СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF ENGINE OPERATION (VERSIONS) AND ENGINE SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам и системам для управления использованием различных разбавителей в двигателе внутреннего сгорания, например, таких как EGR.
Уровень техники
x
Двигатели могут быть снабжены системами рециркуляции отработавших газов (EGR), чтобы отводить по меньшей мере некоторое количество отработавших газов из выпускного коллектора двигателя во впускной коллектор двигателя. Посредством обеспечения требуемого разбавления для двигателя, такие системы уменьшают детонацию двигателя, потери дросселирования, а также выбросы NO. Кроме того, могут использоваться другие разбавители. Например, разбавление для двигателя может достигаться посредством непосредственного впрыска воды или выполнения сгорания бедной смеси.
Один из примерных подходов для координации управления разбавлением для двигателя посредством использования разных разбавителей показан Сурниллой и другими в заявке на патенте США 2011/0174267. В ней непосредственный впрыск воды координируется с потоком EGR, чтобы обеспечивать требуемое разбавление для двигателя наряду с принятием мер в ответ на переходные процессы EGR. В частности, в ответ на внезапный запрос на разбавление для двигателя (такой как во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах), поток EGR увеличивается наряду с тем, что вода непосредственно впрыскивается, чтобы по существу немедленно обеспечить требуемое разбавление для двигателя. Затем впрыск воды уменьшается по мере того, как поток EGR возрастает до требуемого уровня разбавления. В дополнение, выравнивание нагрузки может выполняться разными разбавителями в ожидании изменений нагрузки.
Раскрытие изобретения
Однако авторы в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальную проблему у такой системы. Более конкретно, разбавление для двигателя может ухудшать устойчивость сгорания в двигателе, при этом предел устойчивости сгорания различен для каждого используемого разбавителя. То есть двигатель может иметь предел допуска сгорания для EGR, эквивалентный предел допуска для сгорания бедной смеси и, аналогичным образом, эквивалентный предел допуска сгорания для водяного пара. Поэтому когда используется сгорание разбавителей, предел устойчивости сгорания каждого разбавителя может находиться под влиянием величины разбавления, уже находящейся в наличии, а также природы разбавителя, уже находящегося в употреблении. Другими словами, количество воды, которое может непосредственно впрыскиваться для обеспечения разбавления для двигателя, может находиться под влиянием не только пределов устойчивости сгорания непосредственно впрыскиваемой воды, но также пределов устойчивости сгорания величины EGR в наличии, величины сгорания бедной смеси в наличии и т.д.
Таким образом, некоторые из вышеприведенных проблем могут быть по меньшей мере частично решены способом работы двигателя и системой двигателя.
В одном из аспектов способ работы двигателя включает обеспечение требуемого разбавления для двигателя посредством комбинирования множества разбавителей для двигателя, причем разбавители и их соотношения выбираются на основании соответствующих пределов устойчивости сгорания, при этом обеспечение включает увеличение первого количества первого разбавителя при уменьшении второго количества второго разбавителя, причем первое и второе количества основаны на определении детонации.
Предел устойчивости сгорания каждого разбавителя предпочтительно основан на типе разбавителя.
Предел устойчивости сгорания разбавителя предпочтительно основан на концентрации каждой элементарной составляющей разбавителя.
Комбинирование предпочтительно включает выбор первого разбавителя с первым более высоким пределом устойчивости сгорания для обеспечения по меньшей мере некоторой части требуемого разбавления для двигателя и после достижения первым разбавителем первого предела устойчивости сгорания выбор второго разбавителя со вторым пределом устойчивости сгорания, более низким, чем первый предел устойчивости сгорания для обеспечения остатка требуемого разбавления для двигателя.
Первый разбавитель предпочтительно включает в себя рециркулируемые отработавшие газы, а второй разбавитель - непосредственно впрыскиваемую воду.
Первый предел устойчивости сгорания рециркулируемых отработавших газов предпочтительно основан на каждой из концентрации двуокиси углерода, концентрации азота и концентрации воды рециркулируемых отработавших газов.
Соотношение первого разбавителя и второго разбавителя предпочтительно регулируется на основании предела устойчивости сгорания каждого разбавителя в комбинации.
Обеспечение требуемого разбавления для двигателя посредством увеличения первого количества первого разбавителя при уменьшении второго количества второго разбавителя предпочтительно осуществляется во время первого условия, при этом способ дополнительно включает, во время второго условия, уменьшение первого количества первого разбавителя при увеличении второго количества второго разбавителя.
Первое условие предпочтительно включает состояние детонации двигателя и во время первого условия первое количество охлажденных рециркулируемых отработавших газов или впрыска воды увеличивается, а второе количество внутренних рециркулируемых отработавших газов или горячих рециркулируемых отработавших газов уменьшается, а второе условие предпочтительно включает состояния работы двигателя на холодном запуске или низкой нагрузке, и во время второго условия второе количество горячих рециркулируемых отработавших газов или внутренних рециркулируемых отработавших газов увеличивается, а первое количество охлажденных рециркулируемых отработавших газов или впрыска воды уменьшается.
Количество каждого выбранного разбавителя предпочтительно регулируется на основании предела устойчивости сгорания каждого разбавителя в комбинации.
В другом аспекте способ работы двигателя включает рециркуляцию первого количества отработавших газов из выпуска двигателя на впуск двигателя для обеспечения по меньшей мере некоторого требуемого разбавления для двигателя до достижения первого предела устойчивости сгорания рециркулируемых отработавших газов и после достижения первого предела устойчивости сгорания впрыск второго количества разбавителя для двигателя для обеспечения остатка требуемого разбавления для двигателя, при этом второе количество основано на пределе устойчивости сгорания первого количества отработавших газов, причем первое и второе количества регулируются для обеспечения требуемого разбавления для двигателя, при этом второе количество разбавителя для двигателя уменьшается при увеличении первого количества рециркулируемых отработавших газов.
Первый предел устойчивости сгорания предпочтительно является более высоким, чем второй предел устойчивости сгорания.
Первый предел устойчивости сгорания предпочтительно находится в более широким диапазоне пределов устойчивости сгорания, чем второй предел устойчивости сгорания.
Второе количество разбавителя для двигателя предпочтительно включает одно из непосредственно впрыскиваемой воды и регулируемой установки фаз кулачкового распределения.
Требуемое разбавление для двигателя предпочтительно основано на упреждающем указании детонации, при этом способ дополнительно включает, в ответ на ответное указание детонации, впрыск текучей среды сдерживания детонации и регулирование предела устойчивости сгорания рециркулируемых отработавших газов и разбавителя для двигателя на основании впрыскиваемой текучей среды сдерживания детонации.
В еще одном аспекте система двигателя содержит двигатель, включающий в себя впуск и выпуск, форсунку, выполненную с возможностью непосредственного впрыска текучей среды в цилиндр двигателя, канал рециркулируемых отработавших газов для рециркуляции некоторого количества отработавших газов из выпуска двигателя на впуск двигателя, контроллер с машиночитаемыми командами для: в ответ на вероятность детонации, рециркуляции первого количества отработавших газов через канал рециркулируемых отработавших газов до достижения первого предела устойчивости сгорания рециркулируемых отработавших газов и после достижения первого предела устойчивости сгорания непосредственного впрыска второго количества воды в цилиндр двигателя до достижения второго предела устойчивости сгорания непосредственного впрыска воды, при этом первое и второе количество основаны на вероятности детонации и каждом из первого и второго пределов устойчивости сгорания, причем второе количество воды уменьшается при увеличении первого количества рециркулируемых отработавших газов для обеспечения требуемого разбавления для двигателя.
Контроллер предпочтительно включает в себя дополнительные команды для регулирования соотношения первого и второго количеств на основании рабочего ограничения двигателя, включающего одно или более из содержания твердых частиц в отработавших газах, температуры отработавших газов, вероятности раннего зажигания и ограничения крутящего момента.
Регулирование предпочтительно включает в себя увеличение второго количества непосредственно впрыскиваемой воды при уменьшении первого количества отработавших газов в ответ на ограничение раннего зажигания и увеличение первого количества отработавших газов при уменьшении второго количества непосредственно впрыскиваемой воды в ответ на ограничение температуры отработавших газов.
Контроллер предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью, в ответ на ответное указание детонации, непосредственного впрыска третьего количества текучей среды сдерживания детонации в цилиндр и регулирования первого и второго пределов устойчивости сгорания на основании третьего количества текучей среды сдерживания детонации.
Например, контроллер двигателя может переводить каждый имеющийся в распоряжении разбавитель в элементарные составляющие и определять предел устойчивости сгорания для такого разбавителя на основании концентрации каждой элементарной составляющей. Другие связанные со сгоранием параметры, такие как установка опережения зажигания, температура отработавших газов, выбросы питающих газов и т.д., также могут определяться на основании элементного состава разбавителей. В качестве примера, предел устойчивости сгорания для основанного на EGR разбавления может определяться в качестве функции концентрации двуокиси углерода, концентрации азота и концентрации воды имеющейся в распоряжении EGR. В качестве еще одного примера, предел устойчивости сгорания для основанного на сгорании бедной смеси разбавления может определяться в качестве функции концентрации кислорода и концентрации азота имеющегося в распоряжении сгорания бедной смеси. Контроллер, в таком случае, может выбирать один или более разбавителей для двигателя из имеющихся в распоряжении разбавителей на основании соответствующих пределов устойчивости сгорания. Например, может выбираться первый разбавитель, имеющий наивысший предел устойчивости сгорания, для обеспечения по меньшей мере некоторой части требуемого разбавления. После того как первый разбавитель достигает своего предела устойчивости сгорания, остаток требуемого разбавления затем может обеспечиваться вторым разбавителем, имеющим следующий наивысший предел устойчивости сгорания, и так далее.
Таким образом, контроллер может выбирать один или более разбавителей для двигателя, для обеспечения разбавления для двигателя, чтобы снижать вероятность детонации в двигателе. Посредством отображения многомерной регулировочной характеристики двигателя на основании пределов устойчивости сгорания имеющихся в распоряжении разбавителей может улучшаться управление разбавлением для двигателя. Более конкретно, рабочие характеристики двигателя и использование разбавителей могут улучшаться наряду с предоставлением всех выгод от принятия мер в ответ на детонацию у разбавления для двигателя и без ухудшения устойчивости сгорания.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой примерный вариант осуществления камеры сгорания двигателя.
Фиг. 2А, 2В представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для комбинирования одного или более разбавителей для принятия мер в ответ на детонацию в двигателе на основании предела устойчивости сгорания каждого разбавителя.
Фиг. 3 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для выбора комбинации разбавителей на основании предела устойчивости сгорания каждого разбавителя.
Фиг. 4 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для регулирования соотношения EGR и непосредственно впрыскиваемой воды, чтобы обеспечивать требуемое разбавление для двигателя.
Фиг. 5 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для дополнительного регулирования соотношения комбинации разбавителей на основании рабочих ограничений двигателя.
Фиг. 6 представляет собой многоуровневую регулировочную характеристику примерного использования EGR и непосредственного впрыска воды для обеспечения разбавления для двигателя.
Подробное описание изобретения
Последующее описание относится к системам и способам для улучшения управления разбавлением в двигателях с гибким топливоснабжением, таких как двигатель по фиг. 1. На основании условий работы двигателя, в том числе вероятности детонации двигателя, контроллер двигателя может определять требуемую величину разбавления для двигателя. Контроллер затем может комбинировать один или более разбавителей, чтобы обеспечивать требуемое разбавление. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, такой как по фиг. 2-4, чтобы выбирать разбавители на основании их пределов устойчивости сгорания. Контроллер дополнительно может регулировать соотношение выбранных разбавителей на основании рабочих ограничений двигателя, как показано на фиг. 5. Пример комбинирования разных разбавителей для обеспечения требуемого разбавления для двигателя показан в материалах настоящей заявки на фиг. 6. Таким образом, может достигаться управление разбавлением.
Фиг. 1 иллюстрирует примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может принимать параметры управления из системы управления, включающей в себя контроллер 12, и входные данные 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 РР положения педали. Цилиндр 14 (в материалах настоящей заявки также «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, электродвигатель стартера может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы обеспечивать 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 двигателями 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, снабженный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176 с приводом от системы выпуска, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие выпускной турбиной 176 через вал 180, где устройство наддува предусмотрено в качестве турбонагнетателя. Однако в других примерах, таких как где двигатель 10 снабжен турбокомпрессором, турбонагнетатель, турбина 176 с приводом от системы выпуска, по выбору, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 20, 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. Например, дроссель 20 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.
x
x
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 отработавших газов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания топливовоздушного соотношения в отработавших газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик количества кислорода в отработавших газах), двухрежимный кислородный датчик или датчик EGO (который изображен), HEGO (подогреваемый EGO), NO, НС или СО. Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NO, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями.
Температура отработавших газов может измеряться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 48. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может выводиться на основании условий работы двигателя, таких как число оборотов, нагрузка, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), задержка искры и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может вычисляться одним или более датчиков 128 отработавших газов. Может быть принято во внимание, что температура отработавших газов, в качестве альтернативы, может оцениваться любой комбинацией способов оценки температуры, перечисленных в материалах настоящей заявки.
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 верней 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 работы кулачков через систему 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 через систему 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 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 клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Работа впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками положения клапана (не показаны) и/или, соответственно, датчиками 155 и 157 положения распределительного вала. В альтернативных вариантах осуществления, впускной и/или выпускной клапан могут управляться посредством клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT. В еще других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового привода или распределителя либо системой привода или распределителя с переменной установкой фаз клапанного распределения. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 6 и 12, установка фаз кулачкового распределения может регулироваться (посредством осуществления опережения или запаздывания системы VCT), чтобы регулировать разбавление для двигателя в координации с потоком EGR и/или непосредственным впрыском текучей среды сдерживания детонации, тем самым уменьшая переходные процессы EGR и улучшая рабочие характеристики двигателя.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется непосредственный впрыск, вследствие его воздействия на работу двигателя с детонацией.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования 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, при выбранных рабочих режимах. Однако в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, таких как где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть снабжен одной или более форсунок для выдачи текучей среды сдерживания детонации в него. В некоторых вариантах осуществления, текучая среда сдерживания детонации может быть топливом, при этом форсунка также указывается ссылкой как топливная форсунка. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска (в дальнейшем также указываемого 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. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя со спиртосодержащим топливом вследствие низкой летучести некоторого спиртосодержащего топлива. В качестве альтернативы, форсунка может быть расположена выше и возле впускного клапана для улучшения смешивания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в таком случае временные характеристики непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. Кроме того, несмотря на то что не показано, топливные баки могут иметь преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12. Следует понимать, что, в альтернативном варианте осуществления, форсунка 166 может быть канальной форсункой, выдающей топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14.
Также следует понимать, что несмотря на то что в одном из вариантов осуществления, двигатель может приводиться в действие посредством впрыскивания переменной смеси топлива или текучей среды сдерживания детонации через одиночную форсунку непосредственного впрыска, в альтернативных вариантах осуществления, двигатель может приводиться в действие посредством использования двух форсунок (форсунки 166 непосредственного впрыска и форсунки оконного впрыска) и изменения относительного количества впрыска из каждой форсунки.
Топливо может подаваться форсункой в цилиндр в течение одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива или текучей среды сдерживания детонации, подаваемых из форсунки, может меняться в зависимости от условий работы, таких как температура воздушного заряда, как описано ниже. Кроме того, для одиночного события сгорания, многочисленные впрыскивания подаваемого топлива могут выполняться за цикл. Многочисленные впрыскивания могут выполняться в течение такта сжатия, такта впуска или любой их комбинации.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, аналогичным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания и т.д.
Топливные баки в топливной системе 8 могут удерживать топливо или текучие среды сдерживания детонации с разными качествами, такими как разные составы. Эти различия могут включать в себя разное содержание спиртов, разное содержание воды, разное октановое число, разную теплоту испарения, разные топливные смеси, разные содержания воды и/или их комбинации и т.д. В одном из примеров, текучие среды сдерживания детонации с разными содержаниями спиртов могли бы включать в себя одно топливо, являющееся бензином, и другое, являющееся этиловым спиртом или метиловым спиртом. В еще одном примере, двигатель может использовать бензин в качестве первого вещества и спиртосодержащую топливную смесь, такую как Е85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта и 15% бензина) или М85 (которая является приблизительно 85% метилового спирта и 15% бензина) в качестве второго вещества. Другие спиртосодержащие виды топлива могут быть смесью спирта и воды, смесью спирта, воды и бензина и т.д. В еще одном другом примере, оба топлива могут быть спиртовыми смесями, при этом первое топливо может быть спиртобензиновой смесью с более низким соотношением спирта, чем спиртобензиновая смесь второго топлива с более высоким соотношением спирта, к примеру Е10 (которое имеет значение приблизительно 10% этилового спирта) в качестве первого топлива и Е85 (которое имеет значение приблизительно 85% этилового спирта) в качестве второго топлива. Дополнительно, первое и второе топливо также могут различаться по другим качествам топлива, таким как различие по температуре, вязкости, октановому числу, скрытому теплосодержанию парообразования и т.д.
Более того, характеристики топлива у топлива или текучей среды сдерживания детонации, хранимых в топливном баке, могут часто меняться. В одном из примеров, водитель может пополнять топливный бак с помощью Е85 в один день, а Е10 в следующий и Е50 в следующий. Изменения пополнения бака изо дня в день, таким образом, могут обеспечивать в результате частое изменение составов топлива, тем самым оказывая влияние на состав топлива, подаваемого в форсунку 166.
x
Двигатель дополнительно может включать в себя один или более каналов рециркуляции отработавших газов для рециркуляции части отработавших газов с выпуска двигателя на впуск двигателя. По существу, посредством рециркуляции некоторого количества отработавших газов, разбавление для двигателя может находиться под влиянием, что может улучшать рабочие характеристики двигателя, снижая детонацию в двигателе, пиковые температуры и давления сгорания в цилиндре, потери дросселирования и выбросы NO. В изображенном примере, отработавшие газы могут рециркулироваться из выпускного канала 148 во впускной канал 144 через канал 141 EGR. Количество EGR, выдаваемой во впускной канал 148, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 143 EGR. Кроме того, датчик 145 EGR может быть расположен внутри канала EGR и может выдавать показание одного или более из давления, температуры, концентрации отработавших газов.
Следует понимать, что несмотря на то что вариант осуществления по фиг. 1 показывает низкое давление (LP-EGR), выдаваемое через канал LP-EGR, присоединенный между впуском двигателя выше по потоку от компрессора турбонагнетателя и выпуском двигателя ниже по потоку от турбины, в альтернативных вариантах осуществления, двигатель также может быть выполнен с возможностью выдачи EGR высокого давления (HP-EGR) через канал HP-EGR, присоединенный между впуском двигателя ниже по потоку от компрессора и выпуском двигателя выше по потоку от турбины. В одном из примеров, поток HP-EGR может выдаваться в условиях, таких как отсутствие наддува, выдаваемого турбонагнетателем наряду с тем, что поток LP-EGR может выдаваться во время условий, таких как при наличии наддува турбонагнетателя и/или когда температура отработавших газов находится выше порогового значения. Когда включены в состав отдельные каналы HP-EGR и LP-EGR, соответственные потоки EGR могут регулироваться посредством регулирования в отношении соответствующих клапанов EGR.
По существу, EGR является одним из разбавителей, которые могут использоваться для обеспечения величины разбавления для двигателя. Кроме того, другие разбавители для двигателя могут быть включены в систему двигателя, при этом каждый разбавитель выполнен с возможностью разбавления заряда воздуха и топлива в цилиндре. В качестве неограничивающих примеров, система двигателя может быть выполнена с возможностью непосредственного впрыска разбавителя, такого как вода, или другого негорючего материала, который может занимать пространство в цилиндре или поглощать тепло от сгорания. В еще одном другом примере, контроллер может быть выполнен с возможностью обеспечения разбавления для двигателя посредством регулирования установки фаз клапанного распределения (например, посредством регулирования в отношении установки VVT или VCT), чтобы тем самым регулировать количество остаточных отработавших газов. Более конкретно, скорректированное регулирование установки фаз клапанного распределения может менять часть отработавших газов, которые удерживаются или захватываются в цилиндре, тем самым оказывая влияние на разбавление в цилиндре. Другие разбавители могли бы включать в себя спирт плюс воду, такие как водный раствор этилового спирта (например, жидкость стеклоочистителя), влажность (воду из воздуха) или обогащение топлива. Как конкретизировано на фиг. 2, 3, на основании условий работы двигателя, контроллер может использовать один или более разбавителей, чтобы обеспечивать требуемую величину разбавления в двигателе. Комбинация разбавителей может выбираться на основании пределов устойчивости сгорания различных разбавителей. По существу, предел устойчивости сгорания разбавителей может указывать ссылкой на пределы, вне которых может быть повышенная вероятность ухудшенного сгорания, в том числе частичных сгораний, пропусков зажигания, повышенного выделения продуктов сгорания с отработавшими газами и/или сниженного выходного крутящего момента у цилиндра.
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, энергонезависимую память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые описаны выше, в том числе измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) 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. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разрежения или давления во впускном коллекторе. Кроме того, другие датчики могут включать в себя датчики уровня топлива и датчики состава топлива, присоединенные к топливному баку(ам) топливной системы.
Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Таким образом, система по фиг. 1 обеспечивает способ управления двигателем, в котором требуемое разбавление для двигателя обеспечивается комбинированием множества разбавителей для двигателя, разбавители выбираются на основании соответствующих пределов устойчивости сгорания.
Далее, со ссылкой на фиг. 2А, 2В, показан примерный способ 200 для комбинирования одного или более разбавителей, чтобы принимать меры в ответ на детонацию двигателя, на основании предела устойчивости сгорания каждого из разбавителей. Более конкретно, способ обеспечивает выбор комбинации разбавителей для принятия мер в ответ на детонацию упреждения, а затем корректирование ответной детонации с помощью текучей среды сдерживания детонации.
На 202 способ включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Таковые, например, могут включать в себя число оборотов двигателя, требуемый крутящий момент, MAP, BP, ЕСТ, температуру каталитического нейтрализатора, температуру на впуске, установку момента зажигания, наддув и т.д. На 204 упреждающая вероятность детонации в двигателе может определяться на основании оцененных условий работы двигателя. На 206 требуемое разбавление в двигателе может определяться на основании оцененных условий работы двигателя, а также определенной упреждающей вероятности детонации. То есть определяется разбавление в двигателе, требуемое для принятия мер в ответ на ожидаемую детонацию.
На 208 способ включает в себя определение разбавителей, подходящих в данных условиях работы двигателя. Это может включать в себя определение природы разбавителей, имеющихся в распоряжении, а также количества каждого имеющегося в распоряжении разбавителя. В одном из примеров, имеющиеся в распоряжении разбавители могут подвергаться построению многомерной регулировочной характеристики и сохранению в контроллере на основании условий числа оборотов и нагрузки двигателя. Как конкретизировано ранее, разбавители для двигателя могут указывать ссылкой на негорючий материал, например, который занимает пространство в цилиндре и может поглощать тепло сгорания. Различные разбавители, имеющиеся в распоряжении, например, могут включать в себя рециркулированные отработавшие газы (EGR), воду, один или более спиртов, таких как метиловый спирт и этиловый спирт, изменение регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), изменение установки фаз клапанного распределения, сжигание обедненной смеси и т.д.
На 210 может определяться предел устойчивости сгорания каждого имеющегося в распоряжении разбавителя. Предел устойчивости сгорания каждого разбавителя может быть основан на типе разбавителя. Например, на основании того, является ли разбавитель жидким разбавителем или газообразным разбавителем. В качестве еще одного примера, может определяться, является ли разбавителем EGR, непосредственно впрыскиваемая вода или регулируемая установка VCT. Кроме того, предел устойчивости сгорания разбавителя может быть основан на концентрации каждой элементарной составляющей разбавителя. Например, предел устойчивости сгорания EGR разбавителя основан на каждой из концентрации двуокиси углерода, концентрации азота и концентрации воды рециркулированных отработавших газов. В качестве еще одного примера, предел устойчивости сгорания разбавителя для двигателя у сжигания бедной смеси основан на каждой из концентрации азота и концентрации кислорода сжигания бедной смеси. В еще одном примере, предел устойчивости сгорания у влажности основан на содержании воды. Таким образом, как конкретизировано ниже, когда используется комбинация разбавителей, предел устойчивости сгорания комбинации может вычисляться на основании общей концентрации различных элементарных составляющих, присутствующих в комбинации.
В одном из примеров, первый разбавитель (или первая группа разбавителей) может подвергаться отображению многомерной регулировочной характеристики на основании условий числа оборотов и нагрузки двигателя и пределов устойчивости сгорания (или пределов допуска), а также другие параметры сгорания оставшихся разбавителей могут выводиться или экстраполироваться на основании отображенных данных (в том числе предела устойчивости сгорания и других параметров сгорания) первого разбавителя (или первой группы разбавителей). По существу, это может снижать величину требуемой работы по отображению многомерной регулировочной характеристики и калибровке.
На 212 способ включает в себя выбор первого разбавителя для обеспечения требуемого разбавления в двигателе. Затем, на 214, может определяться количество первого разбавителя, требуемое для обеспечения требуемого разбавления. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 3, выбор первого разбавителя может включать в себя выбор первого разбавителя, который имеет наивысший предел устойчивости сгорания, для обеспечения по меньшей мере некоторой части требуемого разбавления для двигателя. Затем, после того как первый разбавитель достигает своего первого предела устойчивости сгорания, или если первый разбавитель не может обеспечивать все из требуемого разбавления для двигателя, второй разбавитель с вторым пределом устойчивости сгорания, который является более низким, чем первый предел устойчивости сгорания (например, разбавители со следующим наивысшим пределом устойчивости сгорания), может выбираться для обеспечения остатка требуемого разбавления для двигателя. Аналогичным образом, дополнительные разбавители могут выбираться в порядке уменьшения предела (или диапазона) устойчивости сгорания до тех пор, пока не обеспечено требуемое разбавление.
На 216 может определяться, является ли требуемое количество первого разбавителя имеющимся в распоряжении для обеспечения требуемого разбавления для двигателя. Например, если первым выбранным разбавителем является EGR, может определяться величина EGR, требуемая для обеспечения требуемого разбавления (например, количество «X»), и может подтверждаться, имеется ли в распоряжении требуемая величина EGR. Если да, то на 218 требуемое разбавление может обеспечиваться посредством подачи (например, впрыска) определенного количества (например, количества «X») первого разбавителя. В материалах настоящей заявки, требуемое разбавление обеспечивается исключительно посредством выбранного первого разбавителя. То есть упреждающее указание детонации подвергается принятию ответных мер посредством разбавления двигателя с помощью первого разбавителя. Способ затем может переходить на 230, чтобы определять, есть ли ответное указание детонации, и предпринимать смягчающие этапы соответствующим образом, как конкретизировано ниже.
Если требуемого количества разбавителя нет в распоряжении, то на 220 может подаваться (например, впрыскиваться) имеющееся в распоряжении количество первого разбавителя (например, количество «Y»). В материалах настоящей заявки, требуемое разбавление обеспечивается выбранным первым разбавителем частично. Разбавление для двигателя, соответствующее оставшемуся количеству (например, «Y-Х»), затем может обеспечиваться одним или более другими разбавителями. Соответственно на 224 один или более дополнительных разбавителей могут выбираться для обеспечения требуемого разбавления. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 3, это может включать в себя выбор разбавителей в порядке убывания устойчивости сгорания и/или выбор второго разбавителя после того, как первый разбавитель достиг своего предела устойчивости сгорания, выбор третьего разбавителя после того, как второй разбавитель достиг своего предела устойчивости сгорания, и так далее. Затем, на 226, количество каждого выбранного (дополнительного) разбавителя может регулироваться на основании предела устойчивости сгорания каждого разбавителя в комбинации, а также на основании поданного (или впрыснутого) количества первого разбавителя.
Дополнительно, как конкретизировано со ссылкой на фиг. 5, соотношение каждого из выбранных разбавителей может регулироваться на основании предела устойчивости сгорания каждого разбавителя в комбинации, а также различных рабочих ограничений двигателя. Таковые, например, могут включать в себя ограничения на выделение продуктов сгорания с отработавшими газами (например, выбросы твердых частиц), ограничения по температуре компонентов двигателя (например, ограничения температуры отработавших газов), ограничения, связанные с событиями ненормального сгорания (например, ранним зажиганием), и т.д. На основании этих ограничений может регулироваться соотношение выбранных разбавителей. Например, количество выбранного в начале разбавителя может уменьшаться наряду с тем, что количество альтернативного разбавителя может увеличиваться, чтобы снижать выбросы твердых частиц в данных условиях числа оборотов и нагрузки двигателя. На 228 требуемое разбавление для двигателя может обеспечиваться подачей отрегулированных количеств (или соотношений) одного или более выбранных разбавителей.
По существу, требуемое разбавление для двигателя основано на упреждающем указании детонации, и, в ответ на ответное указание детонации, контроллер может дополнительно впрыскивать текучую среду сдерживания детонации и регулировать предел устойчивости сгорания EGR и разбавителя для двигателя на основании впрыснутой текучей среды сдерживания детонации. Более конкретно, на 230, после обеспечения требуемого разбавления (только посредством первого разбавителя на 218 или посредством комбинации разбавителей на 228), может определяться, есть ли указание ответной детонации. То есть может определяться, является ли двигатель детонирующим в настоящий момент. В одном из примеров, ответная детонация может определяться датчиком детонации, присоединенным к двигателю. Если ответная детонация не возникла, процедура может заканчиваться. То есть если ответная детонация не указана, двигатель может продолжать работать с одним или более разбавителей для двигателя, подаваемыми для принятия мер в ответ на ожидаемую величину детонации. Если определена ответная детонация, то на 232 установка момента искрового зажигания может подвергаться запаздыванию и/или текучая среда сдерживания детонации может впрыскиваться для принятия мер в ответ на детонацию. Текучая среда сдерживания детонации может включать в себя топливо с высоким действующим содержанием октана, например спирт. Различная текучая среда сдерживания детонации, используемая системой двигателя по фиг. 1, например, может включать в себя этиловый спирт, метиловый спирт, бензин, воду и их комбинации. Действующее содержание октана среды сдерживания детонации может быть основано на присущем октановом числе текучей среды, эффекте разбавления текучей среды, а также эффекте испарения текучей среды. Таким образом, например, топливная смесь с этиловым спиртом (такая как Е85) может непосредственно впрыскиваться в цилиндр в ответ на ответную детонацию, чтобы воспользоваться присуще высоким октановым числом топлива (присущим высоким содержанием октана) и эффектом охлаждения заряда топлива с этиловым спиртом (высоким содержанием испаряющегося октана).
Используемая величина запаздывания искрового зажигания, впрыскиваемое количество текучей среды сдерживания детонации, а также отношение запаздывания искрового зажигания к впрыскиваемой текучей среде сдерживания детонации могут быть основаны на действующем содержании октана и эффекте разбавления впрыскиваемой текучей среды сдерживания детонации и повышенном расходе топлива, навлеченном запаздыванием искрового зажигания. Например, на основании условий работы двигателя, может быть более рациональным по топливу принимать меры в ответ на ответную детонацию только с помощью запаздывания искрового зажигания во время некоторых условий, но более эффективным по топливу принимать меры в ответ на ответную детонацию только с помощью впрыска текучей среды сдерживания детонации во время других условий. Во время, кроме того, других условий, может быть более эффективным по топливу осуществлять запаздывание искрового зажигания вплоть до пороговой величины запаздывания искрового зажигания, а затем впрыскивать текучую среду сдерживания детонации.
На 234, после использования определенной величины запаздывания искрового зажигания и/или текучей среды сдерживания детонации для принятия мер в ответ на ответную детонацию, могут регулироваться пределы устойчивости сгорания имеющихся в распоряжении разбавителей. Например, предел устойчивости сгорания для EGR, используемой в качестве разбавителя, может регулироваться, чтобы компенсировать потенциальные переходные процессы EGR и переходные процессы крутящего момента.
Таким образом, детонация в двигателе может подвергаться принятию ответных мер посредством использования одного или более разбавителей для двигателя, комбинация разбавителей выбирается на основании пределов устойчивости сгорания разбавителей. Это может предоставлять требуемому разбавлению возможность обеспечиваться, не навлекая ограничения сгорания или переходные процессы крутящего момента. Кроме того, могут упрощаться отображение многомерной регулировочной характеристики и калибровка.
Далее, со ссылкой на фиг. 3, показан примерный способ 300 для выбора и комбинирования одного или более разбавителей на основании их пределов устойчивости сгорания, чтобы обеспечивать требуемую величину разбавления в двигателе.
2
2
На 302 способ включает в себя определение предела устойчивости сгорания каждого имеющегося в распоряжении разбавителя. Как конкретизировано ранее со ссылкой на фиг. 2, это включает в себя определение предела устойчивости сгорания каждого разбавителя на основании природы разбавителя, а также элементного состава разбавителя. Например, предел устойчивости сгорания EGR может определяться в качестве функции концентрации CO, N и воды у EGR.
Затем, на 304, разбавитель с наивысшим пределом устойчивости сгорания может выбираться в качестве первого разбавителя для использования при обеспечении требуемого разбавления в двигателе. Таким образом, что касается любых двух разбавителей, разбавитель с более высоким (или наивысшим) пределом устойчивости сгорания может выбираться в качестве первого разбавителя наряду с тем, что разбавитель с более низким (или следующим наивысшим) пределом устойчивости сгорания может выбираться в качестве второго восстановителя. Кроме того, выбранный восстановитель также может иметь самый широкий диапазон устойчивости сгорания. Например, для любых двух разбавителей, имеющих одинаковый предел устойчивости сгорания, разбавитель с более широким пределом устойчивости сгорания может выбираться в качестве первого разбавителя наряду с тем, что разбавитель с более узким пределом устойчивости сгорания может выбираться в качестве второго разбавителя.
На 306 может определяться, может ли требуемое разбавление для двигателя обеспечиваться полностью первым выбранным разбавителем. Например, как конкретизировано со ссылкой на фиг. 2, количество первого разбавителя, требуемое для обеспечения требуемого разбавления (в данных условиях работы двигателя), может сравниваться с количеством первого разбавителя, который имеется в распоряжении (в данных условиях работы двигателя). Если требуемое количество первого разбавителя имеется в распоряжении, то требуемое разбавление может обеспечиваться только первым разбавителем. Если да, процедура может переходить на 312, при этом количество выбранного разбавителя может дополнительно регулироваться на основании рабочих ограничений двигателя. Например, как конкретизировано со ссылкой на фиг. 5, может определяться начальное количество первого разбавителя, а затем количество может регулироваться на основании рабочего ограничения двигателя, такого как одно или более из содержания твердых частиц (РМ) отработавших газов, температуры отработавших газов, вероятности раннего зажигания и ограничений крутящего момента. Отрегулированное количество первого разбавителя затем может выдаваться в двигатель.
Возвращаясь на 206, если требуемое разбавление не может обеспечиваться только первым разбавлением, затем, на 308, могут комбинироваться один или более разбавителей. Более конкретно, способ включает в себя, что, после выбора первого разбавителя с первым более высоким пределом устойчивости сгорания для обеспечения по меньшей мере некоторой части требуемого разбавления для двигателя, могут выбираться дополнительные разбавители. В качестве примера, после того как первый разбавитель достигает первого предела устойчивости сгорания, контроллер может выбирать второй разбавитель с вторым пределом устойчивости сгорания, более низким, чем первый предел устойчивости сгорания, чтобы обеспечивать остаток требуемого разбавления для двигателя. Если остаток требуемого разбавления в двигателе не может обеспечиваться вторым разбавителем и/или если второй разбавитель становится ограниченным по устойчивости сгорания, то может выбираться третий разбавитель с третьей устойчивостью сгорания, которая находится ниже, чем каждый из первого и второго пределов устойчивости сгорания, и так далее.
В одном из примеров, как дополнительно конкретизировано со ссылкой на пример по фиг. 4, первый разбавитель может включать в себя EGR наряду с тем, что второй разбавитель может включать в себя непосредственно впрыскиваемую воду. В материалах настоящей заявки, первый предел устойчивости сгорания первого разбавителя является более высоким, чем второй предел устойчивости сгорания второго разбавителя. Дополнительно, первый предел устойчивости сгорания первого разбавителя может быть более широким диапазоном устойчивости сгорания, чем второй предел устойчивости сгорания второго разбавителя.
Затем процедура может переходить на 312, при этом количество и соотношение выбранных разбавителей может дополнительно регулироваться на основании рабочих ограничений двигателя. Например, как конкретизировано со ссылкой на фиг. 5, начальное соотношение первого разбавителя относительно второго разбавителя может определяться, а затем отношение первого разбавителя и второго разбавителя может регулироваться на основании предела устойчивости сгорания каждого разбавителя в комбинации, а также на основании рабочих ограничений двигателя. Эти ограничения, например, могут включать в себя одно или более из ограничений содержания твердых частиц (РМ), температуры отработавших газов, вероятности раннего зажигания и крутящего момента. Регулирование соотношения, например, может включать в себя, во время первого условия, к примеру, во время работы на низкой нагрузке, увеличение воздуха в качестве разбавителя (то есть приведение в действие двигателя на бедной смеси) или увеличение внутренней EGR посредством механизмов VCT, в то время как двигатель имеет более высокий допуск для обеднения, и горячей EGR в условиях низкой нагрузки. В сравнении, в условиях средней нагрузки, регулирование может включать в себя снижение обедненного сгорания (например, уменьшение воздуха в качестве разбавителя) или снижение внутренней EGR и увеличение охлажденной EGR. В условиях высокой нагрузки, регулирование может включать в себя снижение EGR и увеличение впрыска воды или обогащения топлива в качестве разбавителя (например, увеличение впрыска топлива) для снижения склонности к детонации, и чтобы охлаждать температуры отработавших газов и сгорания.
Таким образом, множество разбавителей для двигателя могут комбинироваться для обеспечения требуемого разбавления для двигателя. Один из примеров комбинирования разных разбавителей показан в примерном способе по фиг. 4. В нем EGR и непосредственный впрыск воды комбинируются для обеспечения требуемого разбавления для двигателя, чтобы принимать меры в ответ на детонацию.
На 402 могут оцениваться и/или измеряться условия работы двигателя. На 404 требуемое разбавление для двигателя может определяться на основании условий работы двигателя. Как конкретизировано ранее на фиг. 2, это включает в себя определение упреждающей вероятности детонации в двигателе на основании оцененных условий работы двигателя и определение разбавления в двигателе, требуемого для принятия мер в ответ на упреждающую вероятность детонации в двигателе.
В изображенном способе, EGR может выбираться в качестве первого разбавителя, а непосредственно впрыскиваемая вода может выбираться в качестве второго разбавителя. Соответственно на 406 может определяться первое количество EGR, которое может выдаваться, чтобы удовлетворять требуемое разбавление для двигателя. Это первое количество EGR может определяться на основании оцененных условий работы двигателя и первого предела устойчивости сгорания EGR. Затем, на 408, может определяться, достаточно ли первого количества EGR для обеспечения требуемого разбавления. Если да, процедура может заканчиваться и требуемое разбавление может обеспечиваться первым количеством EGR. Если нет, то на 410 второе количество непосредственно впрыскиваемой воды может определяться для обеспечения остатка требуемого разбавления. Второе количество может быть основано на первом количестве EGR и пределе устойчивости сгорания EGR, а также пределе устойчивости сгорания воды.
Таким образом, в изображенном способе, контроллер может рециркулировать первое количество отработавших газов с выпуска двигателя на впуск двигателя и впрыскивать второе количество разбавителя для двигателя (в материалах настоящей заявки, воды), чтобы обеспечивать требуемое разбавление для двигателя. В материалах настоящей заявки, второе количество может быть основано на пределе устойчивости сгорания первого количества отработавших газов, а кроме того, первое и второе количества могут регулироваться, чтобы обеспечивать требуемое разбавление для двигателя. В одном из примеров, контроллер может рециркулировать первое количество отработавших газов, чтобы обеспечивать по меньшей мере некоторую часть требуемого разбавления для двигателя, до тех пор пока не достигнут первый предел устойчивости сгорания рециркуляции отработавших газов. Затем, после достижения первого предела устойчивости сгорания, контроллер может впрыскивать второе количество следующего разбавителя(ей) для двигателя, чтобы обеспечивать остаток требуемого разбавления для двигателя. В материалах настоящей заявки, первый предел устойчивости сгорания EGR является более высоким, чем второй предел устойчивости сгорания второго разбавителя (непосредственно впрыскиваемой воды). В альтернативном примере, первый предел устойчивости сгорания, к тому же, может иметь более широкий диапазон, чем второй предел устойчивости сгорания.
Следует понимать, что несмотря на то что изображенный пример использует непосредственно впрыскиваемую воду в качестве второго разбавителя, в альтернативном примере, второй разбавитель для двигателя может включать в себя регулируемую установку фаз кулачкового распределения. Могут использоваться еще и другие разбавители для двигателя, такие как сжигание бедной смеси, регулируемая установка фаз клапанного распределения, влажность и т.д.
Кроме того, следует понимать, что, в изображенном способе, требуемое разбавление для двигателя, обеспечиваемое комбинацией выбранных разбавителей, основано на упреждающем указании детонации. Контроллер может быть дополнительно выполнен с возможностью, в ответ на ответное указание детонации, впрыска текучей среды сдерживания детонации и регулирования предела устойчивости сгорания EGR и разбавителя(ей) для двигателя на основании впрыскиваемой текучей среды сдерживания детонации.
Далее, со ссылкой на фиг. 5, показан примерный способ 500 для регулирования соотношения количеств различных разбавителей, используемых для обеспечения требуемого разбавления для двигателя, на основании одного или более рабочих ограничений двигателя. Посредством регулирования соотношения на основании ограничений, требуемое разбавление может обеспечиваться без ухудшения характеристик выделения продуктов сгорания с отработавшими газами и наряду со снижением потенциальной возможности для переходных процессов EGR и/или крутящего момента.
На 502 начальная комбинация одного или более разбавителей для двигателя может выбираться для обеспечения требуемого разбавления для двигателя. Начальная комбинация может включать в себя выбор разбавителей из совокупности имеющихся в распоряжении разбавителей на основании условий работы двигателя и соответствующих пределов устойчивости сгорания (разбавителей).
На 503 может определяться, есть ли какие-нибудь ограничения крутящего момента. В одном из примеров, ограничения крутящего момента могут присутствовать в условиях низкого числа оборотов и низкой нагрузки. Для улучшенных рабочих характеристик крутящего момента в условиях низкого числа оборотов (числе оборотов в минуту, RPM), контроллер может уменьшать использование работы на бедной смеси, внутренней EGR и охлажденной EGR в качестве разбавителей и замещать впрыском воды для разбавления для двигателя. В материалах настоящей заявки, впрыск воды будет обеспечивать разбавление для снижения температур сгорания, уменьшения склонности к детонации и увеличения объемного коэффициента полезного действия для получения более высокого крутящего момента. Для снижения крутящего момента, контроллер может увеличивать работу на бедном топливовоздушном соотношении или увеличивать внутреннюю EGR благодаря регулировкам VCT. По существу, эти два действия предоставляют возможность для быстрого регулирования крутящего момента благодаря управлению разбавлением. Если присутствуют ограничения крутящего момента, то на 510 может регулироваться соотношение разбавителей. Например, величина EGR может повышаться наряду с тем, что может снижаться количество непосредственно впрыскиваемой воды.
На 504 может определяться, есть ли какие-нибудь ограничения температуры отработавших газов. В одном из примеров, повышенные температуры отработавших газов могут возникать в условиях высоких и очень высоких чисел оборотов и нагрузок. В таких условиях, использование внутренней EGR/остаточных газов в качестве разбавителя может приводить к повышенным температурам отработавших газов. В противоположность, непосредственно впрыскиваемая вода может обеспечивать эффект охлаждения заряда, который приводит к более низким температурам отработавших газов. Проблемы повышенной температуры отработавших газов также могут приводить к проблемам турбонагнетателя вследствие повышенных температур впуска турбины. Если подтверждены, ограничения температуры отработавших газов могут подвергаться принятию ответных мер посредством регулирования соотношения разбавителей в употреблении на 510 на основании ограничений температуры отработавших газов. Например, величина EGR может снижаться наряду с тем, что может повышаться количество непосредственно впрыскиваемой воды.
На 505 может определяться, есть ли какие-нибудь ограничения твердых частиц (РМ). В одном из примеров, повышенные выбросы твердых частиц могут происходить при некоторых выбранных комбинациях условий числа оборотов, нагрузки и температур. В таких условиях, использование обогащения топлива в качестве разбавителя может увеличивать выбросы РМ. В противоположность, непосредственно впрыскиваемая вода или спиртовое топливо могут по сути формировать более низкие уровни РМ. Ограничения РМ могут подвергаться принятию ответных мер на 510 посредством регулирования соотношения выбранных разбавителей на основании ограничений РМ. Например, величина обогащения топлива может снижаться наряду с тем, что может повышаться количество непосредственно впрыскиваемой воды.
На 506 может определяться, есть ли вероятность раннего зажигания. В одном из примеров, раннее зажигание может возникать в условиях низкого числа оборотов и высоких нагрузок. В таких условиях, использование внутренней EGR в качестве разбавителя может увеличивать частоту возникновения раннего зажигания. В противоположность, непосредственно впрыскиваемая вода и или спиртовое топливо может обеспечивать эффект охлаждения заряда, который может снижать частоту возникновения раннего зажигания. Таким образом, на 510 ограничения раннего зажигания могут подвергаться принятию ответных мер посредством регулирования соотношения выбранных разбавителей на основании ограничения раннего зажигания. Например, величина внутренней EGR может снижаться наряду с тем, что может повышаться количество непосредственно впрыскиваемой воды.
На 507 может определяться, требуется ли разбавление при холодном запуске двигателя (таком как когда каталитический нейтрализатор отработавших газов находится ниже температуры розжига). Во время таких условий, чтобы принять меры в ответ на выделения холодного запуска двигателя, может требоваться небольшая величина повышения горячей внутренней EGR. Ограничения холодного запуска двигателя могут подвергаться принятию ответных мер на 510 посредством регулирования соотношения выбранных разбавителей. Например, величина внутренней EGR может повышаться наряду с тем, что снижается величина впрыска воды или водного раствора этилового спирта.
На 508 может определяться, есть ли ограничения охлажденной EGR. В одном из примеров, охлажденная EGR может становиться ограниченной в условиях низкого числа оборотов и средних нагрузок. В таких условиях, непосредственный впрыск текучей среды, такой как этаноловое топливо, вода или промывочная текучая среда, может формировать эффект разбавления, который может быстро обеспечивать требуемое разбавление, в то время как ограничена охлажденная EGR. Более конкретно, если в условиях низкого числа оборотов и средних нагрузок уровень охлажденной EGR не высок настолько, насколько запрошено, то, посредством непосредственного впрыска воды (или этилового спирта), требуемое разбавление может обеспечиваться по существу незамедлительно, в то время как увеличен поток EGR. Таким образом, на 510 соотношение выбранных разбавителей может регулироваться на основании ограничения EGR охладителя. Например, величина EGR может снижаться наряду с тем, что может повышаться количество непосредственно впрыскиваемой воды.
В одном из примеров, в ответ на вероятность детонации, контроллер может использовать EGR в качестве первого выбранного разбавителя и осуществлять рециркуляцию первого количества отработавших газов через канал EGR до тех пор, пока не достигнут первый предел устойчивости сгорания EGR. После того как достигнута первая устойчивость сгорания, контроллер может использовать непосредственно впрыскиваемую воду в качестве второго разбавителя и непосредственно впрыскивать второе количество воды в цилиндр двигателя до тех пор, пока не достигнут второй предел устойчивости непосредственного впрыска. В материалах настоящей заявки, первое и второе количества могут быть основаны на вероятности детонации и каждом из первого и второго пределов устойчивости сгорания.
Контроллер, в таком случае, может регулировать соотношение первого и второго количества на основании рабочего ограничения двигателя, включающего в себя одно или более из содержания РМ в отработавших газах, температуры отработавших газов, вероятности раннего зажигания и ограничения крутящего момента. В качестве примера, регулирование может включать в себя увеличение второго количества наряду с уменьшением первого количества в ответ на ограничение раннего зажигания. В качестве еще одного примера, регулирование может включать в себя увеличение первого количества наряду с уменьшением второго количества в ответ на ограничение температуры отработавших газов.
Контроллер может быть дополнительно выполнен с возможностью, в ответ на ответное указание детонации, непосредственного впрыска третьего количества текучей среды сдерживания детонации в цилиндр. Контроллер затем может регулировать первый и второй предел устойчивости сгорания EGR и непосредственно впрыскиваемой воды, соответственно, на основании третьего количества впрыскиваемой текучей среды сдерживания детонации.
Таким образом, посредством регулирования соотношения выбранных разбавителей на основании их соответствующих пределов устойчивости сгорания, а также рабочих ограничений двигателя, разбавление для двигателя может лучше обеспечиваться с уменьшенными переходными процессами в двигателе и сниженными выделениями продуктов сгорания в отработавших газах.
Фиг. 6 иллюстрирует использование различных разбавителей для двигателя при принятии мер в ответ на детонацию в двигателе и обеспечении разбавления для двигателя на многомерной регулировочной характеристике 600. В частности, многомерная регулировочная характеристика 600 изменяется по количеству непосредственно впрыскиваемой воды на графике 602, изменяется по количеству отработавших газов, которые рециркулируются с выпуска двигателя на впуск двигателя, на графике 604, и изменяется по регулированию регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT) на 608 по мере того, как требуемое разбавление для двигателя изменяется со временем на графике 606. Посредством регулирования непосредственного впрыска в координации с потоком EGR, требуемое разбавление может обеспечиваться наряду с тем, что уменьшаются проблемы переходного управления EGR. Следует понимать, что несмотря на то что изображенный пример проиллюстрирован с использованием воды в качестве разбавителя, в альтернативном примере, разбавитель может быть этиловым спиртом, метиловым спиртом, другим спиртом, очистительной текучей средой, их комбинациями или альтернативной негорючей текучей средой.
До t1, на основании условий работы двигателя (таких как условия числа оборотов и нагрузки двигателя), может определяться требуемое разбавление. На основании требуемого разбавления, могут определяться поток EGR, установка VCT и величина впрыска воды. В t1, может запрашиваться резкое увеличение разбавления для двигателя. Увеличение потока EGR может запрашиваться вследствие упреждающего предвидения детонации в двигателе. Например, повышенное разбавление может запрашиваться во время резкого нажатия педали (которое, в свою очередь, приводит к резкому открыванию дросселя) вследствие внезапного увеличения вероятности детонации в двигателе. Соответственно, в t1, EGR может выбираться в качестве первого разбавителя (вследствие своего самого высокого предела устойчивости сгорания), и величина потока EGR может увеличиваться. В одном из примеров, поток EGR может быть потоком LP-EGR, принимаемым через канал LP-EGR, присоединенный между впуском двигателя выше по потоку от компрессора турбонагнетателя и выпуском двигателя ниже по потоку от турбины турбонагнетателя. Однако в альтернативных примерах, поток EGR может быть потоком HP-EGR, принимаемым через канал HP-EGR, присоединенный между впуском двигателя ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя и выпуском двигателя выше по потоку от турбины турбонагнетателя. Поток LP-EGR может увеличиваться посредством работы клапана LP-EGR в канале LP-EGR.
Однако может быть задержка от момента времени, когда приводится в действие клапан LP-EGR, и моментом времени, в который увеличенный поток EGR достигается и принимается в цилиндре. Более конкретно, задержка при смешивании газов EGR с всасываемым воздухом для достижения требуемой величины/потока EGR и поступления смешанного потока EGR в цилиндр может приводить к переходным процессам EGR, которые могут ухудшать коэффициент полезного действия двигателя на время переходного процесса. Таким образом, чтобы компенсировать переходные процессы EGR и связанные переходные процессы разбавления для двигателя, в t1, во время увеличения потока EGR (такого как, с первого количества EGR до второго, более высокого количества EGR), непосредственный впрыск по впрыску воды может снижаться до первой величины впрыска воды. В материалах настоящей заявки, непосредственно впрыскиваемая вода используется в качестве второго разбавителя на основании своего предела устойчивости сгорания. По существу немедленное испарение непосредственно впрыскиваемой воды может обеспечивать по существу немедленный эффект разбавления в цилиндре, который компенсирует переходные процессы EGR и предоставляет требуемому разбавлению возможность обеспечиваться по существу незамедлительно. Величина непосредственного впрыска воды может быть основана на количестве EGR в потоке EGR, а также требуемом разбавлении для двигателя. Таким образом, по мере того как поток EGR постепенно возрастает, впрыск воды может уменьшаться (например, до второй величины впрыска, более низкой, чем первая величина), так что по существу поддерживается требуемый уровень разбавления для двигателя. Как показано на графике 602, скорость увеличения впрыска воды может быть более быстрой, чем скорость уменьшения впрыска воды. Посредством регулирования и координации впрыска воды и потока EGR, требуемое разбавление может обеспечиваться незамедлительно.
В t2, несмотря на то что запрос разбавления для двигателя сохраняется, EGR может становиться ограниченной устойчивостью сгорания. Таким образом, после t2, уровень EGR может поддерживаться на или непосредственно под ограниченным устойчивостью сгорания уровнем. Нехватка разбавления для двигателя, в таком случае, может обеспечиваться соответствующим регулированием установочных параметров VCT. Как показано в материалах настоящей заявки, между t2 и t3, запрос разбавления для двигателя остается существенно высоким. В течение этого периода, уровень EGR сохраняется, и наряду с тем что уровень непосредственного впрыска воды снижается, установка VCT может увеличиваться, так чтобы удовлетворялось требуемое разбавление.
В t3, в ответ на изменение условий работы двигателя, запрошенное разбавление может снижаться. В одном из примеров, пониженное разбавление может запрашиваться во время резкого нажатия педали. В ответ на снижение запрошенного разбавления для двигателя, впрыск воды может немедленно уменьшаться (чтобы предоставлять возможность происходить немедленному падению разбавления), после чего величина впрыска воды может постепенно уменьшаться. В одном из примеров, вследствие беспокойств о детонации, может требоваться удерживать количество непосредственно впрыскиваемой воды в пределах верхнего порогового значения 601 и нижнего порогового значения 603. Одновременно, в t2, поток EGR также может уменьшаться. Кроме того, установка VCT может регулироваться на основании изменения непосредственного впрыска воды, а кроме того, на основании изменения потока EGR. Например, во время уменьшения потока EGR, инициированного в t3, когда требуемая величина впрыска воды является меньшей, чем нижнее пороговое значение 603, величина впрыска воды может возвращаться к нижнему пороговому значению между t3 и t4 (или временно удерживаться на нижнем пороговом значении в течение времени между t3 и t4, как изображено пунктирным участком 607), наряду с тем что установка VCT подвергается запаздыванию (график 608) в течение некоторого времени (между t3 и t4). В материалах настоящей заявки, посредством регулирования VCT на основании величины непосредственного впрыска, впрыск воды может удерживаться на требуемом пороговом значении, чтобы сопровождать детонацию, в то время как требуемое разбавление для двигателя обеспечивается по меньшей мере частично и временно посредством VCT.
В альтернативном примере (не показан), когда запрашивается разбавление для двигателя и в то время как увеличен поток EGR, VCT может подвергаться опережению, когда требуемая величина впрыска воды является большей, чем верхнее пороговое значение. В материалах настоящей заявки, впрыск воды может сохраняться в течение некоторого времени (например, кратковременно) на верхней пороговой величине наряду с тем, что VCT подвергается опережению в течение того же самого периода. Следует понимать, что используемое регулирование VCT (например, запаздывание и опережение VCT) может быть основано на типе VCT. Таким образом, когда VCT является первым типом, может использоваться опережение VCT, а когда VCT является вторым, отличным типом, может использоваться запаздывание VCT для достижения требуемого эффекта разбавления.
В t5, в ответ на нагрузку двигателя, являющуюся более низкой, чем пороговое значение, и поток EGR, находящийся ниже, чем пороговое значение, количество непосредственно впрыскиваемой воды может постепенно увеличиваться. В материалах настоящей заявки, на более низких нагрузках двигателя, в ожидании увеличения нагрузки двигателя (к примеру, вследствие внезапного увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах) и соответствующей потребности в повышенном разбавлении для двигателя, а кроме того, в ожидании потенциально возможных переходных процессов EGR (или переходных процессов разбавления), происходящих из-за задержки увеличения потока EGR, непосредственный впрыск воды может повышаться, хотя и на небольшую величину, чтобы по меньшей мере частично обеспечивать некоторую часть разбавления для двигателя, которое может запрашиваться во время ожидаемого увеличения нагрузки двигателя. Таким образом, на самом деле, выравнивание нагрузки может выполняться в ожидании изменений нагрузки.
Таким образом, изменения разбавления для двигателя могут лучше упреждаться и подвергаться принятию ответных мер. Посредством определения требований к разбавлению для двигателя на основании ожидаемой детонации в двигателе и ожидаемых нагрузок двигателя и на основании условий нагрузки двигателя и посредством регулирования комбинации разбавителей, которые могут использоваться для обеспечения требуемого разбавления для двигателя, на основании их соответствующих пределов устойчивости сгорания, детонация может подвергаться лучшему принятию ответных мер. Посредством отображения многомерной регулировочной характеристики двигателя на основании пределов устойчивости сгорания имеющихся в распоряжении разбавителей, может улучшаться управление разбавлением для двигателя. Более конкретно, рабочие характеристики двигателя и использование разбавителей могут улучшаться наряду с предоставлением всех выгод от принятия мер в ответ на детонацию у разбавления для двигателя.
Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Конкретные 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 этапы, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях пропускаться. Аналогичным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, а приведен для облегчения иллюстрации и описания. Один или более из проиллюстрированных этапов или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные этапы могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машиночитаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Дополнительно следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути и что эти конкретные 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. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новейшие и неочевидные 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. Следует понимать, 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 предмет настоящего изобретения.