СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА ПРИ ПОСТОЯННОМ И ПЕРЕМЕННОМ ДАВЛЕНИИ
METHOD (EMBODIMENTS) AND SYSTEM FOR FUEL INJECTION AT CONSTANT AND VARIABLE PRESSURE

Область техники
Настоящее изобретение относится к системам и способам управления топливными форсунками двигателя внутреннего сгорания. Способы могут быть прежде всего применимы к двигателям, оснащенным топливными форсунками распределенного впрыска и/или непосредственного впрыска высокого давления.
Уровень техники и сущность изобретения
Системы непосредственного впрыска (НВ) топлива имеют некоторые преимущества перед системами распределенного впрыска топлива. Например, системы непосредственного впрыска топлива могут сильнее охлаждать воздушный заряд, подаваемый в цилиндры двигателя, в результате чего цилиндры двигателя могут работать с более высокой степенью сжатия, не вызывая нежелательной детонации двигателя. Однако при высоких частотах вращения и нагрузках двигателя топливные форсунки непосредственного впрыска могут не справляться с подачей требуемого количества топлива в цилиндр, поскольку продолжительность такта цилиндра в этом случае сокращается и может оказаться недостаточной для подачи форсункой в цилиндр требуемого количества топлива. В результате этого двигатель может развивать мощность меньше требуемой при более высокой частоте его вращения и нагрузках. Кроме того, системы непосредственного впрыска могут быть более предрасположены к выбросу твердых частиц.
Системы непосредственного впрыска очень высокого давления были разработаны для снижения выбросов твердых частиц и разжижения топлива маслом. Например, если номинальное максимальное давление непосредственного впрыска находится в диапазоне 150 бар, то системы НВ более высокого давления могут работать в диапазоне 250-800 бар.
Один из недостатков систем НВ высокого давления состоит в том, что в случае, если двигатель оснащен одновременно системами непосредственного впрыска и распределенного впрыска топлива (системы НВ-РВТ), при низком давлении функционирует лишь система распределенного впрыска. Другими словами, распределенный впрыск топлива при высоком давлении (более 5 бар) может быть невозможен без задействования дополнительного специального насоса. По этой причине, несмотря на возможные условия, при которых желательно создать высокое давление распределенного впрыска топлива, установка дополнительного насоса для повышения давления системы распределенного впрыска может повысить стоимость и усложнить конструкцию. Другой недостаток таких систем НВ высокого давления состоит в том, что динамический диапазон форсунок может быть ограничен давлением топливной рампы. В частности, если давление в рампе очень высокое, а двигатель должен работать при пониженной нагрузке, длительность импульса форсунки непосредственного впрыска может быть очень малой. В таких условиях малой длительности импульса форсунка непосредственного впрыска может работать очень неравномерно. Кроме того, при очень малой длительности импульса форсунка непосредственного впрыска может даже не открыться. Такие условия могут привести к значительным погрешностям в подаче топлива.
В одном из примеров вышеуказанную проблему можно, по меньшей мере, частично решить следующим способом для двигателя, содержащим: работу топливного насоса высокого давления для подачи топлива при переменном давлении в первую топливную рампу, соединенную с топливными форсунками непосредственного впрыска, а при постоянном давлении - во вторую топливную рампу, соединенную с топливными форсунками распределенного впрыска, при этом подачей топлива управляют посредством механического перепускного клапана насоса, причем вторая рампа соединена с впуском насоса, при этом первая рампа соединена с выпуском насоса. В этом случае особая конструкция топливных рамп по отношению к топливному насосу высокого давления, а также использование механического перепускного клапана и различных дополнительных обратных клапанов позволяют использовать один топливный насос высокого давления для обеспечения значительно более высокого давления распределенного впрыска топлива.
Например, топливная система может быть выполнена с топливоподкачивающим насосом низкого давления и насосом впрыска высокого давления. Насос высокого давления может быть поршневым. Производительность насоса впрыска высокого давления можно регулировать механически, а не электронно, с помощью электромагнитного клапана (ЭМК). По меньшей мере, один обратный клапан и один клапан сброса давления (или предохранительный клапан давления) могут быть соединены между топливоподкачивающим насосом и насосом впрыска. Первая топливная рампа, подающая топливо в топливные форсунки непосредственного впрыска, может быть соединена с выпуском насоса впрыска через обратный клапан и клапан сброса давления. Аналогичным образом, вторая топливная рампа, подающая топливо в форсунки распределенного впрыска, может быть соединена с впуском насоса впрыска также через обратный клапан и клапан сброса давления. Неработающий ЭМК позволяет намного больше повысить постоянное давление второй топливной рампы относительно давления, которое создает топливоподкачивающий насос. Например, давление второй топливной рампы, подающей топливо в форсунки распределенного впрыска, можно повысить до того же уровня, что и минимальное давление первой топливной рампы, подающей топливо в форсунки непосредственного впрыска (например, 15 бар). Давление первой топливной рампы можно дополнительно увеличивать и изменять, регулируя производительность насоса с помощью ЭМК. Таким образом, на основе рабочих условий двигателя топливо можно подавать при высоком давлении в цилиндр двигателя посредством распределенного и/или непосредственного впрыска. Кроме того, в условиях, когда подача топлива через непосредственный впрыск высокого давления ограничена, например, во время холодного запуска (или запуска при предельно низкой температуре), или если выброс отработавших газов ограничен твердыми частицами, тогда непосредственный впрыск можно отключить, а топливо подавать через один или несколько распределенных впрысков высокого давления.
Таким образом, распределенный впрыск топлива можно обеспечить при давлении топлива выше стандартного давления, обеспечиваемого топливоподкачивающим насосом. В частности, вытеснительный насос высокого давления можно успешно использовать для обеспечения переменного высокого давления, подаваемого в первую топливную рампу непосредственного впрыска, при этом обеспечивая постоянное высокое давление в топливной рампе распределенного впрыска. При повышении стандартного для распределенного впрыска давления до уровня минимального давления непосредственного впрыска можно получить различные преимущества распределенного впрыска высокого давления. Например, топливо можно подавать через распределенный впрыск высокого давления без каких либо осложнений, связанных с твердыми частицами, характерных для непосредственного впрыска. Кроме того, небольшое количество/объем топлива подается через распределенный впрыск более точно, в то время как непосредственный впрыск такого же количества ограничен длительностью импульса или динамическим диапазоном топливной форсунки непосредственного впрыска. В целом, увеличивается эффективность впрыска топлива и снижаются погрешности в подаче топлива, что повышает производительность двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые раскрыты более подробно ниже. Оно не предназначено для определения ключевых или основных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, содержание которого определено уникально формулой изобретения, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, устраняющими какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 схематически представлен примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
На ФИГ. 2 схематически представлен примерный вариант осуществления топливной системы, выполненной с возможностью механической регулировки распределенного впрыска высокого давления и непосредственного впрыска высокого давления, которую можно использовать с двигателем, представленным на ФИГ. 1.
На ФИГ. 3 представлена блок-схема способа для работы насоса высокого давления для обеспечения постоянного высокого давления в топливной рампе распределенного впрыска и переменного высокого давления в топливной рампе непосредственного впрыска.
На ФИГ. 4 представлен пример профилей впрыска топлива, который может использовать топливная система, представленная на ФИГ. 2, во время холодного запуска двигателя.
На ФИГ. 5 представлена блок-схема способа для выбора между системой распределенного впрыска высокого давления и системой непосредственного впрыска высокого давления для охлаждения воздушного заряда для решения проблемы детонации в цилиндре.
На ФИГ. 6 представлен пример регулировки впрыска топлива с использованием системы распределенного и непосредственного впрыска высокого давления для решения проблемы детонации в цилиндре согласно настоящему раскрытию.
Осуществление изобретения
В настоящем подробном описании приведена информация, относящаяся к топливному насосу высокого давления и системе для механической регулировки давления в каждой из рамп распределенного и непосредственного впрыска топлива. Примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания представлен на ФИГ. 1, а на ФИГ. 2 изображена топливная система, которую может использовать двигатель, представленный на ФИГ. 1. Насос высокого давления с механической регулировкой давления и соответствующими компонентами топливной системы, подробно показанными на ФИГ. 2, обеспечивает использование топливной рампы распределенного впрыска при давлении, превышающем стандартное давление топливоподкачивающего насоса, обеспечивая при этом использование топливной рампы непосредственного впрыска в диапазоне высокого переменного давления. Способ для выбора режима впрыска топлива и регулировки давления, по меньшей мере, рампы непосредственного впрыска, показан со ссылкой на ФИГ. 3. Например, распределенный впрыск можно использовать при холодном запуске двигателя в связи с ограниченным динамическим диапазоном форсунок непосредственного впрыска высокого давления при таких условиях, как показано на ФИГ. 4. Кроме того, как показано на ФИГ. 5, впрыск топлива, уменьшающий детонацию, можно регулировать между распределенным и непосредственным впрыском высокого давления на основе требований по охлаждению воздушного заряда, чтобы избежать проблем, связанных с динамическим диапазоном работы форсунки непосредственного впрыска в различных рабочих условиях. Пример регулировки впрыска топлива показан на ФИГ. 6.
В терминологии, используемой в настоящем подробном описании, термины «насос высокого давления» или «топливный насос непосредственного впрыска» могут быть сокращены как «насос ВД» или «топливный насос НВ», соответственно. Кроме того, термин «насос низкого давления» или «топливоподкачивающий насос» могут быть сокращены до «насос НД». Словосочетание «распределенный впрыск топлива» может быть сокращено до «РВТ», а термин «непосредственный впрыск» - до «НВ». Также, термин «давление в топливной рампе» или значение давления топлива в топливной рампе могут быть сокращены до аббревиатуры «ДТР». Кроме того, впускной обратный клапан с механическим приводом для управления подачей топлива в насос ВД может называться как «перепускной клапан». Как описано более подробно далее, насос ВД, имеющий механическую регулировку давления без использования впускного клапана с электронным управлением, может называться как «насос ВД с механическим управлением» или «насос ВД с механической регулировкой давления». Насосы ВД с механическим управлением без использования впускных клапанов с электронным управлением для регулировки объема перекачиваемого топлива могут обеспечивать одно или более дискретных значений давления на основе выбора электронного управления.
На ФИГ. 1 изображен пример камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере, частично управляющей системой, содержащей контроллер 12, а также посредством команд оператора 130 автомобиля, подаваемых через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр (далее по тексту также называемый «камера сгорания») 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенными внутри них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен, по крайней мере, с одним приводным колесом пассажирского автомобиля через трансмиссионную систему. Дополнительно, стартер (не показан) может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для запуска двигателя 10.
Впуск воздуха в цилиндр 14 может осуществляться через несколько впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может соединяться с другими цилиндрами двигателя 10 (помимо цилиндра 14). В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут содержать нагнетающее устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на ФИГ. 1 показан двигатель 10, выполненный с возможностью установки турбонагнетателя, с компрессором 174, установленным между впускными каналами 142 и 144, а также газовой турбиной 176, установленной на выпускном канале 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере, частично приводиться в действие газовой турбиной 176 через вал 180, при этом устройство наддува выполнено как турбонагнетатель. Однако в других вариантах осуществления, когда двигатель 10 оснащен нагнетателем, газовая турбина 176 не является обязательной и может не использоваться, если компрессор 174 может приводиться в действие механически при помощи двигателя. Дроссель 162, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть установлен на впускном канале двигателя для изменения расхода и/или давления воздуха на впуске, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть установлен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или в другом варианте осуществления он может быть установлен выше по потоку от компрессора 174.
Отработавшие газы могут поступать в выпускной канал 148 из других цилиндров двигателя 10 (помимо цилиндра 14). Датчик 128 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 контроля токсичности. Датчик 128 может быть выбран из различных подходящих датчиков, показывающих воздушно-топливное отношение в отработавших газах, например, линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (в соответствии с изображением), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ). датчик оксидов азота (OA), углеводородов (НС) или монооксида углерода (СО). Устройство 178 контроля токсичности может быть представлено трехкомпонентным нейтрализатором (ТКН), уловителем оксидов азота, иными различными устройствами контроля токсичности или их комбинациями.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 изображен с как минимум одним впускным тюльпанообразным клапаном 150 и как минимум одним выпускным тюльпанообразным клапаном 156, установленными в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый из цилиндров двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может содержать как минимум два выпускных тюльпанообразных клапана, установленных в верхней части цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством привода 152. Подобным же образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством привода 154. При определенных условиях контроллер 12 может изменять сигналы, отправляемые приводам 152 и 154 для управления открытием и закрытием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно определять с помощью соответствующих датчиков положения клапана (не показаны). Приводы клапанов могут быть электрического типа или кулачкового типа или их комбинацией. Фазами газораспределения для впускного и выпускного клапана можно управлять одновременно, или можно использовать любой вариант изменения фаз кулачкового распределения впускных клапанов, выпускных клапанов, двойное независимое изменение фаз кулачкового распределения или постоянную регулировку фаз кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может содержать один или более кулачков и может использовать одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для регулировки работы клапанов. Например, цилиндр 14 в других случаях может содержать впускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью кулачкового привода, в том числе ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления впускным и выпускным клапаном можно управлять с помощью общего привода клапана или приводной системы, либо с помощью привода изменения фаз газораспределения или приводной системы.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является соотношением объемов, когда поршень 138 находится в нижней точке, и когда он находится верхней точке. В одном из вариантов осуществления степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании различных видов топлива, степень сжатия может быть увеличена. Это возможно, например, при использовании топлива с более высоким октановым числом или с более высокой потенциальной энтальпией парообразования. Степень сжатия также можно увеличить при непосредственном впрыске из-за его влияния на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может дать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (03) для свечи от контроллера 12 в выбранном режиме работы. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, если в двигателе 10 сгорание инициируется за счет самовозгорания или впрыска топлива, как, например, в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для впрыска топлива. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 показан с двумя топливными форсунками 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, полученного из топливной системы 8. Как показано на ФИГ. 2 и 3, топливная система 8 может содержать один или более топливных баков, топливных насосов и топливных рамп. Топливная форсунка 166 изображена присоединенной напрямую к цилиндру 14 для непосредственного впрыска топлива в него пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ДИВТ-1), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск (далее по тексту называемый «НВ») топлива в цилиндр 14 сгорания. На ФИГ. 1 показана топливная форсунка 166, расположенная на одной из сторон цилиндра 14, но как альтернативный вариант она может быть установлена над поршнем, например рядом со свечой 192 зажигания. Такое положение может улучшить смешивание и сгорание, когда двигатель работает на спиртовом топливе, поскольку некоторые виды спиртового топлива имеют более низкую испаряемость. В альтернативном варианте осуществления топливная форсунка устанавливается над и рядом с впускным клапаном, улучшая смешивание. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливного бака топливной системы 8 через топливный насос высокого давления и топливную рампу. Дополнительно, топливный бак может иметь датчик давления, передающий сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана установленной во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, и такая конфигурация обеспечивает так называемый распределенный впрыск топлива (далее по тексту называемый РВТ) во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо, поступающее из топливной системы 8, пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ДИВТ-2), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Следует отметить, что один драйвер 168 или 171 можно использовать для обеих системы впрыска топлива, или могут использоваться несколько драйверов, например драйвер 168 для топливной форсунки 166 и драйвер 171 для топливной форсунки 170, как изображено.
В другом примере каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как топливная форсунка для непосредственного впрыска топлива в цилиндр 14. Еще в одном из примеров каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как топливная форсунка для распределенного впрыска для впрыска топлива выше по потоку от впускного клапана 150. В других вариантах осуществления цилиндр 14 может содержать только одну топливную форсунку, выполненную с возможностью получения разных типов топлива из топливной системы в разных относительных количествах как топливную смесь; и дополнительно выполненную с возможностью впрыска этой топливной смеси либо непосредственно в цилиндр (как топливная форсунка непосредственного впрыска), либо выше по потоку от впускных клапанов (как топливная форсунка распределенного впрыска). Таким образом, следует понимать, что топливные системы, раскрытые в настоящем документе, не ограничиваются конкретными конфигурациями топливных форсунок, раскрытых в настоящем документе в качестве примеров.
Топливо в цилиндр могут подавать обе форсунки во время одного цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть от общего количества впрыскиваемого топлива, которое сгорает в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительный объем топлива, подаваемого каждой форсункой, может изменяться в зависимости от рабочих условий, например, нагрузки двигателя, детонации и температуры отработавших газов, как раскрыто далее в настоящем документе. Топливо распределенного впрыска может подаваться при открытии впускного клапана, закрытии впускного клапана (например, фактически перед тактом впуска), а также при работе с открытым и с закрытым впускным клапаном. Аналогично, непосредственно впрыскиваемое топливо может подаваться во время такта впуска и частично во время предшествующего такта выхлопа, во время такта впуска и частично во время такта сжатия. Таким образом, даже для одного события сгорания топлива впрыскиваемое топливо может быть впрыснуто в различные моменты форсункой распределенного впрыска и форсункой непосредственного впрыска. Кроме того, для одного события сгорания топлива может выполняться несколько актов впрыска топлива в течение одного цикла. Несколько актов впрыска могут выполняться в такте сжатия, такте впуска или в любой подходящей их комбинации.
В соответствии с вышеуказанным описанием, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Соответственно, каждый из цилиндров может таким же образом иметь собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что у двигателя 10 может быть любое соответствующее количество цилиндров, включая варианты с 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или большим количеством цилиндров. Более того, каждый из таких цилиндров может содержать несколько или все из различных компонентов, раскрытых и изображенных на ФИГ. 1 применительно к цилиндру 14.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Такие отличия могут относиться к размерам - например, одна форсунка может иметь отверстие большего размера по сравнению с другой форсункой. К другим отличиям, в частности, относятся разные углы распыла, разные рабочие температуры, разное направление, разный расчет времени впрыска, разные характеристики распыления, разные места расположения и т.д. Более того, в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива для форсунок 170 и 166 могут достигаться различные результаты.
В топливных баках топливной системы 8 может находиться топливо различного типа, например, с различными характеристиками или различным составом. К этим различиям может относиться разное содержание спирта, воды, разные октановые числа, разная теплота парообразования, разные топливные смеси и/или их комбинации и т.д. Один из примеров топлива с разной теплотой парообразования может содержать бензин в качестве первого типа топлива с меньшей теплотой парообразования и этанол в качестве второго типа топлива с большей теплотой парообразования. В другом примере в двигателе можно использовать бензин в качестве первого типа топлива и спиртосодержащую топливную смесь, такую как Е85 (приблизительно состоящая из 85% этанола и 15% бензина) или М85 (приблизительно состоящая из 85% метанола и 15% бензина), в качестве второго типа топлива. К прочим подходящим веществам относится вода, метанол, смесь спирта и воды, смесь воды и метанола, смесь спиртов и т.д.
В другом примере оба типа топлива могут быть спиртосодержащими смесями с различным содержанием спирта, причем первый тип топлива может быть смесью бензина и спирта с меньшей концентрацией спирта, например ЕЮ (приблизительное содержание этанола - 10%), а второй тип топлива может быть смесью бензина и спирта с большей концентрацией спирта, например Е85 (приблизительное содержанием этанола - 85%). Кроме того, первый и второй типы топлива также могут различаться по другим параметрам - температура, вязкость, октановое число и т.д. Кроме того, характеристики топлива в одном или обоих топливных баках могут зачастую варьироваться, например из-за межсуточных колебаний, вызванных доливом топлива в бак.
На ФИГ. 1 показан контроллер 12 в качестве микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 106, порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, показанную в качестве постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 110 в данном конкретном примере для хранения исполняемых инструкций, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 112, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. На основе сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя ЧВД. Сигнал давления воздуха в коллекторе, поступающий от датчика давления в коллекторе, можно использовать для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.
ФИГ. 2 схематически изображает примерный вариант 200 осуществления топливной системы, такой как топливная система 8 на ФИГ. 1. Топливная система 200 может управляться для подачи топлива в двигатель, такой как двигатель 10 на ФИГ. 1. Топливная система 200 может управляться контроллером для выполнения некоторых или всех операций, описываемых со ссылкой на технологические последовательности на ФИГ. 4.
Топливная система 200 содержит бак 210 хранения топлива для хранения топлива на борту автомобиля, топливный насос 212 низкого давления (ННД) (также в настоящем документе называемый топливоподкачивающим насосом 212) и топливный насос 214 повышенного давления (также называемый в настоящем документе насосом 214 впрыска топлива). Топливо может поступать в топливный бак 210 через топливный заправочный канал 204. В одном из примеров ННД 212 может представлять собой электрический топливный насос низкого давления, расположенный по крайней мере частично в топливном баке 210. ННД 212 может управляться контроллером 222 (например, контроллером 12, изображенным на ФИГ. 1) для подачи топлива в НВД 214 через топливный канал 218. ННД 212 может быть выполнен с возможностью действия в качестве так называемого топливоподкачивающего насоса. В качестве одного из примеров, ННД 212 может представлять собой турбинный (например, центробежный) насос с электрическим приводом (например, постоянного тока), причем увеличение давления в насосе и/или объемный расход насоса можно регулировать, изменяя электрическую мощность, подаваемую на привод насоса, в результате чего уменьшается или увеличивается частота вращения двигателя. Например, объемный расход и/или увеличение давления в топливоподкачивающем насосе можно уменьшить за счет снижения контроллером электрической мощности, подаваемой на топливоподкачивающий насос 212. Объемный расход и/или увеличение давления на насосе можно повысить за счет повышения электрической мощности, подаваемой на топливоподкачивающий насос 212. В одном примере электрическую мощность, подаваемую на двигатель насоса пониженного давления, можно получать от генератора или другого устройства накопления энергии на борту автомобиля (не показано), в результате чего управляющая система может регулировать электрическую нагрузку, используемую для подачи питания на насос пониженного давления. Таким образом, расход и давление топлива, подаваемого на впуск топливного насоса 214 высокого давления, можно регулировать путем изменения напряжения и/или тока, подаваемого на топливный насос низкого давления.
ННД 212 может быть соединен с возможностью гидравлического сообщения с фильтром 217, выполненным с возможностью удаления мелких загрязнений, содержащихся в топливе, что могло бы привести к повреждению компонентов, взаимодействующих с топливом. В гидравлическом сообщении выше по потоку от фильтра 217 может быть расположен обратный клапан 213, который может способствовать подаче топлива и поддерживать давление в топливной линии. Если обратный клапан 213 находится выше по потоку от фильтра 217, податливость канала 218 низкого давления можно увеличить, так как фильтр может иметь большой физический объем. Кроме того, для ограничения давления топлива в канале 218 низкого давления можно использовать клапан 219 сброса давления (например, мощность от топливоподкачивающего насоса 212). Клапан 219 сброса давления может, например, иметь фиксирующийся и герметизирующий при определенном перепаде давления шаровой пружинный механизм. Заданное значение перепада давления, при котором клапан 219 сброса давления можно перевести в открытое состояние, может принимать различные соответствующие значения; в качестве не имеющего ограничительного характера примера заданное значение может составлять 6,4 бар или 5 бар изб. Отверстие 223 можно использовать для выпуска воздуха и/или паров топлива из топливоподкачивающего насоса 212. Выпуск из отверстия 223 можно использовать для подачи питания в струйный насос, обеспечивающий передачу топлива внутри топливного бака 210. В одном из примеров дроссельный обратный клапан (не показан) может быть совмещен с отверстием 223. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления топливная система 8 может иметь один или более (например, несколько) обратных клапанов, гидравлически соединенных с топливным насосом 212 низкого давления для предотвращения обратного затекания топлива выше по потоку от клапанов. В связи с этим, восходящим потоком называется поток топлива, поступающий от топливных рамп 250, 260 к ННД 212, а нисходящим потоком называется номинальный поток топлива, направленный от ННД к НВД 214 и далее к топливным рампам.
Топливо, подкачиваемое с помощью ННД 212, может подаваться при более низком давлении в топливный канал 218, ведущий к впуску 203 НВД 214. НВД 214 затем может подавать топливо в первую топливную рампу 250, соединенную с одной или более топливными форсунками первой группы форсунок 252 непосредственного впрыска (далее также именуемой первой группой форсунок). Топливо, подкачиваемое ННД 212, также может подаваться во вторую топливную рампу 260, соединенную с одной или более топливными форсунками второй группы форсунок 262 распределенного впрыска (далее также именуемой второй группой форсунок). Как указано ниже, НВД 214 можно использовать для повышения давления топлива, подаваемого в первую и вторую топливную рампу, до уровня, превышающего давление топливоподкачивающего насоса; при этом первая топливная рампа соединена с группой форсунок непосредственного впрыска, работающих с переменным высоким давлением, а вторая топливная рампа соединена с группой форсунок распределенного впрыска, работающих с постоянным высоким давлением. В результате можно использовать распределенный и непосредственный впрыск высокого давления. Топливный насос высокого давления установлен ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса низкого давления без дополнительного насоса, установленного между топливным насосом высокого давления и топливоподкачивающим насосом низкого давления.
В то время как каждая из первой топливной рампы 250 и второй топливной рампы 260 показана с возможностью распределения топлива в четыре топливные форсунки соответствующей группы форсунок 252, 262, следует понимать, что каждая из топливных рамп 250, 260 может распределять топливо между любым необходимым количеством топливных форсунок. Например, первая топливная рампа 250 может распределять топливо в одну топливную форсунку из первой группы топливных форсунок 252 для каждого цилиндра двигателя, при этом вторая топливная рампа 260 может распределять топливо в одну топливную форсунку из второй группы топливных форсунок 262 для каждого цилиндра двигателя. Контроллер 222 может отдельно приводить в действие каждую из форсунок 262 распределенного впрыска с помощью драйвера 237 распределенного впрыска и приводить в действие каждую из форсунок 252 непосредственного впрыска с помощью драйвера 238 непосредственного впрыска. Контроллер 222, драйверы 237, 238 и другие подходящие контроллеры системы двигателя могут представлять собой управляющую систему. Как показано, драйверы 237, 238 находятся снаружи контроллера 222, при этом следует отметить, что в других вариантах осуществления контроллер 222 может содержать драйверы 237, 238 или может быть выполнен с возможностью обеспечения функционирования драйверов 237, 238. Контроллер 222 может содержать дополнительные компоненты, которые не показаны, например, компоненты в контроллере 12, показанном на ФИГ. 1.
НВД 214 может быть представлен вытеснительным насосом с приводом от двигателя. В качестве одного неограничивающего примера НВД 214 может представлять собой НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ BOSCH HDP5 с электромагнитным регулирующим клапаном (например, регулятором расхода топлива, электромагнитным клапаном и др.) 236 для изменения полезного объема насоса при каждом ходе поршня насоса. Выпускной обратный клапан НВД управляется механически, а не электронно с помощью внешнего контроллера. НВД 214 может приводится в действие механически от двигателя, в отличие от моторного ННД 212. НВД 214 содержит насосный поршень 228, компрессионную камеру 205 насоса (также называемую компрессионной камерой) и операционную камеру 227. Насосный поршень 228 получает механическое входное воздействие от коленчатого вала двигателя или распределительного вала через кулачок 230, тем самым обеспечивая работу НВД согласно принципу работы одноцилиндрового насоса с кулачковым приводом. Рядом с кулачком 230 может быть расположен датчик (не показан на ФИГ. 2) для определения углового положения кулачка (например, от 0 до 360 градусов), данные о котором могут поступать в контроллер 222.
Топливная система 200 может в некоторых случаях дополнительно содержать накопитель 215. В составе системы накопитель 215 может быть расположен ниже по потоку от топливного насоса 212 низкого давления и выше по потоку от топливного насоса 214 высокого давления и может быть выполнен с возможностью удержания объема топлива, уменьшающего темп увеличения или уменьшения давления топлива между топливными насосами 212 и 214. Например, накопитель 215 может быть соединен с топливным каналом 218, как показано, или с перепускным каналом 211, соединяя топливный канал 218 с операционной камерой 227 НВД 214. Объем накопителя 215 может иметь размер, обеспечивающий работу двигателя на холостом ходу в течение заранее заданного периода времени между рабочими интервалами топливного насоса 212 низкого давления. Например, размеры накопителя 215 могут быть такими, чтобы при работе двигателя на холостом ходу для снижения давления в накопителе до уровня, при котором топливный насос 214 высокого давления не сможет поддерживать достаточно высокое давление топлива для топливных форсунок 252, 262, понадобилась бы одна или более минут. Таким образом, накопитель 215 может обеспечивать перемежающийся режим работы (или импульсный режим работы) топливного насоса 212 низкого давления. Потребление энергии снижается за счет уменьшения частоты работы ННД. В соответствии с другими вариантами осуществления накопитель 215 может по существу представлять собой часть топливного фильтра 217 и топливного канала 218 и, таким образом, может не являться отдельным элементом.
Датчик 231 давления топлива топливоподкачивающего насоса может быть расположен на топливном канале 218 между топливоподкачивающим насосом 212 и топливным насосом 214 высокого давления. При такой конфигурации показания датчика 231 могут быть интерпретированы как данные о давлении топлива топливоподкачивающего насоса 212 (например, давлении топлива на выпуске топливоподкачивающего насоса) и/или о давлении на впуске топливного насоса высокого давления. Показания датчика 231 можно использовать для оценки работы различных компонентов топливной системы 200, для определения того, достаточное ли давление топлива обеспечивается для топливного насоса 214 высокого давления, чтобы топливный насос высокого давления засасывал жидкое топливо, а не пары топлива, и/или для минимизации средней электрической мощности, подаваемой на топливоподкачивающий насос 212. Несмотря на то, что датчик 231 давления топлива топливоподкачивающего насоса показан расположенным ниже по потоку от накопителя 215, в других вариантах осуществления этот датчик может располагаться выше по потоку от накопителя.
Первая топливная рампа 250 включает в себя датчик 248 давления первой топливной рампы для индикации давления топливной рампы непосредственного впрыска для контроллера 222. Аналогично, вторая топливная рампа 260 содержит датчик 258 давления второй топливной рампы для индикации давления топливной рампы распределенного впрыска для контроллера 222. Для передачи в контроллер 222 данных о частоте вращения двигателя можно использовать датчик 233 частоты вращения двигателя. Данные о частоте вращения двигателя можно использовать для определения числа оборотов топливного насоса 214 высокого давления, так как насос 214 приводится в действие механически двигателем 202, например с помощью коленчатого вала или распределительного вала.
Первая топливная рампа 250 соединена с выпуском 208 НВД 214 вдоль топливного канала 278. Для сравнения, вторая топливная рампа 260 соединена с впуском 203 НВД 214 через топливный канал 288. Обратный клапан и клапан сброса давления могут располагаться между выпуском 208 НВД 214 и первой топливной рампой. Кроме того, клапан 272 сброса давления, установленный параллельно обратному клапану 274 в перепускном канале 279, может ограничивать давление в топливном канале 278 ниже по потоку от НВД 214 и выше по потоку от первой топливной рампы 250. Например, клапан 272 сброса давления может ограничивать давление в топливном канале 278 до 200 бар. Таким образом, клапан 272 сброса давления может ограничивать давление, которое бы в противном случае создавалось в топливном канале 278, если бы регулирующий клапан 236 был открыт (намеренно или ненамеренно), а топливный насос 214 высокого давления перекачивал топливо.
Один или более обратных клапанов и клапанов сброса давления также могут быть соединены с топливным каналом 218 ниже по потоку от ННД 212 и выше по потоку от НВД 214. Например, обратный клапан 234 может быть установлен на топливном канале 218 для уменьшения или предотвращения обратного потока топлива из насоса 214 высокого давления в насос 212 низкого давления и топливный бак 210. Дополнительно, клапан 232 сброса давления может быть установлен на перепускном канале параллельно обратному клапану 234. Клапан 232 сброса давления может ограничивать давление слева от себя до уровня на 10 бар выше давления на датчике 231.
Контроллер 222 может быть выполнен с возможностью регулирования потока топлива в НВД 214 через регулирующий клапан 236 путем подачи питания или прекращения подачи питания на электромагнитный клапан (на основе конфигурации электромагнитного клапана) синхронно с кулачковым приводом. Соответственно, электромагнитный регулирующий клапан 236 можно использовать в первом режиме, в котором клапан 236 расположен на впуске 203 НВД для ограничения (например, уменьшения) количества топлива, проходящего через электромагнитный регулирующий клапан 236. Объем поступающего топлива в топливную рампу 250 изменяется в зависимости от времени приведения в действие электромагнитного клапана. Электромагнитным клапаном также можно управлять во втором режиме, когда электромагнитный регулирующий клапан 236 фактически отключен и топливо может поступать вверх по потоку и вниз по потоку от клапана, а также в НВД 214 и из него.
Таким образом, электромагнитный регулирующий клапан 236 может быть выполнен с возможностью регулировки массы (или объема) топлива, подаваемого под давлением в топливный насос непосредственного впрыска. В одном из примеров контроллер 222 может регулировать время закрытия электромагнитного обратного клапана регулировки давления для регулировки массы топлива, подаваемого под давлением. Например, позднее закрытие клапана регулировки давления может количество массы топлива, поступающего в компрессионную камеру 205. Время открытия и закрытия электромагнитного обратного клапана можно согласовывать с фазами ходов топливного насоса непосредственного впрыска.
Клапан 232 сброса давления позволяет выпускать топливо через электромагнитный регулирующий клапан 236 в направлении ННД 212, если давление между клапаном 232 сброса давления и электромагнитным регулирующим клапаном 236 превышает заранее установленное давление (например, 10 бар). Когда электромагнитный регулирующий клапан 236 выключен (например, питание не подается), электромагнитный регулирующий клапан работает в режиме транзитной передачи, а клапан 232 сброса давления регулирует давление в компрессионной камере 205 до единственного заданного значения клапана 232 сброса давления (например, на 10 бар выше давления на датчике 231). Регулирование давления в компрессионной камере 205 обеспечивает перепад давления между днищем поршня и юбкой поршня. Давление в операционной камере 227 соответствует давлению на выпуске насоса низкого давления (например, 5 бар), а давление у днища поршня соответствует давлению регулировки клапана сброса давления (например, 15 бар). Топливо стекает за счет перепада давления с днища поршня на юбку поршня через зазор между поршнем и стенкой цилиндра насоса, увлажняя, таким образом, НВД 214.
Поршень 228 выполняет возвратно-поступательные движения вверх и вниз. НВД 214 находится в такте сжатия, когда поршень 228 двигается в направлении, уменьшающем объем компрессионной камеры 205. НВД 214 находится в такте всасывания, когда поршень 228 двигается в направлении, увеличивающем объем компрессионной камеры 205.
Выпускной обратный клапан 274 прямого потока может быть установлен ниже по потоку от выпуска 208 компрессионной камеры 205. Выпускной обратный клапан 274 открывается, пропуская топливо из выпуска насоса 208 высокого давления в топливную рампу, только когда давление на выпуске топливного насоса 214 непосредственного впрыска (например, давление на выпуске компрессионной камеры) выше давления в топливной рампе. Таким образом, в условиях, при которых работа топливного насоса непосредственного впрыска не требуется, контроллер 222 может деактивировать электромагнитный регулирующий клапан 236, а клапан 232 сброса давления регулирует давление в компрессионной камере 205 до единственного, по существу, постоянного давления во время большей части такта сжатия. Во время такта впуска давление в компрессионной камере 205 падает до величины, близкой к давлению топливоподкачивающего насоса (212). Смазывание насоса 214 НВ может происходить, если давление в компрессионной камере 205 превышает давление в операционной камере 227. Эта разность давлений может также повлиять на смазывание насоса, если контроллер 222 деактивирует электромагнитный регулирующий клапан 236. Один из результатов такого способа управления состоит в том, что давление в топливной рампе изменяется до минимального значения, приблизительно равного значению сброса давления клапана 232 сброса давления. Таким образом, клапан 232 сброса давления имеет настройку сброса давления в 10 бар, при этом давление в топливной рампе достигает 15 бар, так как данные 10 бар добавляются к 5 бар давления топливоподкачивающего насоса. В частности, топливное давление в компрессионной камере 205 регулируется в такте сжатия топливного насоса 214 непосредственного впрыска. Таким образом, смазывание насоса происходит во время, по меньшей мере, такта сжатия топливного насоса 214 непосредственного впрыска. Когда в насосе непосредственного впрыска топлива начинается такт всасывания, давление топлива в компрессионной камере может быть уменьшено, при этом некоторое количество смазочного материала может подаваться до тех пор, пока сохраняется перепад давлений. Другой клапан 272 сброса давления может быть размещен параллельно обратному клапану 274. Клапан 272 сброса давления обеспечивает выпуск потока топлива из топливной рампы 250 НВ в направлении выпуска 208 насоса, если давление в топливной рампе превышает заранее установленное давление.
Таким образом, если топливный насос непосредственного впрыска совершает поступательно-возвратные движения, поток топлива между поршнем и каналом обеспечивает достаточное смазывание насоса и его охлаждение.
Топливоподкачивающий насос может кратковременно работать в импульсном режиме, при котором работа топливоподкачивающего насоса регулируется на основе давления, рассчитанного на выпуске топливоподкачивающего насоса и впуске насоса высокого давления. В частности, в ответ на падение давления на впуске насоса высокого давления до уровня ниже давления паров топлива топливоподкачивающий насос может быть задействован до тех пор, пока давление на впуске не станет на уровне или выше давления паров топлива. В результате этого снижается риск всасывания топливным насосом высокого давления паров топлива (вместо топлива), при котором двигатель глохнет.
Следует отметить, что насос 214 высокого давления, изображенный на ФИГ. 2, представлен в качестве наглядного примера одной из возможных конфигураций насоса высокого давления. Компоненты, изображенные на ФИГ. 2, могут быть удалены и/или заменены, а дополнительные компоненты, не показанные на данном рисунке, могут быть добавлены к насосу 214; при этом сохраняется возможность подачи топлива под высоким давлением в топливную рампу непосредственного впрыска и топливную рампу распределенного впрыска.
Электромагнитный регулирующий клапан 236 также можно использовать для направления обратного потока топлива из насоса высокого давления в клапан 232 сброса давления или накопитель 215. Например, регулирующий клапан 236 можно использовать для создания и сохранения давления топлива в накопителе 215 для использования в дальнейшем. Накопитель 215 используется, в том числе, для поглощения объемного потока топлива, который возникает в результате открытия клапана 232 сброса давления при сжатии. Топливо поступает из накопителя 227 при открытии обратного клапана 234 во время такта впуска насоса 214. Накопитель 215 также используется для поглощения/создания изменений объема в операционной камере 227. Кроме того, накопитель 215 можно использовать для обеспечения перемежающегося режима работы топливоподкачивающего насоса 212, чтобы снизить среднюю входную мощность насоса при длительной работе.
Первая топливная рампа 250 непосредственного впрыска соединена с выпуском 208 НВД 214 (а не впуском НВД 214), при этом вторая топливная рампа 260 распределенного впрыска соединена с впуском 203 НВД 214 (а не выпуском НВД 214). Несмотря на то, что впускные, выпускные и аналогичные отверстия компрессионной камеры 205 раскрыты в настоящем документе, следует принять во внимание, что к компрессионной камере 205 можно подсоединить лишь одну трубку. Одна трубка может работать на впуск и на выпуск. В частности, вторая топливная рампа 260 соединена с впуском 203 НВД в месте выше по потоку от электромагнитного регулирующего клапана 236 и ниже по потоку от обратного клапана 234 и клапана 232 сброса давления. Далее, дополнительный насос между топливоподкачивающим насосом 212 и топливной рампой 260 распределенного впрыска не требуется. Как указано ниже, определенная конфигурация топливной системы с топливной рампой распределенного впрыска, соединенной с впуском насоса высокого давления через клапан сброса давления и обратный клапан, позволяет повышать давление во второй топливной рампе с помощью насоса высокого давления до постоянного значения стандартного давления, которое превышает значение стандартного давления топливоподкачивающего насоса. Таким образом, поршневой насос высокого давления обеспечивает постоянное высокое давление в топливной рампе распределенного впрыска.
Если насос 214 высокого давления не выполняет возвратно-поступательные движения, например, когда ключ находится в положении готовности к запуску двигателя, обратный клапан 244 позволяет заполнить вторую топливную рампу с давлением в 5 бар. Топливо подается в одном из двух направлений, когда рабочий объем насосной камеры становится меньше из-за движения поршня вверх. Если перепускной клапан 236 закрыт, топливо поступает в топливную рампу 250 высокого давления. Если перепускной клапан 236 открыт, топливо поступает либо в топливную рампу 250 низкого давления, либо через клапан 232 сброса давления при сжатии. Таким образом, топливный насос высокого давления подает топливо с переменным высоким давлением (например, 15-200 бар) на топливные форсунки 252 непосредственного впрыска через первую топливную рампу 250, при этом также подает топливо с постоянным высоким давлением (например, 15 бар) на топливные форсунки 262 распределенного впрыска через вторую топливную рампу 260. Переменное давление может подразумевать минимальное давление, как при постоянном давления (как в системе, изображенной на ФИГ. 2). В конфигурации, изображенной на ФИГ. 2, постоянное давление топливной рампы распределенного впрыска равняется минимальному давлению топливной рампы непосредственного впрыска, при этом оба значения превышают стандартное давление топливоподкачивающего насоса. В данном случае подачей топлива насосом высокого давления управляет регулирующий клапан (с электромагнитным приводом), расположенный выше по потоку, и дополнительно управляют различные обратные клапаны и клапаны сброса давления, соединенные с впуском насоса высокого давления. Путем регулировки работы электромагнитного регулирующего клапана давление в первой топливной рампе увеличивается с постоянного давления до переменного давления, при этом постоянное давление во второй топливной рампе сохраняется. Клапаны 244 и 242 работают в связке, чтобы обеспечить давление в 15 бар в топливной рампе 260 низкого давления во время такта впуска насоса. Клапан 242 сброса давления просто ограничивает давление, которое может создаваться в топливной рампе 250 при температурном расширении топлива. Обычный уровень сброса давления может составлять 20 бар.
Контроллер 12 также может управлять работой каждого из топливных насосов 212 и 214 для регулирования количества топлива, подаваемого в двигатель, его давления, скорости потока и т.д. В качестве одного из примеров, контроллер 12 может изменять настройки давления, величину хода насоса, команду коэффициента заполнения насоса и/или скорость потока топлива в топливных насосах для подачи топлива в разные места топливной системы. Драйвер (не показан), выполненный с возможностью электронного соединения с контроллером 222, можно использовать для подачи управляющего сигнала насосу низкого давления, если требуется, для регулировки производительности насоса низкого давления (например, его частоты вращения).
На ФИГ. 3 приведен примерный алгоритм 300 работы насоса впрыска топлива высокого давления для подачи топлива под высоким давлением в каждую топливную рампу, соединенную с форсунками распределенного впрыска, и топливную рампу, соединенную с форсунками непосредственного впрыска. Способ позволяет использовать форсунки распределенного впрыска с постоянным высоким давлением, а форсунки непосредственного впрыска - с переменным высоким давлением. Способ также позволяет использовать распределенный впрыск повышенного давления для подачи топлива в цилиндр двигателя, когда подача топлива через форсунки непосредственного впрыска ограничена, например, в связи с необходимостью использовать очень малую длительность импульса непосредственного впрыска.
На шаге 302 можно определять наличие условий холодного запуска двигателя. В одном из примеров условия холодного запуска двигателя могут подтверждаться, если температура двигателя ниже порогового значения, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже температуры активации, температура окружающей среды ниже порогового значения, и/или если истек пороговый период времени с момента предыдущего события останова двигателя. Если подтверждаются условия холодного запуска, то на шаге 304 последовательность (при условии холодного запуска двигателя) подразумевает для нескольких событий сгорания с момента запуска двигателя работу топливного насоса высокого давления для распределенного впрыска топлива в двигатель при постоянном давлении, при этом топливо впрыскивается через систему распределенного впрыска при закрытом клапане впуска. В целом, РВТ имеет меньший выброс твердых частиц, чем НВ, поэтому предпочтительнее использовать РВТ в холодных условиях, когда выброс твердых частиц особенно нежелателен. Следовательно, при холодном запуске топливо может не поступать через систему непосредственного впрыска в течение нескольких событий сгорания. В то же время, выходное давление карты расхода топлива высокого давления не может находиться на более высоком уровне при холодном запуске в связи с ограничениями, связанными с уплотнением клапана. При таких условиях холодного запуска, путем перехода на подачу топлива через распределенный впрыск высокого давления, топливо может подаваться при каждом впрыске через форсунку распределенного впрыска, и достаточное распыление топлива можно обеспечить благодаря постоянному высокому давлению в топливной рампе распределенного впрыска. Следовательно, улучшаются рабочие характеристики двигателя, касающиеся выброса твердых частиц при холодном запуске. Например, профили впрыска топлива при холодном запуске описаны ниже со ссылкой на ФИГ. 4.
На ФИГ. 4 показана карта 400 фаз газораспределения и положение поршня относительно положения двигателя для данного цилиндра двигателя. При запуске двигателя, когда двигатель находится в процессе запуска, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью регулировки профилей впрыска топлива, подаваемого в цилиндр. В частности, топливо может подаваться в соответствии с первым профилем при холодном запуске двигателя, когда подача топлива через топливные форсунки непосредственного впрыска ограничена длительностью импульса. Для сравнения, топливо может подаваться в соответствии со вторым профилем при горячем запуске двигателя, когда подача топлива через топливные форсунки непосредственного впрыска не ограничена длительностью импульса. Впрыск топлива может переходить от первого профиля ко второму профилю после запуска двигателя. В первом профиле впрыска топлива может использоваться распределенный впрыск высокого давления, создаваемого насосом высокого давления, чтобы обеспечить достаточное распыление топлива, при этом во втором профиле впрыска топлива может использоваться непосредственный впрыск высокого давления, также создаваемого насосом высокого давления, чтобы обеспечить достаточное распыление топлива.
На карте 400 показано положение двигателя вдоль оси X в градусах угла коленчатого вала (ГУКВ). На кривой 408 показаны положения поршня (вдоль оси Y) со ссылкой на их расположение от верхней мертвой точки (ВМТ) и/или нижней мертвой точки (НМТ) и также со ссылкой на их расположение в четырех тактах (впуск, сжатие, рабочий такт и выхлоп) цикла двигателя. Согласно синусоидальной кривой 408, поршень постепенно перемещается вниз от ВМТ, достигая крайнего нижнего положения в НМТ к концу рабочего такта. Поршень затем возвращается вверх в ВМТ к концу такта выхлопа. После этого поршень снова перемещается вниз в НМТ во время такта впуска, возвращаясь в свое первоначальное положение в ВМТ к концу такта сжатия.
На кривых 402 и 404 изображены фазы газораспределения для выпускного клапана (кривая 402, изображенная пунктирной линией) и впускного клапана (кривая 404, изображенная непрерывной линией) во время нормальной работы двигателя. Как показано, выпускной клапан может открываться, когда достигается юбка поршня в конце рабочего такта. Затем выпускной клапан может закрываться, когда поршень завершает такт выхлопа, оставаясь открытым, по меньшей мере, до начала последующего такта впуска. Таким же образом впускной клапан может открываться в момент такта впуска или до его начала и может оставаться открытым, по меньшей мере, до начала последующего такта сжатия.
В результате временных различий между закрытием выпускного клапана и открытием впускного клапана могут открываться как впускной, так и выпускной клапан на короткий период времени до окончания такта выхлопа и после начала такта впуска. Это период, в течение которого оба клапана могут открываться, называется положительным перекрытием 406 впускного и выпускного клапана (или просто, положительным перекрытием клапанов), представленным заштрихованной областью на пересечении кривых 402 и 404. В одном из примеров положительное перекрытие 406 впускного и выпускного клапана может быть стандартным положением кулачка двигателя при холодном запуске двигателя.
На графике 410 изображен пример профилей впрыска топлива, которые можно использовать при холодном запуске, когда система двигателя выполнена с возможностью распределенного и непосредственного впрыска топлива высокого давления через общий насос высокого давления. Профиль 410 можно использовать для улучшения распыления топлива и уменьшения количества твердых частиц, выбрасываемых вместе с отработавшими газами при запуске двигателя, не ухудшая при этом устойчивость горения в двигателе. В соответствии с настоящим описанием профиль 410 впрыска может применяться для нескольких событий сгорания с момента холодного запуска двигателя только с распределенным впрыском топлива и без непосредственного впрыска топлива. Однако при других вариантах осуществления профиль впрыска топлива при холодном запуске может подразумевать впрыск большой части топлива распределенным образом и впрыск меньшей части топлива непосредственно.
Профиль 410 впрыска топлива можно использовать во время первых нескольких событий сгорания с момента холодного запуска двигателя. В одном из примеров профиль 410 впрыска топлива можно использовать только для первого события сгорания с момента холодного запуска двигателя или запуска при предельно низкой температуре. Контроллер двигателя выполнен с возможностью использования насоса высокого давления для подачи общего количества топлива в цилиндр в качестве единственного распределенного впрыска Р1, который обозначен заштрихованным блоком. Распределенный впрыск может быть выполнен во время первого момента зажигания ГУКВ1, который подразумевает распределенный впрыск при закрытом клапане впуска (т.е. во время такта выхлопа).
В профиле 410 впрыска топлива подача топлива с использованием непосредственного впрыска высокого давления не осуществляется. Это обусловлено тем, что давление топливной рампы непосредственного впрыска ограничено в условиях холодного запуска. В то же время, давление в топливной рампе непосредственного впрыска не может быть повышено с помощью топливного насоса высокого давления из-за ограничений, связанных с сальниками форсунок. При предельно низкой температуре сальники форсунок НВ не работают при крайне высоком давлении, поэтому давление впрыска необходимо ограничить. При таких условиях распыление топлива успешно осуществляется с помощью распределенного впрыска высокого давления. Кроме того, распределенный впрыск высокого давления позволяет подавать требуемую массу топлива, не приводя к проблемам, связанным с выбросом твердых частиц, которые возможны в случае непосредственного впрыска высокого давления.
Помимо подачи топлива одним распределенным впрыском высокого давления, можно регулировать момент зажигания. Например, момент зажигания можно перевести вперед к ОМЗ при условиях только распределенного впрыска (как показано в момент 31), когда запуск двигателя осуществляется при предельно низких температурах. В одном из примеров момент зажигания 31 (сплошной столбец) может быть задан равным 12 градусам до ВМТ.
На графике 420 изображен пример профиля впрыска топлива, который может использоваться при горячем запуске двигателя, в системе двигателя, выполненной с возможностью распределенного впрыска и непосредственного впрыска топлива высокого давления посредством общего насоса высокого давления. Профиль 420 можно использовать для улучшения распыления топлива. Профиль 420 впрыска может применяться для нескольких событий сгорания с момента горячего запуска двигателя только с непосредственным впрыском топлива и без распределенного впрыска топлива. Однако при других вариантах осуществления профиль впрыска топлива при горячем запуске может подразумевать впрыск большой части топлива непосредственно и впрыск меньшей части топлива распределенным образом.
Профиль 420 впрыска топлива можно использовать во время вторых нескольких событий сгорания с момента горячего запуска двигателя, при этом второе множество событий превышает первое множество событий сгорания, для которых при холодном запуске двигателя применяется профиль 410 впрыска топлива. В одном из примеров профиль 420 впрыска топлива можно использовать только для первого события сгорания с момента горячего запуска двигателя. Контроллер двигателя выполнен с возможностью использования насоса высокого давления для подачи общего количества топлива в цилиндр в качестве нескольких непосредственных впрысков Н1 и Н2 высокого давления, изображенных в виде заштрихованных блоков. На изображенном варианте осуществления показан непосредственный впрыск топлива в виде двух непосредственных впрысков высокого давления, при этом при других вариантах осуществления топливо может подаваться с использованием большего количества непосредственных впрысков. Непосредственный впрыск топлива может быть выполнен во время первого впрыска Н1 в такте впуска при ГУКВ11 и второго впрыска Н2 в такте сжатия при ГУКВ12. На изображенном примере несколько непосредственных впрысков высокого давления асимметричны, при этом большее количество общей массы топлива подавается при первом впрыске в такте впуска, а оставшееся меньшее количество общей массы топлива подается при втором впрыске в такте сжатия. Однако это не следует рассматривать в качестве ограничения. В других вариантах осуществления большее количество общей массы топлива может подаваться во втором впрыске в такте сжатия. Дополнительно, впрыски могут быть симметричными, при этом общее количество топлива подается в виде нескольких впрысков с фиксированным количеством.
В профиле 420 впрыска топлива подача топлива с использованием распределенного впрыска высокого давления не осуществляется. Это обусловлено тем, что давление в топливной рампе непосредственного впрыска достаточно высокое при горячем запуске. При таких условиях распыление топлива можно обеспечить непосредственным впрыском высокого давления.
Помимо подачи топлива в виде нескольких непосредственных впрысков высокого давления, можно регулировать момент зажигания. Например, момент зажигания может запаздывать от ОМЗ при непосредственном впрыске (как показано в момент 32) при горячем запуске двигателя. В одном из примеров момент зажигания 32 (сплошной столбец) может быть задан в НМТ.
Возвращаясь к ФИГ. 3, контроллер может продолжать подачу топлива в двигатель (на шаге 304) в ходе нескольких событий сгорания при холодном запуске до тех пор, пока двигатель не разогреется в достаточной степени. Например, топливо может подаваться только распределенным впрыском до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора отработавших газов не повысится до температуры активации. В других случаях распределенный впрыск топлива возможен до тех пор, пока не истечет пороговое количество событий сгорания с момента холодного запуска. После истечения нескольких событий сгорания топливный насос высокого давления можно использовать для непосредственного впрыска топлива с переменным давлением в двигатель при холодном запуске с помощью одного или более впрысков в такте впуска и/или сжатия. Например, топливо может подаваться в качестве нескольких впрысков в такте впуска и/или такте сжатия.
Если условия холодного запуска двигателя не подтверждаются (а именно, запуск двигателя осуществляется из горячего состояния), или после того как двигатель был достаточно разогрет, алгоритм переходит к шагу 306, на котором рассчитываются и/или измеряются рабочие условия двигателя, в том числе частота вращения, требуемый крутящий момент, ДВК, МРВ и т.д. Затем, на шаге 308, на основе расчетного режима работы можно определить профиль впрыска топлива. Он может содержать, например, количество топлива (в настоящем документе также называемое массой топлива), подаваемого в двигатель, на основе определенных рабочих условий двигателя, а также время впрыска топлива и соотношение разделения топлива. Соотношение разделения топлива может содержать часть общей массы топлива, подаваемой в цилиндр двигателя непосредственным впрыском, по отношению к массе топлива, подаваемой в цилиндр двигателя распределенным впрыском. Соотношение разделения топлива также может подразумевать подачу общего количества топлива за один или несколько впрысков (распределенных или непосредственных) за один цикл впрыска топлива. Профиль впрыска топлива может дополнительно содержать давление впрыска топлива и длительность импульса впрыска топлива для каждого впрыска из форсунок распределенного впрыска и непосредственного впрыска.
На шаге 310 алгоритм содержит, если требуется непосредственный впрыск топлива, регулировку настройки давления топливной рампы переменного высокого давления, соединенной с форсунками непосредственного впрыска, на основе определенного профиля впрыска топлива. Например, давление в топливной рампе непосредственного впрыска может увеличиваться по мере увеличения настройки давления запрашиваемого события непосредственного впрыска.
На шаге 312 можно определить наличие ограничений по охлаждению воздушного | заряда, подаваемого в цилиндры. Например, можно установить, требуется ли охлаждение воздушного заряда в ответ на событие детонации в цилиндре. В данном примере установлены ограничения по охлаждению воздушного заряда, подаваемого в цилиндры, при этом могут быть установлены иные ограничения по НВ топлива. Если требуется охлаждение воздушного заряда, подаваемого в цилиндры, и если в текущем режиме работы форсунки непосредственного впрыска не могут обеспечить охлаждение воздушного заряда в достаточной мере, то ограничения по охлаждению воздушного заряда могут быть подтверждены. В одном из примеров, когда требуется охлаждение воздушного заряда, подаваемого в цилиндры при условиях пониженной нагрузки, форсунки непосредственного впрыска могут быть ограничены длительностью импульса и не будут иметь возможности обеспечивать требуемый уровень охлаждения воздушного заряда. Более того, в таких условиях давление топливной рампы непосредственного впрыска может быть выше требуемого, и, следовательно, даже малый пульс непосредственного впрыска может обеспечить обогащение топлива. Таким образом, давление топливной рампы непосредственного впрыска нельзя понизить без осуществления впрыска топлива. В другом примере при высоких оборотах и высокой нагрузке на двигатель форсунки непосредственного впрыска высокого давления не успевают обеспечивать требуемое охлаждение воздушного заряда.
Если требуемое охлаждение воздушного заряда нельзя обеспечить форсунками непосредственного впрыска из-за недостаточного времени для непосредственного впрыска или длительности импульса непосредственного впрыска, ограничения по охлаждению воздушного заряда могут быть подтверждены. Соответственно, на шаге 316 алгоритм подразумевает прекращение подачи топлива через топливную рампу непосредственного впрыска переменного высокого давления, а вместо этого осуществляется требуемое охлаждение воздушного заряда исключительно через топливную рампу распределенного впрыска постоянного высокого давления. На ФИГ. 5-6 раскрыт пример подачи топлива для охлаждения воздушного заряда и уменьшения детонации только через непосредственный впрыск переменного высокого давления при некоторых условиях детонации и только через распределенный впрыск постоянного давления при других условиях детонации.
Если ограничения по охлаждению воздушного заряда не подтверждаются, алгоритм переходит к шагу 314 для определения наличия для двигателя ограничения по выбросу твердых частиц (ТЧ). В одном из примеров для двигателя могут иметься ограничения по ТЧ в условиях, при которых количество ТЧ в двигателе уже велико. В другом примере для двигателя могут иметься ограничения по ТЧ в условиях, при которых непосредственный впрыск топлива создает большое количество ТЧ, например, при холодном запуске. Если двигатель имеет ограничения по ТЧ, алгоритм возвращается к шагу 416 для отключения подачи топлива через топливную рампу непосредственного впрыска переменного высокого давления, и вместо этого алгоритм предусматривает подачу требуемой массы топлива только через топливную рампу распределенного впрыска постоянного высокого давления. При использовании РВТ проблема с ТЧ может быть решена благодаря более приемлемой топливно-воздушной смеси, в то время как НВ имеет больше преимуществ при высоких нагрузках. В одном из примеров можно использовать соотношение двух режимов впрыска (т.е. соотношение НВ и РВТ).
Если шаги 312, 314 не подтверждают ограничения по охлаждению воздушного заряда и по ТЧ, тогда на шаге 318 алгоритм использует топливный насос высокого давления для подачи требуемой массы топлива через топливную рампу непосредственного впрыска переменного высокого давления и/или через топливную рампу распределенного впрыска постоянного высокого давления, как указано на шаге 308. В одном из примеров часть требуемого топлива может подаваться через распределенный впрыск высокого давления, при этом оставшаяся часть требуемого топлива может подаваться через непосредственный впрыск высокого давления. Один или более непосредственных впрысков могут подразумевать один или более впрысков в такте впуска высокого давления, один или более впрысков в такте сжатия высокого давления, либо их комбинации.
В этом случае существует способ для топливной системы, в котором насос высокого давления используют для подачи топлива из топливного бака при переменном давлении в первую топливную рампу, соединенную с топливными форсунками непосредственного впрыска, а в случае, если требуемая масса топлива ниже порогового значения, то насос высокого давления используют для подачи требуемой массы топлива через топливные форсунки распределенного впрыска. В данном случае работа топливного насоса высокого давления для подачи требуемой массы топлива через форсунки распределенного впрыска подразумевает подачу требуемой массы топлива при постоянном давлении во вторую топливную рампу, соединенную с форсунками распределенного впрыска, при этом вторая топливная рампа соединена с впуском топливного насоса высокого давления, первая топливная рампа соединенна с выпуском топливного насоса высокого давления.
Предельное значение может быть основано на переменном давлении в первой топливной рампе. Например, предельное значение можно снизить по мере увеличения переменного давления в первой топливной рампе. Работа топливного насоса высокого давления для подачи топлива через форсунки распределенного впрыска подразумевает работу насоса высокого давления без работы топливоподкачивающего насоса низкого давления, установленного между топливным насосом высокого давления и топливным баком. В другом примере топливо подают через топливный насос высокого давления во вторую топливную рампу, если требуемая масса топлива превышает длительность импульса впрыска топливных форсунок как непосредственного, так и распределенного впрыска. В данном случае запрос массы топлива, которая больше длительности импульса форсунки, может подразумевать запрос на обогащение отработавших газов.
В другом примере топливная система выполнена таким образом, что содержит: первую топливную рампу, соединенную с форсункой непосредственного впрыска; вторую топливную рампу, соединенную с форсункой распределенного впрыска; механический топливный насос высокого давления, обеспечивающий подачу топлива в каждую из первой и второй топливных рамп, при этом топливный насос высокого давления не имеет электрических соединений с контроллером, первая топливная рампа соединена с выпуском топливного насоса высокого давления, вторая топливная рампа соединена с впуском топливного насоса высокого давления; электромагнитный регулирующий клапан, расположенный выше по потоку от впуска топливного насоса высокого давления, для изменения давления топлива, подаваемого насосом в первую топливную рампу; а также механический клапан сброса давления, присоединенный выше по потоку от топливного насоса высокого давления между регулирующим клапаном и второй топливной рампой, при этом клапан сброса давления выполнен с возможностью поддержания постоянного давления во второй топливной рампе. Топливная система дополнительно содержит топливоподкачивающий насос низкого давления, установленный между топливным баком и топливным насосом высокого давления, причем механический клапан сброса давления выполнен с возможностью поддержания постоянного давления топлива во второй топливной рампе выше стандартного давления топливоподкачивающего насоса за счет обратного потока топлива из топливного насоса высокого давления. При условии холодного запуска двигателя во время нескольких событий сгорания с момента запуска двигателя топливный насос высокого давления используют для подачи топлива через распределенный впрыск при постоянном давлении, когда впускной клапан закрыт.После нескольких событий сгорания топливный насос высокого давления используют для подачи топлива через непосредственный впрыск при переменном давлении во время множества впрысков в такте впуска и/или сжатия. В данном случае топливный насос высокого давления не имеет электронного управления и соединен ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса низкого давления, без промежуточных топливных насосов.
На ФИГ. 5 приведен пример алгоритма 500 для регулировки впрыска топлива из топливной рампы распределенного впрыска высокого давления и топливный рампы непосредственного впрыска высокого давления в ответ на выявление детонации. Этот способ позволяет эффективно использовать свойства охлаждения воздушного заряда при распределенном впрыске высокого давления в условиях, при которых охлаждение воздушного заряда при непосредственном впрыске высокого давления ограничено.
На шаге 502 алгоритм содержит подтверждение выявления детонации. В одном из примеров событие детонации в цилиндре может быть подтверждено на основе показаний датчика детонации, если интервал детонации цилиндра выше предельного значения. Интервал детонации цилиндра может подразумевать интервал в градусах угла коленчатого вала, возникающий в момент зажигания в цилиндре или после него. Если детонация не подтверждается, алгоритм может быть завершен.
Если событие детонации в цилиндре подтверждается, на шаге 504 алгоритм содержит определение требуемой степени охлаждения воздушного заряда для решения проблемы выявления детонации. Например, можно определить количество топлива, которое необходимо впрыснуть в цилиндр для уменьшения детонации.
Кроме того, можно также определить необходимое запаздывание зажигания для решения проблемы детонации.
На шаге 506 можно определить, превышает ли требуемая степень охлаждения воздушного заряда предельное значение. Например, если выявление детонации превышает предельное значение детонации, требуемую степень охлаждения воздушного заряда можно также соответственно увеличить для решения проблемы детонации. Вследствие лучших свойств охлаждения воздуха при непосредственном впрыске топлива по сравнению с охлаждением воздушного заряда при распределенном впрыске топлива, непосредственный впрыск может быть более предпочтительным для решения проблемы выявления детонации, если требуемая степень охлаждения воздушного заряда выше. Таким образом, если требуемая степень охлаждения воздушного заряда выше предельного значения, тогда на шаге 508 алгоритм содержит регулировку давления топливной рампы непосредственного впрыска и увеличение количества топлива, подаваемого в цилиндр, где была выявлена детонация, чтобы обеспечить охлаждение воздушного заряда для уменьшения детонации.
Если требуемая степень охлаждения воздушного заряда ниже предельного значения, то на шаге 510 масса топлива, которую необходимо впрыснуть, можно сравнить с предельным значением непосредственного впрыска (предельное значение_НВ). В частности, можно определить, превосходит ли масса топлива, подаваемого через непосредственный впрыск и требуемого для охлаждения воздушного заряда, предельное значение массы, которая может подаваться через форсунку непосредственного впрыска. Таким образом, если масса топлива, которую необходимо подать при непосредственном впрыске, выше предельного значения, может возникнуть риск трения в канале цилиндра из-за существенно более высокого давления непосредственного впрыска. В данном случае большое количество топлива, подаваемого непосредственным впрыском при высоком давлении в цилиндр, может соскоблить часть масляного слоя с внутренней поверхности камеры сгорания, что снижает степень смазывания при движении поршня и приводит к ухудшению состояния цилиндра. Если масса топлива, требуемая для охлаждения воздушного заряда выше предельного значения, тогда на шаге 512 алгоритм не содержит подачу топлива для уменьшения детонации через непосредственный впрыск. Вместо этого, впрыск топлива для уменьшения детонации может обеспечиваться через форсунку распределенного впрыска высокого давления цилиндра при постоянном высоком давлении, когда впускной клапан открыт.Если масса топлива меньше предельного значения, то на шаге 514 заданная для охлаждения воздушного заряда масса топлива может подаваться через форсунку непосредственного впрыска цилиндра, при этом переменное давление топливной рампы непосредственного впрыска регулируется соответствующим образом. Опционально, часть топлива может подаваться через распределенный впрыск переменного высокого давления при открытом впускном клапане.
Следует отметить, что, в то время как вышеуказанный пример предполагает переход от непосредственного впрыска топлива высокого давления к распределенному впрыску топлива высокого давления в ответ на то, что масса топлива, требуемая для охлаждения воздушного заряда, выше предельного значения массы, при дальнейших вариантах осуществления переход может происходить на основе различных ограничений длительности импульса форсунки непосредственного впрыска в зависимости от изменения оборотов-нагрузки на двигатель. Например, если требуется охлаждение воздушного заряда при высоких оборотах-нагрузке, форсунка непосредственного впрыска может не успевать обеспечивать непосредственный впрыск. Поэтому контроллер может обеспечивать требуемый впрыск топлива высокого давления как распределенный впрыск топлива высокого давления при открытом впускном клапане вместо непосредственного впрыска высокого давления, для улучшения охлаждения воздушного заряда. В качестве другого примера, если охлаждение воздушного заряда требуется при низких оборотах-нагрузке, давление форсунки непосредственного впрыска может оказаться слишком высоким, в то время как требуемая длительность импульса впрыска будет слишком низкой. В таких условиях непосредственный впрыск может привести к нежелательному обогащению цилиндров. Поэтому контроллер может обеспечивать требуемый впрыск топлива высокого давления как распределенный впрыск топлива высокого давления при открытом впускном клапане вместо непосредственного впрыска высокого давления.
В этом случае при первом условии детонации контроллер двигателя может, в ответ на детонацию, использовать топливный насос высокого давления для непосредственного впрыска топлива в цилиндр двигателя при переменном давлении. Напротив, при втором условии детонации контроллер может, в ответ на детонацию, использовать топливный насос высокого давления для распределенного впрыска топлива в цилиндр двигателя при постоянном давлении. В данном случае при первом условии детонации требуемая степень охлаждения воздушного заряда для уменьшения детонации оказывается выше, тогда как при втором условии детонации требуемая степень охлаждения воздушного заряда для уменьшения детонации оказывается ниже. В другом примере, при первом условии детонации масса топлива впрыска, осуществляемого в ответ на детонацию, ниже предельного значения, в то время как при втором условии детонации масса топлива впрыска, осуществляемого в ответ на детонацию, выше предельного значения.
На ФИГ. 6 показан пример регулировок для уменьшения детонации с использованием распределенного и непосредственного впрыска топлива высокого давления, при этом эффективно используются свойства охлаждения воздушного заряда при непосредственном впрыске, или, в случае невозможности решить проблему детонации с помощью непосредственного впрыска эффективно используются свойства охлаждения воздушного заряда при впрыске высокого давления.
На карте 600 отображены изменения частоты вращения двигателя на графике 602, показания датчика детонации на графике 604, непосредственный впрыск высокого давления в цилиндр на графике 606 и распределенный впрыск высокого давления на графике 608. Все графики изображены в зависимости от времени вдоль оси X.
В момент времени to двигатель может работать при средней скорости вращения и нагрузке. Между моментами времени t0 и t1 показания датчика детонации могут начать расти. В момент времени t1 показания датчика детонации могут превысить предельное значение, и событие детонации может быть подтверждено. В ответ на выявление детонации в момент времени t1, когда скорость-нагрузка на двигатель не ограничивают длительность импульса форсунки непосредственного впрыска высокого давления, часть топлива, впрыскиваемого через непосредственный впрыск высокого давления, в детонирующий цилиндр увеличивается, а часть топлива, впрыскиваемого через распределенный впрыск высокого давления детонирующий цилиндр снижается пропорционально. В данном случае эффективно используются свойства охлаждения воздушного заряда при непосредственном впрыске топлива для уменьшения детонации. В изображенном примере распределенный впрыск уменьшен, но не отключен. Однако в других вариантах осуществления в ответ на выявление детонации цилиндр может временно наполняться топливом лишь через непосредственный впрыск без распределенного впрыска.
В момент времени t2 в ответ на снижение показателей датчика детонации номинальное наполнение цилиндра топливом частично через по крайней мере частично распределенный впрыск и частично через непосредственный впрыск может быть возобновлено и поддерживаться до момента времени t3. В момент времени t3 двигатель может работать при высокой скорости вращения и нагрузке. Показания датчика детонации могут начать расти сразу после момента времени t3. Вскоре после момента времени t3 показания датчика детонации могут превысить предельное значение, и событие детонации может быть подтверждено. В ответ на выявление детонации, когда скорость-нагрузка на двигатель ограничивают длительность импульса форсунки непосредственного впрыска высокого давления, часть топлива, впрыскиваемого в детонирующий цилиндр через непосредственный впрыск высокого давления, снижается, а часть топлива, впрыскиваемого в детонирующий цилиндр через распределенный впрыск высокого давления, пропорционально увеличивается. Кроме того, распределенный впрыск топлива обеспечивается при открытом впускном клапане. В данном случае эффективно используются свойства охлаждения воздушного заряда при распределенном впрыске топлива для уменьшения детонации вследствие ограничений длительности импульса непосредственного впрыска. В изображенном примере распределенный впрыск уменьшен, но не отключен. Однако в других вариантах осуществления в ответ на выявление детонации цилиндр может быть временно наполняться топливом лишь через распределенный впрыск без непосредственного впрыска. В момент времени t4 в ответ на снижение показателей датчика детонации номинальное наполнение цилиндра топливом по крайней мере частично через распределенный впрыск и частично через непосредственный впрыск может быть возобновлено.
Таким образом, технический результат от использования топливного насоса высокого давления с топливной рампой распределенного впрыска, соединенной с впуском насоса, и топливной рампой непосредственного впрыска, соединенной с выпуском насоса, состоит в том, что один поршневой насос высокого давления можно использовать для обеспечения как переменного высокого давления в топливной рампе непосредственного впрыска, так и постоянного высокого давления в топливной рампе распределенного впрыска. Благодаря соединению рампы распределенного впрыска с впуском насоса высокого давления через электромагнитный регулирующий клапан, механический обратный клапан и клапан сброса давления, давление в топливной рампе распределенного впрыска можно повысить до уровня выше стандартного давления топливоподкачивающего насоса за счет эффективного использования обратного потока из поршня возвратно-поступательного хода. Благодаря распределенному впрыску высокого давления без необходимости использовать дополнительный специальный насос между топливоподкачивающим насосом и топливной рампой распределенного впрыска, распределенный впрыск высокого давления можно использовать для подачи топлива в условиях, при которых непосредственный впрыск высокого давления ограничен длительностью импульса или динамическим диапазоном. Кроме того, достигаются преимущества, связанные с использованием меньшего количества компонентов. В целом, уменьшаются погрешности в подаче топлива, что повышает производительность двигателя.
Следует отметить, что примерные алгоритмы управления и оценки, указанные в данном документе, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящем документе, могут сохраняться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться системой управления, включая контроллер вместе с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, управляемые прерыванием, многозадачные, многопоточные и другие стратегии. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности или параллельно, а в некоторых случаях могут пропускаться. Аналогичным образом, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ описываемых в настоящем документе вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память накопителя машиночитаемых данных компьютера, где описанные действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем документе конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны различные варианты. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, 1-4, 1-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, приведены определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В этих пунктах формулы может быть дана ссылка на «какой-либо» элемент или на «первый» элемент или эквивалент такового. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или несколько указанных элементов, не требуя и не исключая двух или нескольких таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящем или родственном документе. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении содержания идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего описания изобретения.