ДВИГАТЕЛЬ, ИМЕЮЩИЙ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕТАНОВОГО ЧИСЛА (ВАРИАНТЫ)
ENGINE WITH CETANE NUMBER DETERMINATION DEVICE

Настоящее изобретение относится к области вычисления (оценки) изменения цетанового числа по амплитуде угловой скорости вращения двигателя таким образом, чтобы корректировать впрыск топлива, когда цетановое число изменяется.
Дизельное топливо, являющееся топливом для дизельного двигателя, производится и продается в разных странах мира, в которых цетановое число дизельного топлива изменяется в пределах от 38 до 52. Поскольку дизельное топливо, используемое в дизельном двигателе, строго измеряется и затем продается, цетановое число дизельного топлива должно быть всегда постоянным. Однако, например, топливо с другим цетановым числом может быть заправлено на борт судна в портах захода. В частности, цетановое число грубо обработанного дизельного топлива может быть снижено.
Управление впрыском для дизельного двигателя основано на номинальном значении цетанового числа топлива, используемом при производстве. Следовательно, когда цетановое число не является постоянным или снижено, надлежащее управление впрыском топлива становится невозможным.
С учетом известного уровня техники, обычно использовалось несколько способов определения изменения цетанового числа. Например, в JP 2005-344557 описан известный способ определения цетанового числа в момент отсечки топлива в двигателе внутреннего сгорания.
Однако цетановое число топлива, используемого для работы двигателя, может быть изменено путем использования состояния топлива или количества подач топлива, в результате чего предпочтительно регулярно обнаруживать изменение цетанового числа. На известном уровне техники не существует способа обнаружения изменения цетанового числа, которое может осуществляться регулярно при работе двигателя внутреннего сгорания.
Целью изобретения является регулярное обнаружение изменения цетанового числа топлива при работе двигателя внутреннего сгорания и надлежащее управление впрыском топлива на основе обнаруженного изменения цетанового числа.
Вышеупомянутые проблемы решаются при помощи описанного ниже двигателя, содержащего устройство определения цетанового числа.
Согласно первому объекту настоящего изобретения создан двигатель, содержащий устройство определения цетанового числа, включающее в себя средство определения угловой скорости, определяющее угловую скорость вращения коленчатого вала двигателя; причем амплитуда угловой скорости, которая является стандартным критерием оценки цетанового числа, задается на основе скорости вращения двигателя и количества впрыскиваемого топлива; а изменение амплитуды угловой скорости, определяемое средством определения угловой скорости, сравнивается со стандартным значением для определения изменения цетанового числа. Двигатель дополнительно содержит средство определения нагрузки, определяющее нагрузку на двигатель; средство определения скорости вращения двигателя, определяющее скорость вращения двигателя; средство вычисления впрыска топлива, вычисляющее, по меньшей мере, одно из количества впрыскиваемого топлива, номера впрыска топлива и давления впрыска топлива относительно стандартного топлива на основе нагрузки, определяемой средством определения нагрузки, и скорости вращения, определяемой средством определения скорости вращения двигателя; и средство коррекции впрыска топлива, корректирующее количество впрыскиваемого топлива, если вычислено количество впрыскиваемого топлива, номер впрыска топлива, если вычислен номер впрыска топлива, и давление впрыска топлива, если вычислено давление впрыскиваемого топлива, на основе цетанового числа, определяемого средством определения цетанового числа.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство многоэтапного впрыска топлива, осуществляющее, по меньшей мере, один впрыск перед главным впрыском; средство вычисления многоэтапного впрыска топлива, вычисляющее, по меньшей мере, одно из момента впрыска или интервала впрыска средством многоэтапного впрыска топлива относительно стандартного топлива; и средство коррекции многоэтапного впрыска топлива, корректирующее момент впрыска топлива, если вычислен момент впрыска топлива, и интервал впрыска топлива, если вычислен интервал впрыска топлива, на основе цетанового числа, определяемого средством определения цетанового числа.
Предпочтительно, средство коррекции многоэтапного впрыска топлива уменьшает интервал между главным впрыском и впрыском непосредственно перед главным впрыском, если цетановое число, определяемое средством определения цетанового числа, снижено.
Предпочтительно, коррекция, осуществляемая средством коррекции впрыска топлива или средством коррекции многоэтапного впрыска топлива, производится во время пуска двигателя.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит средство коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива, корректирующее максимальное количество впрыскиваемого топлива, определяемое на основе количества впрыскиваемого топлива, скорректированного средством коррекции впрыска топлива, или цетанового числа, определяемого средством определения цетанового числа.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит нагнетатель; по меньше мере, один из датчика концентрации кислорода, датчика температуры выхлопных газов и датчика скорости вращения турбокомпрессора; и средство управления подтверждением коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива, оценивающее то, что максимальное количество впрыскиваемого топлива, скорректированное средством коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива, является нормальным, когда концентрация кислорода, определяемая датчиком концентрации кислорода, температура выхлопных газов, определяемая датчиком температуры выхлопных газов, или скорость вращения турбокомпрессора, определяемая датчиком скорости вращения турбокомпрессора, не выходят за заданные пороговые значения.
Предпочтительно, двигатель дополнительно содержит нагнетатель переменной производительности, который выполнен с возможностью изменения противодавления или давления наддува; и средство управления давлением наддува, управляющее противодавлением или давлением наддува нагнетателя переменной производительности на основе цетанового числа, определяемого средством определения цетанового числа.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан двигатель, содержащий устройство определения цетанового числа, включающее в себя средство определения угловой скорости, определяющее угловую скорость вращения коленчатого вала двигателя; причем амплитуда угловой скорости, которая является стандартным критерием оценки цетанового числа, задается на основе скорости вращения двигателя и количества впрыскиваемого топлива; а изменение амплитуды угловой скорости, определяемое средством определения угловой скорости, сравнивается со стандартным значением для определения изменения цетанового числа. Двигатель дополнительно содержит нагнетатель переменной производительности, который выполнен с возможностью изменения противодавления или давления наддува; и средство управления давлением наддува, управляющее противодавлением или давлением наддува нагнетателя переменной производительности на основе цетанового числа, определяемого средством определения цетанового числа.
Таким образом, согласно настоящему изобретению используется средство определения угловой скорости, определяющее угловую скорость вращения коленчатого вала двигателя, при этом амплитуда угловой скорости, которая является стандартным критерием оценки цетанового числа, задана на основе скорости вращения двигателя и количестве впрыскиваемого топлива; и изменение амплитуды угловой скорости, полученное средством определения угловой скорости, сравнивается со стандартным значением для определения изменения цетанового числа.
Согласно настоящему изобретению, двигатель содержит средство определения нагрузки, определяющее нагрузку на двигатель, средство определения скорости вращения двигателя, определяющее скорость вращения двигателя, средство вычисления впрыска топлива, вычисляющее, по меньшей мере, одно из количества впрыскиваемого топлива, номера впрыска топлива и давления впрыска топлива относительно стандартного топлива на основе нагрузки, определенной средством определения нагрузки, и скорости вращения, определенной средством определения скорости вращения двигателя, и средство коррекции впрыска топлива, корректирующее количество впрыскиваемого топлива, когда вычислено количество впрыскиваемого топлива, номер впрыска топлива, когда вычислено число впрысков топлива, и давление впрыска топлива, когда вычислено давление впрыскиваемого топлива на основе цетанового числа, определенного средством определения цетанового числа.
Согласно настоящему изобретению, двигатель содержит средство многоэтапного впрыска топлива, осуществляющее, по меньшей мере, один впрыск перед главным впрыском, средство вычисления многоэтапного впрыска топлива, вычисляющее, по меньшей мере, один момент впрыска или интервал впрыска средством многоэтапного впрыска топлива относительно стандартного топлива, и средство коррекции многоэтапного впрыска топлива, корректирующее момент впрыска топлива, когда вычислен момент впрыска топлива, и интервал впрыска топлива, когда вычислен интервал впрыска топлива, на основе цетанового числа, определенного средством определения цетанового числа.
Согласно настоящему изобретению, средство коррекции многоэтапного впрыска топлива уменьшает интервал между главным впрыском и впрыском непосредственно перед главным впрыском, когда цетановое число, определенное средством определения цетанового числа, снижено.
Согласно настоящему изобретению коррекция, осуществляемая средством коррекции впрыска топлива или средством коррекции многоэтапного впрыска топлива, производится во время пуска двигателя.
Согласно настоящему изобретению, двигатель содержит средство коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива, корректирующее максимальное количество впрыскиваемого топлива, определенное на основе количества впрыскиваемого топлива, скорректированного средством коррекции впрыска топлива, или цетанового числа, определенного средством определения цетанового числа.
Согласно настоящему изобретению, двигатель содержит нагнетатель, по меньше мере, один датчик концентрации кислорода, датчик температуры выхлопных газов и датчик скорости вращения турбокомпрессора, и управляющее средство подтверждения коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива оценивает то, что максимальное количество впрыскиваемого топлива, скорректированное средством коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива, является нормальным, когда концентрация кислорода, определенная датчиком концентрации кислорода, температура выхлопных газов, определяемая датчиком температуры выхлопных газов, или скорость вращения турбокомпрессора, определяемая датчиком скорости вращения турбокомпрессора, не выходят за предварительно заданные пороговые значения.
Согласно настоящему изобретению, двигатель содержит нагнетатель переменной производительности, который может изменять противодавление или давление нагнетателя, и средство управления давлением наддува, управляющее противодавлением или давлением наддува нагнетателя переменной производительности на основе цетанового числа, определенного средством определения цетанового числа.
Настоящее изобретение дает следующие результаты.
Согласно настоящему изобретению, амплитуда угловой скорости изменяется в соответствии с изменением цетанового числа таким образом, что цетановое число может определяться регулярно.
Согласно настоящему изобретению, впрыск топлива корректируется согласно изменению цетанового числа таким образом, чтобы оптимизировать сгорание. Изменение характеристик двигателя или изменение выброса в окружающую среду, вызванное изменением цетанового числа, минимизировано.
Согласно настоящему изобретению, многоступенчатый впрыск топлива корректируется в соответствии с изменением цетанового числа таким образом, чтобы оптимизировать сгорание при многоэтапном впрыске топлива, например, при предварительном впрыске. Шум, генерируемый при сгорании, или повышенное давление в цилиндрах, вызванные изменением цетанового числа, минимизированы.
Согласно настоящему изобретению, минимизировано ухудшение воспламеняемости, вызванное уменьшением цетанового числа.
Согласно настоящему изобретению, цетановое число определяется только во время пуска двигателя, и впрыск топлива при многоступенчатом впрыске корректируется. Соответственно, в дополнение к эффекту по п.2 формулы изобретения, двигатель запускается после подачи топлива таким образом, чтобы определить, изменилось ли цетановое число во время пуска двигателя. По сравнению со случаем выполнения определения и вычисления постоянно, нагрузка уменьшается таким образом, что процессор (центральный процессор) может использоваться для другого вычисления.
Согласно настоящему изобретению, максимальное количество впрыскиваемого топлива корректируется согласно изменению цетанового числа таким образом, чтобы обязательно корректировать впрыск топлива по всей области нагрузки. Номинальная мощность обеспечивается независимо от воздействия изменения цетанового числа.
Согласно настоящему изобретению, улучшена надежность двигателя. Осуществляется проверка того, является ли откорректированное максимальное количество впрыскиваемого топлива нормальным или нет, и впрыск топлива в двигатель немедленно регулируется даже в случае, когда скорректированное количество топлива не является нормальным.
Согласно настоящему изобретению, давление нагнетания или противодавление корректируется согласно изменению цетанового числа таким образом, чтобы оптимизировать сгорание. Предотвращены рывки, вызванные турбиной и т.п.
Далее, настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - общий вид конструкции четырехцилиндрового дизельного двигателя, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - диаграмма угловой скорости вращения двигателя в соответствии с вращением двигателя.
Фиг.3 - график угловой скорости вращения двигателя в соответствии с углом вращения двигателя в зависимости от различных цетановых чисел.
Фиг.4 - вид полной конструкции четырехцилиндрового дизельного двигателя, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - многомерная характеристика амплитуды угловой скорости надлежащей амплитуды скорости вращения, вычисленной на основе скорости Ne вращения и количества Q впрыскиваемого топлива.
Фиг.6 - многомерная характеристика надлежащего среднего значения угловой скорости, вычисленного на основе скорости Ne вращения и количества Q впрыскиваемого топлива.
Фиг.7 - блок-схема последовательности операций управления впрыском топлива, соответствующих варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 - многомерная характеристика давления впрыска топлива, показывающая давление Qp впрыска топлива, вычисленное на основе скорости Ne вращения и нагрузки Ас.
Фиг.9 - график многоэтапного впрыска топлива, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 - многомерная характеристика максимального количества впрыскиваемого топлива, показывающая максимальное количество Qmax впрыскиваемого топлива, вычисленное на основе скорости Ne вращения и нагрузки Ас.
Фиг.11 - блок-схема последовательности операций управления подтверждением коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива.
Фиг.12 - (а) схематический чертеж состояния, когда площадь отверстия турбокомпрессора с изменяемой геометрией большая; (b) схематический чертеж состояния, когда площадь отверстия небольшая.
Теперь будет описан вариант осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 показан общий вид конструкции четырехцилиндрового дизельного двигателя, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.2 показана диаграмма угловой скорости вращения двигателя в соответствии с вращением двигателя. На фиг.3 показан график угловой скорости вращения двигателя в соответствии с углом вращения двигателя в зависимости от различных цетановых чисел.
На фиг.4 показан вид полной конструкции четырехцилиндрового дизельного двигателя, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.5 показана многомерная характеристика амплитуды угловой скорости надлежащей амплитуды угловой скорости, вычисленной на основе скорости Ne вращения и количества Q впрыскиваемого топлива. На фиг.6 показана многомерная характеристика среднего значения угловой скорости надлежащей средней угловой скорости, вычисленной на основе скорости Ne вращения и количества Q впрыскиваемого топлива.
На фиг.7 показана блок-схема последовательности операций основной программы управления впрыском топлива, соответствующих варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.8 показана многомерная характеристика давления впрыска топлива давления Qp впрыска топлива, вычисленного на основе скорости Ne вращения и нагрузки Ас. На фиг.9 показан график многоэтапного впрыска топлива, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.10 показана многомерная характеристика максимального количества впрыскиваемого топлива максимального количества Qmax впрыскиваемого топлива, вычисленного на основе скорости Ne вращения и нагрузки Ас. На фиг.11 показана блок-схема последовательности операций управления подтверждением коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива. На фиг.12 (а) показан схематический чертеж состояния, когда площадь отверстия турбокомпрессора с изменяемой геометрией большая. На фиг.12(b) показан схематический чертеж состояния, когда площадь отверстия небольшая.
Сначала будет дано описание на основе четырехцилиндрового дизельного двигателя, имеющего систему впрыска топлива с общей топливной магистралью, как в варианте осуществления настоящего изобретения. Кроме того, описание будет дано на основе средства определения цетанового числа с использованием угловой скорости вращения двигателя и амплитуды угловой скорости вращения двигателя, причем это использование является признаком настоящего изобретения. Кроме того, описание будет дано относительно некоторых средств коррекции впрыска системы впрыска топлива с общей топливной магистралью, в которых применяется средство определения цетанового числа.
Описание будет дано на основе системы 50 впрыска топлива с общей топливной магистралью, для которой принято средство определения цетанового числа, соответствующее настоящему изобретению, в соответствии с фиг.1.
Например, как показано на фиг.4, система 50 впрыска топлива с общей топливной магистралью впрыскивает топливо в дизельный двигатель 51 (далее просто называемый двигателем). Система 50 впрыска топлива с общей топливной магистралью содержит, главным образом, общую магистраль 52, в которой гидравлически накапливается топливо, инжекторы 53а, 53b, 53с и 53d, впрыскивающие топливо в цилиндры, питающий насос 54, непрерывно подающий под высоким давлением топливо, и устройство 70 управления двигателем.
Общая топливная магистраль 52 содержит в себе топливо под высоким давлением, подлежащее подаче в инжекторы 53. Общая топливная магистраль 52 соединена через топливный трубопровод (топливный канал высокого давления) 55 с выпускным каналом питающего насоса 54 таким образом, чтобы аккумулировать давление общей топливной магистрали в соответствии с давлением впрыска топлива.
Отходящее от инжекторов топливо возвращается в топливный бак 57 через сливной трубопровод (канал возвратного топлива) 56. Топливо, возвращающееся в топливный бак 57 из общей топливной магистрали 52, проходит через сливную линию (канал возвратного топлива) 58 через клапан 59 регулирования давления. Клапан 59 регулирования давления регулирует возврат топлива в сливную линию 58 таким образом, чтобы регулировать давление топлива в общей топливной магистрали 52 до давления впрыска топлива.
Каждый из инжекторов 53 установлен в цилиндре двигателя 51 и впрыскивает и подает топливо в цилиндр. Инжекторы 53 соединены с концами патрубков, ответвляющихся от общей топливной магистрали 52. Каждый из инжекторов 53 снабжен смонтированной в нем форсункой, впрыскивающей и подающей топливо под высоким давлением, гидравлически аккумулированное в общей топливной магистрали 52, в цилиндр, электромагнитный клапан, управляющий подъемом иглы распылителя, расположенной в форсунке, и т.п. Электромагнитный клапан инжектора 53 управляет моментом и объемом впрыска в соответствии с сигналом открытия инжектора, формируемым устройством 70 управления двигателем. Когда сигнал открытия инжектора поступает к электромагнитному клапану, топливо под высоким давлением впрыскивается и подается в цилиндр, и когда сигнал открытия инжектора выключается, впрыск топлива прекращается.
Питающий насос 54 подает топливо под высоким давлением в общую топливную магистраль 52. Питающий насос 54 составлен здесь подающим насосом, всасывающим топливо, содержащееся в топливном баке 57, в питающий насос 54, и топливным насосом высокого давления, сжимающим топливо, всасываемое подающим насосом, и подающим топливо под давлением в общую топливную магистраль 52. Подающий насос и насос высокого давления приводятся в действие общим кулачковым валом 60. Кулачковый вал 60 приводится во вращение коленчатым валом 11 двигателя 51 или подобным средством.
Нагнетатель 62 повышает давление воздуха таким образом, чтобы создавать принудительное всасывание воздуха в двигатель. Нагнетатель (турбокомпрессор) 62 вращает турбину (не показана) путем использования давления выхлопных газов таким образом, чтобы повышать давление воздуха, всасываемого в двигатель 51. Нагнетатель 62 увеличивает массу (вес) всасываемого воздуха таким образом, чтобы повышать степень сгорания топлива (достигать полного сгорания топлива), таким образом, увеличивая выходную мощность двигателя. Лямбда-зонд 74 для определения концентрации кислорода и датчик 75 температуры выхлопных газов, который является средством определения температуры выхлопных газов, размещены в проходе, соединяющем выпускной коллектор нагнетателя 62 с нагнетателем 62. Датчик 76 скорости вращения турбокомпрессора, который является средством определения скорости вращения турбокомпрессора, расположен вблизи вращающегося вала турбины нагнетателя 62.
Турбокомпрессор 77 с изменяемой геометрией расположен в выхлопном канале. Турбокомпрессор 77 с изменяемой геометрией изменяет площадь отверстия выхлопного канала таким образом, чтобы изменять расход потока выхлопных газов, то есть для изменения противодавления.
Устройство 70 управления двигателем содержит центральный процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство и т.п., хранит предварительно заложенные программы, многомерные характеристики и т.п. и осуществляет различные арифметические процессы на основе считываемых сигналов от датчиков. Устройство 70 управления двигателем служит арифметическим средством и корректирующим средством. Для этого устройство 70 управления двигателем соединено с датчиком 71 акселератора, который определяет степень воздействия на акселератор, как датчик, определяющий состояние двигателя 51, то есть который является средством определения скорости вращения двигателя, датчиком 72 скорости вращения, определяющим скорость вращения двигателя, и датчиком 73 давления в общей топливной магистрали, определяющим давление в общей топливной магистрали. Кроме того, устройство 70 управления двигателем соединено с лямбда-зондом 74, датчиком 75 температуры выхлопных газов и датчиком 76 скорости вращения турбокомпрессора таким образом, чтобы определять состояние воздушной системы двигателя 51. Кроме того, устройство 70 управления двигателем соединено с датчиком 10 угловой скорости. Подробное описание относительно датчика 10 угловой скорости будет дано ниже.
Устройство 70 управления двигателем соединено также с инжекторами 53, питающим насосом 54, клапаном 59 регулирования давления и турбокомпрессором 77 с изменяемой геометрией и управляет приведением их в действие таким образом, чтобы управлять двигателем 51.
Со ссылками на фиг.2 будет дано описание датчика 10 угловой скорости, который измеряет угловую скорость вращения двигателя.
Как показано на фиг.2, датчик 10 угловой скорости обнаруживает два сигнала от одного датчика 13 импульсов. Генератор 12 импульсов установлен на коленчатом валу 11 двигателя (не показан) и вращается как единое целое с ним. Зубья (импульсы) 12а образованы с фиксированными интервалами по периметру генератора 12 импульсов. В качестве генератора 12 импульсов, в альтернативном варианте, может быть использовано зубчатое колесо или диск, в котором выполнены отверстия или прорези, расположенные с интервалами под фиксированными углами. Датчик 13 импульсов может быть выполнен как бесконтактный датчик, магнитометрический датчик, оптический датчик (фотопрерыватель) и т.п.
Датчик 10 угловой скорости установлен перпендикулярно коленчатому валу 11 таким образом, чтобы можно было измерять импульсы 12а, поступающие от генератора 12 импульсов. Сигнал, поступающий от датчика 10 угловой скорости, делится на два сигнала. Один из разделенных сигналов выдается по оси X, а другой выдается через преобразователь 14 напряжение-частота по оси Y. В соответствии с этой конструкцией, датчик 10 угловой скорости выдает данные о скорости вращения двигателя, то есть об угле θ кривошипа (число импульсов 12а) по оси Х независимо от времени. С другой стороны, число импульсов в единицу времени, то есть угловая скорость ω, выдается оси Y.
Согласно настоящему изобретению, один датчик 10 угловой скорости выдает два сигнала (угла θ кривошипа и угловой скорости ω кривошипа) таким образом, чтобы предотвращать ошибку в измерениях между двумя сигналами.
Далее со ссылками на фиг.3 будет дано подробное описание относительно угла θ кривошипа и угловой скорости ω кривошипа.
На фиг.3 показаны результаты измерения датчиком 10 угловой скорости. Ось X, как ось абсцисс, показывает угол θ кривошипа, а ось Y, как ось ординат, показывает угловую скорость ω кривошипа. Как показано на графике, угловая скорость ω кривошипа отображает амплитуду формы сигнала по отношению к углу θ кривошипа.
Амплитуда формы сигнала на фиг.3 показана для четырехтактного четырехцилиндрового дизельного двигателя, в котором происходят четыре воспламенения при двух оборотах коленчатого вала 11 (на 720°). На графике позиция #1 указывает точку воспламенения в первом цилиндре и позиция #2 указывает точку воспламенения во втором цилиндре.
Чередующиеся длинные и короткие пунктирные линии в центре амплитуды формы сигнала указывают среднее значение угловой скорости ω, то есть среднее значение скорости вращения двигателя. Верхний экстремум указывает нижнюю мертвую точку, и нижний экстремум указывает верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал 11 проходит от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, в то время как его угловая скорость увеличивается благодаря сгоранию, и затем проходит от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, в то время как его угловая скорость снижается, и затем движение повторяется. Известно, что изменение на стороне верхней мертвой точки определяется сгоранием таким образом, что изменение соответствует характеристикам сгорания, то есть цетановому числу.
Далее со ссылками на фиг.4 будет представлено описание, касающееся угловой скорости для топлива с высоким цетановым числом и топлива с низким цетановым числом.
На фиг.4 ось абсцисс указывает угол θ кривошипа, а ось ординат указывает угловую скорость ω кривошипа подобно показанным на фиг.3. Угловая скорость ωа для топлива с высоким цетановым числом и угловая скорость ωb топлива с низким цетановым числом указаны, соответственно, сплошной линией и пунктирной линией. На фиг.4 угловые скорости сравниваются друг с другом в аналогичных состояниях двигателя и условиях впрыска (номер, количество и момент). Как показано на графике, когда цетановое число уменьшается, угловая скорость полностью уменьшается от ωа до ωb таким образом, что амплитуда угловой скорости увеличивается от ωLa до ωLb. Причина этого состоит в том, что уменьшение цетанового числа приводит к увеличению задержки воспламенения таким образом, что начало воспламенения задерживается, в результате чего не достигается мощность рабочего хода.
На фиг.4 показано среднее значение угловой скорости при низком цетановом числе, то есть средняя угловая скорость ωbm (пунктирная линия) уменьшается по сравнению со средним значением угловой скорости при высоком цетановом числе, то есть средней угловой скоростью ωam (сплошная линия). Уменьшение угловой скорости при уменьшении цетанового числа является известной характеристикой вблизи работы на холостом ходу (низкая скорость вращения и низкая нагрузка). Причина этого состоит в том, что эффективность сгорания ухудшается, и мощность воспламенения, то есть внешняя работа, уменьшается, в результате чего уменьшение внешней работы проявляется как уменьшение средней скорости вращения, когда количество впрыскиваемого топлива постоянно.
Далее со ссылками на фиг.5 будет дано описание управления определением цетанового числа. На фиг.5 представлена многомерная характеристика 81 амплитуды угловой скорости, которая представляет одну из многомерных характеристик, предварительно заложенных в устройство 70 управления двигателем. Многомерная характеристика 81 амплитуды угловой скорости представляет собой базу данных, которая отображает надлежащую амплитуду угловой скорости в цифровой форме, соответствующую состоянию двигателя. Многомерная характеристика 81 амплитуды угловой скорости вычисляет надлежащую амплитуду угловой скорости на основе состояния двигателя в соответствии со скоростью Ne вращения и объемом Q впрыска для двигателя 51.
Устройство управления определением цетанового числа сравнивает многомерную характеристику 81 амплитуды угловой скорости с фактическим значением амплитуды ωL1 угловой скорости с целью подтверждения изменения цетанового числа. Например, как показано на фиг.5, когда фактическое значение амплитуды ωL1 угловой скорости превышает надлежащее значение амплитуды угловой скорости, при тех же скорости Ne вращения и объеме Q впрыска, как для ωL1 в многомерной характеристике 81 амплитуды угловой скорости, цетановое число топлива определяется как более низкое, чем надлежащее цетановое число.
На фиг.6 представлена многомерная характеристика 82 среднего значения угловой скорости, которая является одной из многомерных характеристик, предварительно заложенных в устройство 70 управления двигателем. Многомерная характеристика 82 среднего значения угловой скорости является базой данных, которая отображает надлежащее среднее значение угловой скорости в цифровой форме, соответствующее состоянию двигателя. Многомерная характеристика 82 среднего значения угловой скорости вычисляет надлежащее среднее значение угловой скорости на основе состояния двигателя в соответствии со скоростью Ne вращения и объемом Q впрыска для двигателя 51.
Устройство управления определением цетанового числа сравнивает многомерную характеристику 82 среднего значения угловой скорости с фактическим средним значением угловой скорости ωm1 с тем, чтобы подтвердить изменение цетанового числа. Например, как показано на фиг.6, когда фактическое среднее значение угловой скорости ωm1 меньше, чем надлежащее среднее значение угловой скорости при тех же скорости Ne вращения и объеме Q впрыска, как для ωL1 в многомерной характеристике 82 среднего значения угловой скорости, цетановое число топлива определяется как меньшее, чем надлежащее цетановое число.
Теперь будет дано описание устройства управления впрыском системы 50 впрыска топлива с общей топливной магистралью с использованием вышеуказанного управления определением цетанового числа. На фиг.7 показана блок-схема последовательности операций основной программы управления впрыском топлива варианта осуществления изобретения.
Как показано на фиг.7 относительно управления впрыском топлива, обнаруживается изменение цетанового числа средством (S100) управления определением цетанового числа, осуществляется управление коррекцией впрыска топлива или управление (S200) коррекцией многоэтапного впрыска топлива в соответствии с изменением цетанового числа, осуществляется управление (S300) коррекцией максимального количества впрыскиваемого топлива, которое корректирует максимальный объем впрыска топлива, определенный средством управления коррекцией впрыска топлива или средством управления многоэтапным впрыском топлива, и осуществляется управление (S400) подтверждением коррекции максимального объема впрыска топлива, которое подтверждает достоверность скорректированного максимального объема впрыска топлива.
Последовательность управления впрыском топлива в варианте осуществления изобретения является примером, и управление не ограничивается вариантом осуществления изобретения.
Управление впрыском топлива в варианте осуществления изобретения может осуществляться регулярно во время работы двигателя 51. Однако достаточный эффект может быть достигнут уже при осуществлении контроля во время пуска двигателя 51 из соображений изменения цетанового числа (например, после заправки топлива).
Далее будет приведено описание управления (S200) коррекцией впрыска топлива со ссылками на фиг.8. На фиг.8 показана многомерная характеристика 83 давления впрыска топлива, которая является одной из многомерных характеристик, предварительно заложенных в устройство 70 управления двигателем. Многомерная характеристика 83 давления впрыска топлива является базой данных, которая отображает целевое значение давления Qp впрыска топлива, вычисленное на основе состояния двигателя в соответствии со скоростью Ne вращения и объемом Q впрыска. Устройство 70 управления двигателем управляет открытием и закрытием клапана 59 регулировки давления таким образом, чтобы давление в общей топливной магистрали 52 соответствовало целевому значению давления Qp впрыска топлива.
Например, когда обнаружено уменьшение цетанового числа средством (S100) управления определением цетанового числа, воспламеняемость топлива в двигателе 51 ухудшена. В этом случае, устройство 70 управления двигателем корректирует предварительно заложенную многомерную характеристику 83 давления впрыска топлива таким образом, чтобы увеличивать целевое значение давления Qp впрыска топлива. В варианте осуществления изобретения вся многомерная характеристика 83 давления впрыска топлива может быть скорректирована, или в альтернативном варианте, только область предписанной нагрузки и скорости вращения в многомерной характеристике может быть скорректирована, и способ коррекции этим не ограничен.
Впрыск топлива осуществляется в соответствии с объемом впрыска, давлением впрыска или номером впрыска инжекторов 53. Устройство 70 управления двигателем хранит эти параметры как базу данных, которая отображает целевое значение параметров в цифровой форме, причем целевое значение вычисляется на основе состояния двигателя в соответствии со скоростью Ne вращения и объемом Q впрыска.
Подобно давлению Qp впрыска топлива, вычисленное целевое значение объема впрыскиваемого топлива или номера впрыска топлива может быть скорректировано на основе изменения цетанового числа.
Соответственно, параметры впрыска топлива (объем, давление и номер) могут регулярно корректироваться в зависимости от изменения цетанового числа таким образом, чтобы оптимизировать сгорание. Изменение характеристик двигателя или выхлопных газов, вызванное изменением цетанового числа, минимизируется.
Далее со ссылками на фиг.9 будет дано описание управления (S200) коррекцией многоэтапного впрыска топлива. На фиг.9 показан график состояния сгорания при многоэтапном впрыске топлива. По оси абсцисс указано время τ и по оси ординат указан объем Q впрыска. Например, что касается многоэтапного впрыска топлива, осуществляется три разделенных впрыска. Предварительный впрыск Q1 генерирует бедную предварительную рабочую смесь, предварительный впрыск Q2 воспламеняет и вызывает сгорание бедной смеси, и главный впрыск Q3 осуществляет основное горение. Компрессионное воспламенение предварительной рабочей смеси и многоступенчатое сгорание, как описано выше, приводят к уменьшению дымности и шума, генерируемого при сгорании.
Устройство 70 управления двигателем хранит целевое значение объема Q1, Q2, и Q3 впрыска топлива и временные интервалы τ1 и τ2 как базу данных, которая отображает целевое значение в цифровой форме.
Когда уменьшение цетанового числа обнаружено в ходе управления (S100) определением цетанового числа, воспламеняемость топлива ухудшена. В этом случае, многомерная характеристика предварительного впрыска топлива (не показана) корректируется таким образом, чтобы увеличивать объем Q1 впрыска топлива, и многомерная характеристика интервала впрыска топлива (между предварительным впрыском и основным впрыском) (не показана) корректируется так, чтобы сократить интервал τ2 впрыска.
В варианте осуществления изобретения многомерная характеристика предварительного впрыска топлива или тому подобное может быть скорректирована, или, в альтернативном варианте, может быть только скорректирована область предписанной нагрузки и скорости вращения в многомерной характеристике, и способ коррекции этим не ограничен. Коррекция целевой величины объема Q1, Q2 и Q3 впрыска топлива и интервалы τ1 и τ2 впрыска топлива по отношению к изменению цетанового числа не ограничиваются вариантом осуществления изобретения.
Соответственно, что касается двигателя 51, имеющего средство многоэтапного впрыска, параметры впрыска топлива (объем, давление и номер) могут регулярно корректироваться в соответствии с изменением цетанового числа таким образом, чтобы оптимизировать сгорание. Шум, генерируемый при сгорании, или увеличение давления в цилиндрах, вызванное изменением цетанового числа, минимизируется.
Далее со ссылками на фиг.10 будет дано описание управления (S300) коррекцией максимального количества впрыскиваемого топлива. Максимальное количество впрыскиваемого топлива предварительно определено для каждого из инжекторов 53b, 53 с и 53d на основе состояния двигателя. Устройство 70 управления двигателем впрыскивает топливо в количестве в пределах максимального объема Qmax впрыска на основе состояния двигателя в соответствии с нагрузкой Ас на двигатель и скоростью Ne вращения. Многомерная характеристика 84 максимального объема впрыска топлива представляет собой базу данных, которая отображает максимальное количество впрыскиваемого топлива на основе состояния двигателя в соответствии с нагрузкой Ас на двигатель и скоростью Ne вращения в цифровой форме. Когда объем впрыска топлива корректируется средством управления коррекцией впрыска топлива или средством управления коррекцией многоэтапного впрыска топлива, многомерная характеристика 84 максимального объема впрыска топлива корректируется в соответствии с коррекцией объема впрыска. Соответственно, когда цетановое число уменьшается, достигается выходная мощность в пределах номинальной.
Когда изменение цетанового числа обнаруживается средством управления определением цетанового числа, многомерная характеристика 84 максимального количества впрыскиваемого топлива корректируется в соответствии с изменением цетанового числа.
Соответственно, когда цетановое число изменяется, впрыск топлива несомненно корректируется по всей области нагрузки. Номинальная мощность обеспечивается независимо от эффекта изменения цетанового числа.
Далее со ссылками на фиг.11 будет дано описание управления (S400) подтверждением коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива.
Средство управления подтверждением коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива подтверждает достоверность максимального количества Qmax впрыскиваемого топлива, скорректированного управлением (S300) коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива. Что касается системы 50 впрыска топлива с общей топливной магистралью, максимальное количество Qmax впрыскиваемого топлива регулируется надлежащим образом во время производства и имеет высокую надежность. После того, как максимальное количество Qmax впрыскиваемого топлива, имеющее высокую надежность, скорректировано в ходе управления (S300) коррекцией максимального количества впрыскиваемого топлива, достоверность скорректированного значения снова подтверждается.
На фиг.11 показана приблизительная блок-схема последовательности операций управления (S400) подтверждением коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива, которое осуществляется согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.11, средство управления подтверждением коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива подтверждает достоверность значения коррекции максимального количества впрыскиваемого топлива с использованием значений концентрации кислорода, температуры выхлопных газов и скорости вращения турбокомпрессора.
Устройство 70 управления двигателем управляет двигателем со скорректированным максимальным количеством (S430) впрыскиваемого топлива и подтверждает приведенные ниже характеристические значения особенно в области высоких оборотов и высокой нагрузки.
Устройство 70 управления двигателем подтверждает (S440), находится ли концентрация С кислорода для двигателя 51, в который впрыскивается топливо со скорректированным максимальным количеством Qmax, в пределах предварительно заданного диапазона (Са<С<Сb) или нет. Когда концентрация находится в пределах предварительно заданного диапазона, подтверждение оценивается как нормальное. Когда концентрация не входит в предварительно заданный диапазон, подтверждение оценивается как ненормальное, и оператору выдается предупреждение (S470).
Устройство 70 управления двигателем подтверждает (S450), находится ли температура Т выхлопных газов двигателя 51, в который впрыскивается топливо со скорректированным максимальным количеством Qmax впрыскиваемого топлива, в предварительно заданном диапазоне (Та<Т<Тb) или нет. Когда концентрация находится в пределах предварительно заданного диапазона, подтверждение оценивается как нормальное. Когда концентрация не входит в предварительно заданный диапазон, подтверждение оценивается как ненормальное, и оператору выдается предупреждение (S470).
Устройство 70 управления двигателем подтверждает (S460), находится ли скорость r вращения турбокомпрессора двигателя 51, в который впрыскивается топливо со скорректированным максимальным количеством Qmax впрыскиваемого топлива, в предварительно заданном диапазоне (ra<r<rb) или нет. Когда концентрация находится в пределах предварительно заданного диапазона, подтверждение оценивается как нормальное. Когда концентрация не входит в предварительно заданный диапазон, подтверждение оценивается как ненормальное, и оператору выдается предупреждение (S470).
Когда подтверждение оценивается как ненормальное (S470), устройство 70 управления двигателем возвращает (S480) скорректированное максимальное количество Qmax впрыскиваемого топлива к исходному значению.
Любое средство, которое может быть подтверждено оператором, может быть принято как средство предупреждения (S470), и средство не ограничено вариантом осуществления изобретения. Нет необходимости оценивать все из S440, S450 и S460, и оценка может быть опущена в соответствии с видом двигателя, с которым применяется вариант осуществления изобретения (например, с двигателем 51, не имеющим нагнетателя 62).
Теперь со ссылками на фиг.12 будет дано описание турбокомпрессора 77 с изменяемой геометрией и средства управления турбокомпрессором с изменяемой геометрией. Как показано на фиг.12 (а), что касается турбокомпрессора 77 с изменяемой геометрией, в камере 79b турбины, в которой расположена турбина 79а, находится множеством лопаток 78, расположенных по окружности периметра камеры 79b турбины. Каждая из лопаток поворачивается так, чтобы изменять площадь отверстия выпускного канала.
Средство управления турбокомпрессором с изменяемой геометрией изменяет противодавление на основе изменения цетанового числа, определенного средством управления определением цетанового числа. Когда цетановое число, определенное средством определения цетанового числа, снижено, каждая из лопаток 78 устанавливается так, что она поворачивается вдоль периферийного направления, как показано на фиг.12(b), посредством чего площадь отверстия уменьшается, и противодавление увеличивается таким образом, чтобы уменьшать расход потока выхлопных газов.
Соответственно, когда цетановое число снижено, и воспламеняемость топлива уменьшается, например, турбокомпрессор 77 с изменяемой геометрией увеличивает противодавление во время пуска двигателя таким образом, чтобы улучшить прогрев двигателя 51 и, таким образом, улучшить сгорание.
Настоящее изобретение применимо для дизельного двигателя с общей топливной магистралью.