на 416) для сжигания первой величины вторичного впрыска топлива может быть большей, чем энергия зажигания искры (показанная на 418) для второй величины вторичного впрыска топлива. Установки момента зажигания также могут быть основаны на временных характеристиках впрыска.
Кроме того, временные характеристики второго впрыска топлива (то есть вторичного впрыска топлива) могут настраиваться на основании требования крутящего момента и потенциальной потери крутящего момента. Например, во время начальных стадий события нажатия педали акселератора (таких как из установившихся условий холостого хода или без наддува), когда формируется повышенное требование крутящего момента, временные характеристики подачи второго впрыска топлива могут настраиваться на более позднюю фазу такта выпуска, чтобы уменьшать отрицательный крутящий момент. Постепенно, по мере того как вырабатывается больший крутящий момент, временные характеристики подачи второго впрыска топлива могут настраиваться на более раннюю фазу такта выпуска.
Установка момента зажигания для инициирования сгорания впрыска топлива и вторичного впрыска топлива может настраиваться для эффективного сгорания топлива, формирования крутящего момента и уменьшения потери крутящего момента. Например, установка момента зажигания для сжигания первого количества топлива может настраиваться на MBT. В качестве альтернативы установка момента зажигания для первого количества топлива может настраиваться на основании предела детонации.
Во время вторичного впрыска топлива установка момента зажигания может настраиваться, так что искра подается, чтобы совпадать с окончанием впрыска. В одном из примеров установка момента зажигания может подвергаться запаздыванию, если тепло требуется в турбонагнетателе или системе последующей очистки отработавших газов. В еще одном примере искра может выдаваться во время впрыска. Например, искра может выдаваться после 30% вторичного впрыска топлива, сопровождаемых повторным возбуждением искры после окончания впрыска.
Таким образом, временные характеристики подачи вторичного впрыска топлива и установка момента зажигания и энергия для сжигания вторичного впрыска топлива могут настраиваться, тем самым выдавая дополнительную энергию отработавших газов, которая может использоваться по меньшей мере частично для уменьшения запаздывания турбонагнетателя, когда повышение требования крутящего момента является большим чем пороговое значение, и/или для уменьшения длительности для розжига каталитического нейтрализатора, когда температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов находятся ниже пороговой температуры.
Обращаясь к фиг. 5, график 500 показывает примерные события вторичного впрыска топлива могут выполняться во время разгона из установившихся условия и условий холодного запуска. Более точно положение педали акселератора показано на графике 502, требование крутящего момента показано на графике 503, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов показана на графике 504 с пороговой рабочей температурой для каталитического нейтрализатора отработавших газов, показанной на графике 506, требуемое (то есть пороговое) MAP, основанное на требовании крутящего момента, показано на графике 508, фактическое изменение MAP во время работы двигателя с вторичным впрыском топлива показано на графике 512, фактическое изменение MAP во время работы двигателя без вторичного впрыска топлива показано на графике 510, топливо-воздушное соотношение (AFR) во время первого впрыска топлива в такте впуска показано на графике 516 относительно стехиометрии (указанной на 514), общее AFR сгорания показано на графике 518 относительно стехиометрии (указанной на 520), выбросы NOx в качестве показателя каталитической активности показаны на графике 522 относительно порогового уровня выбросов, указанного под 524, и активность вторичного впрыска топлива показана на графике 526. В одном из примеров выбросы NOx могут оцениваться на основании датчика NOx, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов. В еще одном примере когда датчик NOX отсутствует, выбросы через каталитический нейтрализатор могут контролироваться посредством сравнения коэффициентов переключения между UEGO перед каталитическим нейтрализатором (расположенным выше по потоку от каталитического нейтрализатора) и HEGO после каталитического нейтрализатора (расположенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора). График 500 начерчен в зависимости от времени по оси x.
До t1 транспортное средство, в котором установлен двигатель, может быть разгоняющимся из условий холодного запуска. Соответственно, повышение ускорения показано в качестве увеличения положения педали (график 502). Вследствие условий холодного запуска каталитический нейтрализатор может быть работающим на температуре, более низкой, чем пороговая температура (график 504). Кроме того, вследствие разгона из условий холодного запуска повышение требования крутящего момента может находиться выше порогового повышения требования крутящего момента (график 503, пороговое значение не указано). Пороговое повышение требования крутящего момента может быть основано на повышении запрашиваемого наддува, которое дает в результате запаздывание турбонагнетателя. Следовательно, для того чтобы сокращать время, требуемое для удовлетворения требования крутящего момента и повышения температуры каталитического нейтрализатора, может выполняться вторичный впрыск топлива (график 526). Другими словами, вторичный впрыск топлива может выполняться, чтобы быстрее повышать частоту вращения турбины и тем самым уменьшать запаздывание турбонагнетателя. Энергия отработавших газов от вторичного впрыска топлива может дополнительно использоваться для сокращения времени, требуемого, чтобы каталитический нейтрализатор отработавших газов достигал пороговой рабочей температуры. Во время работы двигателя с вторичным впрыском топлива первый впрыск топлива может выполняться, давая в результате бедное топливо-воздушное соотношение (график 516), а второй впрыск топлива может выполняться (то есть вторичный впрыск топлива) с вторым количеством топлива, настраиваемым из условия чтобы общее AFR находилось на стехиометрии или было слегка обогащенным (график 518). Избыточный кислород, обусловленный обедненной работой во время первого впрыска топлива, может использоваться для сжигания вторичных впрысков топлива. Кроме того, MAP и выбросы NOx могут контролироваться во время вторичных впрысков топлива. До t1 действующее MAP (график 512) может быть более низким, чем требуемое MAP (график 508), а выбросы NOx могут быть ниже чем пороговый уровень 524 выбросов (график 522). Вторичный впрыск топлива может выполняться до тех пор, пока MAP не достигает порогового давления, пороговое давление основано на уровне наддува, создающем требование крутящего момента. В некоторых примерах частота вращения турбины может контролироваться (не показана) дополнительно или в качестве альтернативы относительно пороговой частоты вращения турбины, пороговая частота вращения турбины основан на частоте вращения турбины, создающей наддув для требования крутящего момента. В t1 и между t1 и t2 вторичный впрыск топлива может продолжать подаваться, так чтобы энергия вторичного сгорания топлива могла использоваться для приведения действующего MAP к пороговому MAP (например, требуемому MAP). Дополнительно, энергия отработавших газов от вторичного впрыска топлива может использоваться для повышения температуры каталитического нейтрализатора до пороговой температуры. В некоторых примерах несгоревшее топливо от вторичного впрыска топлива может взаимодействовать с кислородом в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, давая в результате сгорание в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов, которое может вносить дополнительный вклад в направлении улучшения розжига каталитического нейтрализатора.
В t2 действующее MAP может достигать порогового MAP и, следовательно, вторичный впрыск топлива может завершаться (например, прекращаться), а работа двигателя может продолжаться на впрыске топлива без вторичного впрыска топлива. Если вторичный впрыск топлива не используется, когда повышение требования крутящего момента является большим чем пороговое значение, время, требуемое, чтобы турбина достигала требуемой частоты вращения, может быть более длительным, а следовательно, время, требуемое, чтобы MAP достигало требуемого MAP, может быть более длительным (смотрите график 510, где время, требуемое для действующего MAP, продолжается за пределами t2 для примера, где вторичный впрыск не используется). Таким образом, посредством выполнения вторичных впрысков топлива время, требуемое для выдачи требуемого водителем крутящего момента, может сокращаться. Другими словами, посредством выполнения вторичных впрысков топлива может уменьшаться запаздывание турбонагнетателя.
Между t2 и t3 двигатель может работать в установившихся условиях, во время которых повышение требования крутящего момента может быть меньшим чем пороговое значение. Кроме того, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов может находиться выше пороговой температуры 506. Следовательно, вторичный впрыск топлива может не выполняться. Взамен впрыск топлива может происходить во время такта сжатия, а не во время такта выпуска. Общее AFR может поддерживаться близко к стехиометрии. В других примерах AFR может настраиваться выше или ниже стехиометрии на основании условий эксплуатации двигателя. Между t3 и t4 ускорение может уменьшаться (например, вследствие отпускания педали акселератора), и может понижаться нагрузка двигателя. Как результат, требование крутящего момента может быть более низким чем пороговое значение и двигатель может работать в условиях без наддува. Кроме того, температура каталитического нейтрализатора может находиться выше пороговой рабочей температуры 506. Следовательно, вторичный впрыск топлива может не выполняться.
Кроме того, между t4 и t5 двигатель может работать в установившихся условиях без наддува. По существу требование крутящего момента может не возрастать и каталитический нейтрализатор может быть работающим на или выше пороговой температуры 506. Следовательно, двигатель может работать без вторичного впрыска топлива.
Затем, в t5, вследствие изменения работы транспортного средства, такой как запрошенный водителем разгон, может быть повышение требования крутящего момента, большее чем пороговое значение. Следовательно, наддув может требоваться для удовлетворения требования крутящего момента. Для того чтобы сокращать время, требуемое для раскручивания турбины до требуемой частоты вращения и уменьшать запаздывание турбонагнетателя, может выполняться вторичный впрыск топлива (график 526). Как обсуждено в материалах настоящей заявки, во время работы двигателя с вторичным впрыском топлива первое количество топлива, дающее в результате бедное топливо-воздушное соотношение (например, топливо-воздушное соотношение, более бедное чем стехиометрия), может подаваться во время такта впуска, и первое количество топлива может сжигаться во время такта сжатия. Впоследствии может выполняться вторичный впрыск топлива, во время которого второе количество топлива может подаваться и сжигаться во время такта выпуска. Второе количество топлива может настраиваться, из условия чтобы общее AFR находилось на стехиометрии или было слегка обогащенным. Энергия отработавших газов от вторичного сгорания топлива может частично использоваться для раскручивания турбины и приведения турбины на требуемую частоту вращения в более быстром темпе. В t6 действующее MAP может достигать требуемого MAP, а выбросы NOx могут возрастать выше порогового значения. Например, каталитическая активность может убывать в результате повышенного окисления каталитического нейтрализатора, вызывающего пониженное восстановление NOx в отработавших газах. Повышенное окисление каталитического нейтрализатора отработавших газов может происходить вследствие бедного топливо-воздушного соотношения во время сгорания первого количества топлива, когда выполняется вторичный послевпрыск топлива. По достижении требуемого MAP, вторичный впрыск топлива может завершаться.
Должно быть отмечено, что, когда двигатель эксплуатируется с вторичным впрыском топлива, время, требуемое для достижения требуемого MAP (график 512), является меньшим, чем время, требуемое, если бы двигатель эксплуатировался без вторичного впрыска топлива (график 510). Между t6 и t7 и за пределами t7 повышение требования крутящего момента может не быть большим чем пороговое значение, а каталитический нейтрализатор отработавших газов может находиться на или выше рабочей температуры. Поэтому вторичный впрыск топлива может не выполняться.
Таким образом, вторичный впрыск топлива может выполняться согласно способу для двигателя, содержащему впрыск и (впоследствии) воспламенение первого количества сжиженного нефтяного газа (LPG) с первой энергией зажигания во время такта сжатия события сгорания в цилиндре, когда повышение требования крутящего момента является меньшим чем пороговое значение; и во время повышения требования крутящего момента, большего чем пороговое значение, впрыск и (впоследствии) воспламенение второго количества LPG с второй энергией зажигания во время такта выпуска события сгорания в цилиндре. Второе количество LPG является меньшим, чем первое количество LPG, и вторая энергия зажигания является меньшей, чем первая энергия зажигания. Во время повышения требования крутящего момента, большего чем пороговое значение, первое количество основано на количестве LPG, дающем в результате бедное топливо-воздушное соотношение, а второе количество основано на количестве LPG, которое завершает сжигание избыточного кислорода, являющегося результатом воспламенения первого количества LPG, и дает в результате одно или более из стехиометрического или слегка обогащенного топливо-воздушного соотношения. Второе количество дополнительно основано на повышении требования крутящего момента, второе количество возрастает с повышением требования крутящего момента. Способ дополнительно может включать в себя впрыск и последующее воспламенение второго количества LPG во время такта выпуска, когда температура каталитического нейтрализатора отработавших газов находится ниже пороговой температуры.
В еще одном примере вторичный впрыск топлива может выполняться согласно способу для двигателя, содержащему сжигание первого количества газового топлива во время такта сжатия события сгорания в цилиндре с использованием первой энергии зажигания и сжигание второго количества газового топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре с использованием второй энергии зажигания, вторая энергия зажигания ниже, чем первая энергия зажигания. Газовое топливо хранится в топливном баке для жидкого топлива в качестве сжиженного нефтяного газа (LPG). Первое количество основано на количестве топлива, дающем в результате бедное топливо-воздушное соотношение, а второе количество основано на частоте вращения турбины относительно пороговой частоты вращения турбины и бедном топливо-воздушном соотношении, пороговая частота вращения турбины основана на повышении требования крутящего момента. Когда второе количество топлива сжигается во время холодного запуска, второе количество основано на температуре каталитического нейтрализатора относительно пороговой температуры во время холодного запуска. Способ дополнительно может включать в себя сжигание второго количества в ответ на повышение требования крутящего момента, большее чем пороговое значение.
Кроме того, вторая энергия зажигания основана на одном или более из установки момента зажигания для второго количества (например, установки опережения зажигания для второго количества), второго количества и повышения требования крутящего момента, и вторая энергия зажигания возрастает с возрастанием повышения требования крутящего момента. Дополнительно, один или более параметров зажигания, в том числе время выдерживания, уровень тока и частота возбуждения искры катушки зажигания, настраиваются для получения второй энергии зажигания.
В еще одном другом примере вторичный впрыск топлива может выполняться на основании способа для двигателя, содержащего во время первого состояния, воспламенение первого количества сжиженного нефтяного газа (LPG) во время такта сжатия события сгорания в цилиндре и воспламенение второго количества топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре; и во время второго состояния, при котором повышение требования крутящего момента находится ниже порогового значения, воспламенение третьего количества топлива во время такта сжатия события сгорания в цилиндре и не впрыскивание никакого топлива во время такта выпуска события сгорания в цилиндре, первое количество является большим, чем второе количество. Кроме того, первое состояние может включать в себя одно или более из повышения требования крутящего момента, являющегося большим чем пороговое значение и температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов, находящейся ниже, чем пороговая температура. Способ дополнительно может содержать, во время воспламенения второго количества топлива, настройку одного или более параметров искрового зажигания на основании требуемой энергии зажигания, требуемая энергия зажигания основана на повышении требования крутящего момента.
Таким образом, выполнение вторично впрыска топлива во время переходных условий может сокращать длительность для разгона турбонагнетателя до требуемой частоты вращения и выдачи требуемого наддува. Дополнительно, выполнение вторичного впрыска топлива во время условий холодного запуска может сокращать длительность, чтобы каталитический нейтрализатор отработавших газов прогревался до пороговой рабочей температуры. Посредством искрового зажигания топлива во время вторичного впрыска топлива может уменьшаться потеря тепла в камеру сгорания. Кроме того, посредством использования топлива, такого как LPG, которое впрыскивается в газовой форме, может уменьшаться формирование сажи и твердых частиц. Таким образом, посредством впрыска и сжигания второго количества топлива во время такта выпуска события сгорания в двигателе в ответ на запаздывание турбонагнетателя и/или температуру каталитического нейтрализатора отработавших газов достигается технический результат, тем самым уменьшая запаздывание турбонагнетателя и улучшая розжиг каталитического нейтрализатора.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машинно-читаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Будет принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Объект патентования настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в объект патентования настоящего раскрытия.