СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ВЫБОРА МЕСТА ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ
METHOD AND SYSTEM FOR SELECTING WATER INJECTION POINT TO ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится, в общем, к способам и системам для впрыска воды в двигатель и регулирования работы двигателя с помощью впрыска воды.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ и РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Двигатели внутреннего сгорания могут содержать системы впрыска воды, впрыскивающие воду в нескольких местах, в частности, во впускной коллектор, выше по потоку от цилиндров двигателя или непосредственно в цилиндры двигателя. Впрыск воды в воздух, всасываемый в двигатель, может повысить экономию топлива и эксплуатационные качества двигателя, а также снизить выбросы двигателя. Когда воду впрыскивают в воздухозаборник двигателя или в цилиндры, теплота передается от всасываемого воздуха и/или элементов двигателя воде. Эта теплопередача приводит к испарению, вызывающему охлаждение. Впрыск воды во всасываемый воздух (например, во впускной коллектор) снижает как температуру всасываемого воздуха, так и температуру горения в цилиндрах двигателя. Охлаждением заряда всасываемого воздуха можно снизить склонность к детонации без увеличения воздушно-топливного отношения. Таким образом, можно также увеличить степень сжатия, сдвинуть зажигание в сторону опережения и понизить температуру отработавших газов. В результате топливный кпд повышается. Кроме того, увеличенный объемный кпд может привести к повышению крутящего момента. Далее, пониженная впрыском воды температура горения может снизить количество оксидов азота NOx, а более эффективная топливная смесь может снизить выбросы угарного газа и углеводородов.
Как было указано выше, воду можно впрыскивать в разные места, в частности, во впускной коллектор, во впускные каналы цилиндров двигателя или непосредственно в цилиндры двигателя. Авторы настоящего изобретения увидели, что впрыск во впускные каналы и/или непосредственный впрыск могут увеличить эффект разжижения от впрыснутой воды по сравнению с впрыском во впускной коллектор, снижая тем самым потери двигателя на перекачку. Кроме того, если непосредственный впрыск и впрыск во впускные каналы могут обеспечить улучшенное охлаждение цилиндров двигателя и впускных каналов, то впрыск во впускной коллектор может улучшить охлаждение заряда воздуха без необходимости использовать форсунки и насосы высокого давления. Однако из-за пониженной температуры впускного коллектора не вся вода, впрыснутая во впускной коллектор, распыляется надлежащим образом. Сконденсировавшаяся часть впрыснутой воды может скопиться во впускном коллекторе и, если будет всосана двигателем, привести к нестабильному горению. Кроме того, впрыск воды в коллектор может привести к неравномерному распределению воды между цилиндрами, соединенными с этим коллектором. В результате может происходить неравномерное охлаждение цилиндров двигателя.
В одном из примеров вышеуказанные недостатки могут преодолеваться способом для двигателя, в котором: по запросу на впрыск воды выбирают, исходя из условий работы двигателя, одно из следующих мест для впрыска воды: во впускной канал каждого цилиндра, во впускной коллектор выше по потоку от всех цилиндров двигателя и непосредственно в каждый цилиндр; и впрыскивают воду в выбранном месте. Таким образом, впрыск воды может быть использован как для увеличения разжижения в двигателе с целью снижения потерь перекачки, так и для усиления охлаждения заряда воздуха с целью снижения детонации и увеличения кпд двигателя.
Согласно одному примеру, при различных величинах нагрузки и/или частоты вращения двигателя вода может впрыскиваться в разные места. Например, если нагрузка двигателя меньше пороговой, вода может впрыскиваться во впускной канал каждого цилиндра. В другом примере, если нагрузка двигателя больше пороговой, вода может впрыскиваться во впускной коллектор выше по потоку от всех цилиндров двигателя. В еще одном примере, если нагрузка двигателя больше пороговой и впрыск воды во впускной коллектор достигает верхнего порогового значения, вода может впрыскиваться непосредственно в цилиндры двигателя. Кроме того, количество впрыскиваемой воды может регулироваться исходя из оценки испаренной части воды и оценки части воды, оставшейся жидкостью после впрыска. Таким образом, впрыск воды может использоваться для увеличения кпд двигателя, в частности для снижения потерь перекачки, снижения потребления топлива, уменьшения выбросов и снижения детонации двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На ФИГ. 1 показана схема системы двигателя, включающей систему впрыска воды.
На ФИГ. 2 показана схема первого варианта осуществления устройства впрыска воды для двигателя.
На ФИГ. 3 показана схема второго варианта осуществления устройства впрыска воды для двигателя.
На ФИГ. 4 показана схема третьего варианта осуществления устройства впрыска воды для двигателя.
На ФИГ. 5 показана блок-схема способа впрыска воды в одном или более местах в двигателе.
На ФИГ. 6 показана блок-схема способа выбора места для впрыска воды, в зависимости от рабочих параметров двигателя.
На ФИГ. 7 показана блок-схема способа регулирования впрыска воды и рабочих параметров двигателя, в зависимости от оцененных количеств испаренной и конденсировавшейся частей впрыснутой в двигатель воды.
На ФИГ. 8 показана блок-схема способа регулирования впрыска воды в группу цилиндров двигателя и регулирования параметров впрыска воды, в зависимости от распределения воды, впрыснутой выше по потоку от группы цилиндров.
На ФИГ. 9 показаны графики, изображающие регулировки различных параметров работы двигателя по оцененным количествам испаренной и конденсировавшейся частей впрыснутой в двигатель воды.
На ФИГ. 10 показаны графики, изображающие регулировки количества впрыскиваемой воды и момента впрыска, в зависимости от показаний распределения воды для группы цилиндров.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание относится: к системам и способам впрыска воды в выбранном месте в двигателе, в зависимости от условий работы двигателя, и к регулированию параметров впрыска воды, а также рабочих параметров двигателя по одному или более из следующего: оцененной части воды, конденсировавшейся после впрыска, оцененной части воды, испаренной после впрыска, и обнаруженным дисбалансам распределения впрыснутой воды в группе цилиндров. Схематическое изображение примера системы транспортного средства, содержащей систему впрыска воды, показано на ФИГ. 1. На ФИГ. 2-4 показаны альтернативные варианты осуществления двигателя с примерами мест расположения водяных форсунок для такой же, по существу, системы двигателя, какая показана на ФИГ. 1. Водяные форсунки могут быть расположены в коллекторе, выше по потоку от нескольких цилиндров, во впускных каналах цилиндров двигателя и/или у каждого отдельного цилиндра. В зависимости от тех или иных условий работы двигателя впрыск воды в выбранных местах может потребоваться в процессе работы двигателя для того, чтобы повысить охлаждение заряда воздуха, повысить охлаждение элементов двигателя и/или повысить разжижение в цилиндрах двигателя. К условиям, влияющим на количество впрыскиваемой воды, могут относиться нагрузка двигателя, момент зажигания, интенсивность детонации и т.д. На ФИГ. 5-8 проиллюстрированы примеры способов впрыска воды в различных местах двигателя (например, во впускной коллектор или во впускные каналы цилиндров) и последующего регулирования рабочих параметров двигателя по оцененным количествам испаренной и конденсировавшейся частей впрыснутой воды. Конкретно, на ФИГ. 5 показан способ, в котором по условиям работы двигателя определяют, впрыскивать ли воду через одну или более водяных форсунок. На ФИГ. 6, показан способ выбора впрыска воды в разных местах двигателя, в зависимости от условий работы двигателя. К примеру, воду можно впрыскивать через одну или более форсунок, расположенных в коллекторе (например, во впускном коллекторе), выше по потоку от нескольких цилиндров, во впускные каналы отдельных цилиндров и/или непосредственно в цилиндры двигателя. На ФИГ. 7 показан способ впрыска воды в выбранном месте и оценки количеств испаренной воды, а также воды, конденсировавшейся после впрыска. Кроме того, на ФИГ. 7 показан способ регулирования количеств воды, впрыскиваемой в ходе последующих впрысков, и регулирования условий работы двигателя, в зависимости от упомянутых оцененных количеств. К примеру, момент зажигания может быть отрегулирован так, чтобы компенсировать увеличенные количества конденсировавшейся (например, оставшейся жидкостью) впрыснутой воды. В некоторых примерах воду можно впрыскивать выше по потоку от группы (например, в два или более) цилиндров. Однако из-за различий расходов воздуха, давлений и конструктивного расположения отдельных цилиндров, может оказаться, что впрыснутая вода не распределяется равномерно по всем цилиндрам группы. Таким образом, как показано на ФИГ. 8, способ может включать обнаружение дисбаланса распределения воды между цилиндрами группы по выходным сигналам датчиков детонации и регулирование параметров впрыска воды в зависимости от обнаруженного дисбаланса. Таким путем может быть достигнуто более равномерное распределение воды между цилиндрами. На ФИГ. 9 графически изображены изменения различных рабочих параметров двигателя соответственно оцененным величинам испаренной и сконденсировавшейся частей воды, впрыснутой в выбранных местах. Наконец, на ФИГ. 10 графически изображены регулировки количеств впрыскиваемой воды и моментов импульсов впрыска воды в ответ на неравномерное распределение воды между цилиндрами. Таким образом, параметры впрыска воды могут быть выбраны соответственно оценкам того, сколько впрыснутой воды испаряется, относительно того, сколько воды конденсируется, в выбранном месте, сколько впрыснутой воды подается в каждый цилиндр, а также в зависимости от условий работы двигателя. В результате, для всех цилиндров двигателя могут осуществляться требуемое охлаждение заряда воздуха и разжижение. Это может повысить кпд двигателя, снизить потребление топлива и понизить выбросы двигателя.
На ФИГ. 1 показан вариант осуществления системы 60 впрыска воды и системы 100 двигателя автомобиля 102; вариант проиллюстрирован схематически. В изображенном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с турбонаддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, включающим компрессор 14, приводимый от турбины 16. Конкретно, свежий воздух поступает по впускному каналу 142 в двигатель 10 через воздухоочиститель 11 и течет в компрессор 14. Компрессор может представлять собой подходящий компрессор всасываемого воздуха, например мотор-компрессор или нагнетатель, приводимый от ведущего вала. В системе 100 двигателя компрессор показан как турбокомпрессор, механически соединенный с турбиной 16 валом 19, причем турбина 16 приводится расширяющимися отработавшими газами двигателя. В одном из вариантов осуществления компрессор и турбина могут быть соединены в турбонагнетатель с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может быть Турбонагнетателем с Изменяемой Геометрией ТИГ (VGT), в котором геометрия турбины активно изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя и других условий работы.
Как показано на ФИГ. 1, компрессор 14 соединен через Охладитель Заряда Воздуха ОЗВ (САС) 18 с дроссельным клапаном (например, впускным дросселем) 20. ОЗВ (САС) может быть, например, воздушным или воздушно-жидкостным теплообменником. Дроссельный клапан 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. От компрессора 14 горячий сжатый воздух заряда поступает на вход ОЗВ (САС) 18, охлаждается, проходя через ОЗВ (САС), и затем выходит через дроссельный клапан 20 во впускной коллектор 22. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1, давление воздуха заряда во впускном коллекторе замеряется датчиком 24 Давления Воздуха в Коллекторе ДВК (MAP), а давление наддува замеряется датчиком 124 давления наддува. Перепускной клапан (не показан) компрессора может быть присоединен последовательно между входом и выходом компрессора 14. Этот перепускной клапан компрессора может быть нормально закрытым клапаном, выполненным для открытия при выбранных условиях работы, чтобы сбрасывать избыточное давление наддува. Например, перепускной клапан компрессора может открываться при снижении частоты вращения двигателя, чтобы предотвратить помпаж компрессора.
Впускной коллектор 22 соединен с рядом камер сгорания, или цилиндров, 180 через ряд впускных клапанов (не показаны) и всасывающих труб (например, впускных каналов) 185. Как показано на ФИГ. 1, впускной коллектор 22 расположен выше по потоку от всех камер сгорания 180 двигателя 10. Для определения температуры всасываемого воздуха в соответствующих местах впускного канала могут быть смонтированы датчики, например датчик 23 Температуры Заряда в коллекторе ТЗК (МСТ) и датчик 125 Температуры Заряда Воздуха ТЗВ (ACT). В некоторых примерах Датчики ТЗК (МСТ) и ТЗВ (ACT) могут быть терморезисторами, и выходы этих терморезисторов могут быть использованы для определения температуры всасываемого воздуха в канале 142. Датчик 23 ТЗК (МСТ) может быть размещен между дросселем 20 и впускными клапанами камер сгорания 180. Датчик 125 ТЗВ (ACT) может быть размещен выше по потоку от ОЗВ (САС) 18, как показано, однако в альтернативных вариантах осуществления датчик 125 ТЗВ (ACT) может быть размещен выше по потоку от компрессора 14. Далее, температуру воздуха в сочетании с температурой охлаждающей жидкости двигателя можно использовать, например, для расчета количества топлива, поданного в двигатель. Дополнительные датчики температуры, например датчик 25 температуры, могут быть введены для определения температуры вблизи водяной форсунки. В некоторых вариантах осуществления системы 100 двигателя могут использоваться несколько датчиков 25 температуры для определения температуры в месте расположения каждой водяной форсунки в двигателе 100. Каждая камера сгорания может также содержать датчик 183 детонации для обнаружения отклонений от равномерного горения. Далее, как объяснено ниже со ссылкой на ФИГ. 8, выходы датчиков детонации всех камер сгорания 180 могут быть использованы для обнаружения неравномерного распределения воды по камерам сгорания 180, если воду впрыскивают выше по потоку от всех камер сгорания 180. В альтернативных вариантах осуществления один или более датчиков 183 детонации могут быть установлены в выбранных местах блока цилиндров.
Камеры сгорания соединены также с выпускным коллектором 136 через ряд выпускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания 180 сверху накрыты головкой 182 цилиндров и соединены с топливными форсунками 179 (хотя на ФИГ. 1 показана только одна топливная форсунка, каждая камера сгорания содержит соединенную с ней топливную форсунку). Топливо может подаваться к топливной форсунке 179 топливной системой (не показана), включающей топливный бак, топливный насос, и топливную рампу. Далее, камера сгорания 180 всасывает воду и/или водяной пар, которые могут быть впрыснуты в воздухозаборник двигателя или непосредственно в камеры сгорания 180 с помощью нескольких водяных форсунок 45-48. В изображенном варианте осуществления система впрыска воды выполнена для впрыска воды: выше по потоку от дросселя 20 через водяную форсунку 45; ниже по потоку от дросселя во впускной коллектор 22 через форсунка 46; в одну или более всасывающих труб (например, во впускные каналы) 185 через форсунку 48; и непосредственно в одну или более камер сгорания 180 через форсунку 47. В одном из вариантов осуществления форсунка 48, расположенная во всасывающей трубе, может быть наклонена и обращена в сторону впускного клапана цилиндра, к которому прикреплена данная всасывающая труба. В результате форсунка 48 может впрыскивать воду непосредственно во впускной клапан (это может привести к быстрому испарению впрыснутой воды и повысить выгоду от использования водяного пара для разжижения отработавших газов в системе РОГ (EGR), чтобы снизить потери перекачки). В другом варианте осуществления форсунка 48 может быть наклонена от впускного клапана и расположена так, чтобы впрыскивать воду против потока воздуха, впускаемого через всасывающую трубу. В результате, в воздушный поток может быть введено больше впрыснутой воды, что повышает эффект охлаждения.
Хотя на ФИГ. 1 показаны для представления только одна форсунка 47 и одна форсунка 48, каждая камера сгорания 180 и всасывающая труба 185 могут содержать свою собственную форсунку. В альтернативных вариантах осуществления система впрыска воды может содержать водяные форсунки, расположенные в одной или более из указанных позиций. Например, в одном из вариантов осуществления двигатель может содержать только водяную форсунку 46. В другом варианте осуществления двигатель может содержать как водяную форсунку 46, так и водяные форсунки 48 (по одной в каждой всасывающей трубе), и водяные форсунки 47 (по одной в каждой камере сгорания). Вода может подаваться к водяным форсункам 45-48 системой 60 впрыска воды, как раскрыто ниже.
В изображенном варианте осуществления показан один выпускной коллектор 136. Однако в других вариантах осуществления выпускной коллектор может содержать несколько коллекторных секций. Исполнения, включающие несколько секций выпускного коллектора, могут позволить направлять газы, выходящие из разных камер сгорания, в разные места системы двигателя. Универсальный Датчик содержания Кислорода в Отработавших Газах УДКОГ (UEGO) 126 показан соединенным с выпускным коллектором 136 выше по потоку от турбины 16. Альтернативно, датчик 126 УДКОГ (UEGO) может быть заменен бистабильным датчиком содержания кислорода в выхлопных газах.
Как показано на ФИГ. 1, отработавшие газы из одной или более секций выпускного коллектора направляют к турбине 16 для привода турбины. Когда требуется снизить крутящий момент турбины, часть отработавших газов может быть вместо этого направлена через перепускной клапан (не показан), обходящий турбину. Объединенный поток из турбины и перепускного клапана затем течет через устройство 70 очистки отработавших газов. Вообще говоря, одно или более устройств 70 очистки отработавших газов могут содержать один или более каталитических нейтрализаторов отработавших газов, выполненных для каталитической обработки потока отработавших газов и снижения тем самым количества одного или более веществ в потоке отработавших газов.
Все обработанные в очистном устройстве 70 отработавшие газы - или их часть - могут быть выпущены в атмосферу через трубу 35 выпуска отработавших газов. Однако в зависимости от условий работы, часть отработавших газов может быть вместо этого отведена в канал 151 системы Рециркуляции Отработавших Газов РОГ (EGR) и подана через охладитель 50 РОГ (EGR) и клапан 152 РОГ (EGR) на вход компрессора 14. Таким образом, компрессор выполнен так, чтобы принимать отработавшие газы из точки ниже по потоку от турбины 16. Клапан 152 РОГ (EGR) может быть открыт настолько, чтобы пропускать на вход компрессора контролируемое количество охлажденных отработавших газов для требуемого режима горения и ограничения выброса вредных веществ. Таким образом, система 100 двигателя приспособлена для того, чтобы обеспечить работу внешней системы РОГ Низкого Давления РОГ НД (LP EGR). Вращение компрессора, в дополнение к сравнительно длинному пути потока РОГ НД (LP-EGR) в системе 100 двигателя, обеспечивает прекрасную гомогенизацию отработавших газов во всасываемом воздухе заряда. Далее, расположение точек отбора и смешения РОГ (EGR) обеспечивает эффективное охлаждение отработавших газов для увеличения доступной массы РОГ (EGR) и повышения эксплуатационных качеств двигателя. В других вариантах осуществления система РОГ (EGR) может быть системой РОГ (EGR) высокого давления с каналом 151 РОГ (EGR), идущим от точки выше по потоку от турбины 16 до точки ниже по потоку от компрессора 14. В некоторых вариантах осуществления датчик 23 ТЗК (МСТ) может быть расположен для определения температуры заряда в коллекторе и может содержать воздух и отработавшие газы, рециркулированные через канал 151 РОГ (EGR).
Система 60 впрыска воды содержит резервуар 63 для хранения воды, водяной насос 62, систему 72 сбора и канал 69 для заливки воды. В вариантах осуществления, содержащих несколько форсунок, водовод 61 может содержать один или более клапанов для выбора между разными водяными форсунками. Например, как показано на ФИГ. 1, вода, содержащаяся в водяном резервуаре 63, подается к водяным форсункам 45-48 через общий водовод 61, который разветвляется на водоводы 90, 92, 94 и 96. В изображенном варианте осуществления вода из водовода 61 может быть отведена через один или более клапанов 91 и канал 90 для подачи воды к форсунке 45, через клапан 93 и канал 92 для подачи воды к форсунке 46, через клапан 95 и канал 94 для подачи воды к форсунке 48 и/или через клапан 97 и канал 96 для подачи воды к форсунке 47. Кроме того, варианты осуществления, включающие несколько форсунок, могут содержать несколько датчиков 25 температуры около форсунок для определения температуры двигателя у одной или более водяных форсунок. Водяной насос 62 может управляться контроллером 12 для подачи воды к водяным форсункам 45-48 через канал 61. В альтернативном варианте осуществления, система 60 впрыска воды может содержать несколько водяных насосов. Например, система 60 впрыска воды может содержать первый водяной насос 62 для подачи воды к некоторой части комплекта форсунок (например, к форсункам 45 и/или 46) и второй водяной насос (не показан) для подачи воды к другой части комплекта форсунок (например, к форсункам 48 и/или 47). В этом примере второй водяной насос может быть насосом повышенного давления, а первый водяной насос может быть насосом сравнительно низкого давления. Кроме того, система впрыска может содержать саморегулирующийся поршневой насос, который может осуществлять и подачу воды под высоким давлением, и впрыск. Например, одна или более форсунок могут содержать, каждая, саморегулирующийся поршневой насос или соединяться с ним.
Резервуар 63 для хранения воды может содержать датчик 65 уровня воды и датчик 67 температуры воды, которые могут передавать информацию контроллеру 12. Например, в условиях замерзания датчик 67 температуры воды определяет, замерзла ли вода в резервуаре 63 или она может быть использована для впрыска. В некоторых вариантах осуществления канал хладагента (не показан) двигателя может быть термически соединен с водяным резервуаром 63 для оттайки замерзшей воды. Уровень воды, содержащейся в водяном резервуаре 63, замеренный датчиком 65 уровня воды, может быть сообщен водителю транспортного средства и/или использован для регулировки работы двигателя. Например, для сообщения уровня воды могут быть использованы водомерный указатель или индикация на приборном щитке транспортного средства (не показано). В другом примере уровень воды в водяном резервуаре 63 может быть использован для выяснения, достаточно ли воды имеется для впрыска, как раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 5. В изображенном варианте осуществления резервуар 63 для хранения воды может пополняться вручную через канал 69 для заливки воды и/или пополняться автоматически системой 72 сбора через канал 76 заливки водяного резервуара. Система 72 сбора может быть соединена с одним или более элементами 74, пополняющими резервуар запаса воды конденсатом, собранным в различных системах двигателя или транспортного средства. В одном из примеров система 72 сбора может быть соединена с системой РОГ (EGR) для сбора воды, сконденсировавшейся при проходе отработавших газов через систему РОГ (EGR). В другом примере система 72 сбора может быть соединена с системой кондиционирования воздуха (не показана). Канал 69 ручной заливки воды может быть гидравлически соединен с фильтром 68, способным удалять присутствующие в воде небольшие загрязнения, которые потенциально могут повредить элементы двигателя.
На ФИГ. 1 также показана система 28 управления. Система 28 управления может быть информационно соединена с различными элементами системы 100 двигателя для выполнения управляющих программ и операций, раскрытых в настоящем описании. Например, как показано на ФИГ. 1, система 28 управления может содержать электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Как показано, контроллер 12 может принимать сигналы от нескольких датчиков 30, среди которых можно назвать: вводы пользователя и/или сигналы датчиков (например, положение передаточного механизма, сигнал педали газа (например, положение педали), сигнал тормоза, положение переключателя передач, скорость транспортного средства, частота вращения двигателя, показание массового расхода воздуха через двигатель, давление наддува, окружающая температура, влажность окружающего воздуха, температура всасываемого воздуха, скорость вентилятора и т.д.), показания датчиков системы охлаждения (например, показания датчика температуры хладагента двигателя (ТХД), скорость вентилятора, температура пассажирского салона, влажность окружающего воздуха и т.д.), показания датчиков 18 ОЗВ (САС) (например, датчика температуры всасываемого воздуха ОЗВ (САС), датчика 125 ТЗВ (ACT) и давления, датчика температуры выпускаемого воздуха ОЗВ (САС), датчика 23 ТЗК (МСТ) и давления и т.д.), датчиков 183 детонации для определения зажигания остаточных газов и/или распределения воды между цилиндрами и других. Далее, контроллер 12 может связываться с различными исполнительными механизмами 32, к числу которых могут относиться исполнительные механизмы двигателя (например, топливные форсунки, электронно-управляемая дроссельная заслонка всасываемого воздуха, свечи зажигания, водяные форсунки и т.д.). В некоторых примерах на носителе постоянного запоминающего устройства могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой команды, исполняемые процессором для осуществления способов, раскрытых ниже, а также других вариантов осуществления, которые предполагаются, но не указаны конкретно.
Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков ФИГ. 1 и использует различные исполнительные механизмы ФИГ. 1 для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов, а также инструкций, хранящихся в памяти контроллера. Например, впрыск воды в двигатель может содержать регулировку исполнительного механизма форсунки 45, форсунки 46, форсунки 47 и/или форсунки 48 так, чтобы впрыск воды и регулировка впрыска воды могли включать регулировку количества впрыскиваемой воды или момента впрыска воды через форсунку. В другом примере регулировка момента зажигания на основе оценок впрыска воды (как раскрыто ниже) может включать регулировку исполнительного механизма свечи зажигания 184.
На ФИГ. 2-4 показаны разные варианты осуществления двигателя и примеры расположения водяных форсунок в двигателе. Двигатели 200, 300 и 400, показанные на ФИГ. 2-4, могут содержать элементы, аналогичные двигателю 10, показанному на ФИГ. 1, и могут быть включены в систему двигателя, например в систему 100 двигателя, показанного на ФИГ. 1. В принципе, элементы ФИГ. 2-4, аналогичные элементам ФИГ. 1, ниже повторно не описываются для краткости изложения.
Первый вариант осуществления устройства впрыска воды для двигателя 200 иллюстрирует ФИГ. 2, на которой водяные форсунки 233 и 234 расположены ниже по потоку от места разветвления впускного канала 221 на отводы для разных групп цилиндров. Конкретно, двигатель 200 представляет собой V-образный двигатель с первым блоком 261 цилиндров, включающим первую группу цилиндров 281, и вторым блоком 260 цилиндров, включающим вторую группу цилиндров 280. Впускной канал, переходящий в общий впускной коллектор 222, разветвляется на первый коллектор 245, соединенный с всасывающими трубами 265 первой группы цилиндров 281, и второй коллектор 246, соединенный с всасывающими трубами 264 второй группы цилиндров 280. Таким образом, впускной коллектор 222 располагается выше по потоку от всех цилиндров 281 и цилиндров 280. Далее, дроссельный клапан 220 соединен с впускным коллектором 222. Датчики 224 и 225 температуры заряда в коллекторе ТЗК (МСТ) могут быть встроены ниже по потоку от точки разветвления на первый коллектор 245 и второй коллектор 246, соответственно, для замера температуры всасываемого воздуха в соответствующих коллекторах. Например, как показано на ФИГ. 2, датчик 224 ТЗК (МСТ) расположен в первом коллекторе 245, вблизи водяной форсунки 233, а датчик 225 ТЗК (МСТ) расположен во втором коллекторе 246, вблизи водяной форсунки 234.
Каждый из цилиндров 281 и цилиндров 280 содержит топливную форсунку 279 (как показано на ФИГ. 2, соединенную с одним цилиндром, представляющим группу). Каждый из цилиндров 281 и цилиндров 280 может также содержать детонационный датчик 283 для обнаружения отклонений от равномерного горения. Кроме того, как раскрыто ниже, сравнение выходных сигналов отдельных детонационных датчиков группы цилиндров может позволить определить неравномерное распределение воды между цилиндрами данной группы. Например, сравнение выходных сигналов датчиков детонации 283, соединенных, соответственно, с каждым из цилиндров 281, может позволить контроллеру двигателя определить, сколько воды из форсунки 233 было получено каждым из цилиндров 281. Из-за того, что всасывающие трубы 265 расположены на разных удалениях от форсунки 233, и из-за того, что существуют разные условия во всасывающих трубах (например, разнятся расходы и давления), вода после впрыска из форсунки 233 может неравномерно распределяться по цилиндрам 281.
Вода может подаваться к водяным форсункам 233 и 234 системой впрыска воды (не показана), подобной системе 60 впрыска воды, раскрытой выше со ссылкой на ФИГ. 1. Далее, контроллер, например контроллер 12 ФИГ. 1, может по отдельности регулировать впрыск воды в форсунки 233 и 234, в зависимости от условий работы тех коллекторов, с которыми эти форсунки соединены. Например, в некоторых примерах датчик 224 ТЗК (МСТ) может также содержать датчик давления и/или расхода для оценки интенсивности (или величины) потока воздуха в первом коллекторе 245 и давления в первом коллекторе 245. Аналогично, датчик 225 ТЗК (МСТ) может также содержать датчик давления и/или расхода для оценки интенсивности потока воздуха и/или давления во втором коллекторе 246. Таким образом, каждая форсунка 233 и 234 может быть активирована так, чтобы впрыскивать разные количества воды, в зависимости от условий соответствующего коллектора и/или группы цилиндров, с которой форсунка соединена. Способ определения количества впрыскиваемой воды раскрывается ниже со ссылкой на ФИГ. 7.
На ФИГ. 3 показан второй вариант осуществления устройства впрыска воды для двигателя 300. Двигатель 300 это рядный двигатель, в котором общий впускной коллектор 322, подсоединенный ниже по потоку от дроссельного клапана 320 общего впускного канала, разветвляется на первый коллектор 345 первой группы цилиндров, включающей цилиндры 380 и 381, и второй коллектор 346 второй группы цилиндров, включающей цилиндры 390 и 391. Первый коллектор 345 соединен с всасывающими трубами 365 первого цилиндра 380 и третьего цилиндра 381. Второй коллектор 346 соединен с всасывающими трубами 364 второго цилиндра 390 и четвертого цилиндра 391. Первая водяная форсунка 333 соединена с первым коллектором 345 выше по потоку от цилиндров 380 и 381. Вторая водяная форсунка 334 соединена со вторым коллектором 346 выше по потоку от цилиндров 390 и 391. В принципе, водяные форсунки 333 и 334 расположены ниже по потоку от точки разветвления впускного коллектора 322. Датчики 324 и 325 температуры заряда в коллекторе ТЗК (МСТ) могут быть встроены в первый коллектор 345 и второй коллектор 346 около первой водяной форсунки 333 и второй водяной форсунки 334, соответственно.
Каждый из цилиндров содержит топливную форсунку 379 (одна репрезентативная топливная форсунка показана на ФИГ. 2). Каждый цилиндр может также содержать детонационный датчик 383 для обнаружения отклонений от равномерного горения и/или распределения воды между цилиндрами в группе цилиндров. Водяные форсунки 333 и 334 могут быть соединены с системой впрыска воды (не показана), подобной системе 60 впрыска воды, раскрытой на ФИГ. 1.
Таким образом, на ФИГ. 2 и 3 показаны примеры двигателя, в котором несколько водяных форсунок используют для впрыска воды в разные группы цилиндров двигателя. Например, первая водяная форсунка может впрыскивать воду выше по потоку от первой группы цилиндров, а вторая водяная форсунка может впрыскивать воду выше по потоку от другой, второй группы цилиндров. Как раскрыто ниже, разные параметры впрыска воды (например, количество впрыскиваемой воды, момент впрыска, частота импульсов и т.д.) могут быть выбраны для каждой водяной форсунки, в зависимости от условий работы (например, расхода воздуха, давления, порядка зажигания и т.д.) соответствующей группы цилиндров, выше по потоку от которых форсунка подсоединена.
Третий вариант осуществления устройства впрыска воды для двигателя 400 показан на ФИГ. 4. Как и в предшествующих вариантах осуществления, в варианте ФИГ. 4, впускной коллектор 422 выполнен для того, чтобы подавать всасываемый воздух или топливовоздушную смесь в несколько цилиндров 480 через ряд впускных клапанов (не показаны) и всасывающих труб 465. Каждый из цилиндров 480 содержит топливную форсунку 479, соединенную с ним. Каждый цилиндр 480 может также содержать детонационный датчик 483 для обнаружения отклонений от равномерного горения и/или определения распределения воды, впрыснутой выше по потоку от цилиндров. В изображенном варианте осуществления водяные форсунки 433 соединены непосредственно с цилиндрами 480 и, таким образом, выполнены для впрыска воды непосредственно в цилиндры. Как показано на ФИГ. 4, с каждым цилиндром 480 соединена одна водяная форсунка 433. В другом варианте осуществления водяные форсунки могут быть дополнительно или альтернативно расположены выше по потоку от цилиндров 480 во всасывающих трубах 465, не соединяясь с соответствующими цилиндрами. Вода может подаваться к водяным форсункам 433 системой (не показана) впрыска воды, подобной системе 60 впрыска воды, раскрытой на ФИГ. 1.
Таким образом, системы ФИГ. 1-4 представляют примеры систем, которые могут быть использованы для впрыска воды в одном или более местах во впускном канале или цилиндрах двигателя. Как отмечено выше, впрыск воды может быть использован для снижения температуры всасываемого воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, и тем самым снижения детонации и повышения объемного кпд двигателя. Впрыск воды может также быть использован для того, чтобы повысить разжижение в двигателе и тем самым снизить потери перекачки двигателя. Как было объяснено выше, воду можно впрыскивать в двигатель в разных местах, к которым относятся впускной коллектор (выше по потоку от всех цилиндров двигателя), коллекторы групп цилиндров (выше по потоку от группы цилиндров, например в V-образном двигателе), всасывающие трубы или впускные каналы цилиндров двигателя, - или непосредственно в цилиндры двигателя. Если непосредственный впрыск и впрыск во впускные каналы могут обеспечить улучшенное охлаждение цилиндров двигателя и впускных каналов, то впрыск во впускной коллектор может повысить охлаждение заряда воздуха без необходимости использовать форсунки и насосы высокого давления (например, такие, какие могут потребоваться для впрыска во впускные каналы или непосредственного впрыска в цилиндры). Однако из-за снижения температуры впускного коллектора (по мере удаления от цилиндров) не вся вода, впрыснутая во впускной коллектор, может быть распылена (например, превращена в пар) надлежащим образом. В некоторых примерах, как показано на ФИГ. 1, двигатели могут содержать форсунки в нескольких местах во впускном канале или в цилиндрах двигателя. При разных нагрузках двигателя и/или скоростных режимах может оказаться предпочтительным впрыскивать воду в том или ином месте, чтобы повысить охлаждение заряда воздуха (впрыск во впускной коллектор) или разжижение (впрыск во впускные каналы/всасывающие трубы цилиндров). Таким образом, выбор места для впрыска воды в зависимости от условий работы двигателя (как показано в способах, представленных на ФИГ. 5-6, и раскрыто ниже) может повысить выгоды впрыска воды, раскрытые выше, повысив кпд двигателя, увеличив экономию топлива и снизив выбросы.
В некоторых случаях после впрыска воды первая часть впрыснутой воды может испариться, а оставшаяся, вторая часть может конденсироваться (или остаться жидкостью во впускном коллекторе или в месте расположения форсунки). Сконденсировавшаяся часть впрыснутой воды может скопиться во впускном коллекторе и, если будет всосана двигателем, привести к нестабильному горению. Кроме того, соотношение испаренной и конденсировавшейся частей воды может изменять обеспечиваемую степень охлаждения заряда воздуха. Таким образом, как объяснено ниже со ссылкой на ФИГ. 7-8, параметры последующих впрысков воды (например, количества впрыскиваемой воды и/или моменты впрыска) и/или условия работы двигателя (например, расход/интенсивность потока воздуха в двигатель и момент зажигания) могут быть отрегулированы по оценке испаренной и сконденсировавшейся частей впрыснутой воды. Например, регулировки рабочих параметров двигателя могут компенсировать повышенные количества той части впрыснутой воды, которая осталась жидкостью, вместо того чтобы превратиться в пар.
Кроме того, как отмечено выше, двигатель может содержать несколько водяных форсунок, причем каждая водяная форсунка впрыскивает воду выше по потоку от своей группы цилиндров. В этом случае параметры впрыска воды для каждой форсунки могут быть отдельно определены в зависимости от условий работы той группы цилиндров, с которой форсунка соединена (например, в зависимости от расхода воздуха в группу цилиндров, давления выше по потоку от группы цилиндров и т.д.). Далее, впрыск воды в коллектор выше по потоку от группы цилиндров (например, включающей два или большее число цилиндров) может привести к неравномерному распределению воды между цилиндрами этой группы из-за конструктивного расположения или различных условий работы (например, давления, температуры, расхода воздуха и т.д.) отдельных цилиндров группы. В результате может происходить неравномерное охлаждение цилиндров двигателя. В некоторых примерах, как раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 8, неравномерное распределение воды, впрыснутой выше по потоку от группы цилиндров, может быть обнаружено и компенсировано путем сравнения выходных сигналов датчиков детонации, подсоединенных к каждому цилиндру группы.
Обратимся к ФИГ. 5; на ней представлен пример способа 500 впрыска воды в двигатель. Впрыск воды может включать впрыск через одну или более водяных форсунок системы впрыска воды, например системы 60 впрыска, показанной на ФИГ. 1. Команды для осуществления способа 500 и остальных способов, раскрытых в настоящем описании, могут быть отработаны контроллером (например, контроллером 12, показанным на ФИГ. 1) на основе хранящихся в его памяти инструкций, согласованных с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например датчиков, описанных выше со ссылкой на ФИГ. 1, 2, 3 или 4. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулировки работы двигателя согласно способам, раскрытым ниже. В одном из примеров воду можно впрыскивать через одну или более водяных форсунок, используя систему впрыска воды (например, систему 60 впрыска воды, показанную на ФИГ. 1).
Способ 500 начинается с шага 502 оценки и/или замера условий работы двигателя. К условиям работы двигателя могут относиться давление в коллекторе ДВК (MAP), воздушно-топливное отношение ВТО (A/F), момент зажигания, количество впрыскиваемой воды или моменты впрыска, интенсивность рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR), массовый расход воздуха МРВ (MAF), температура заряда в коллекторе ТЗК (МСТ), частота вращения двигателя и/или нагрузка двигателя и т.д. Далее, на шаге 504 согласно способу определяют, требуется ли впрыск воды. В одном из примеров запрос на впрыск воды может поступить в ответ на превышение температурой коллектора некоторого порогового уровня. Кроме того, запрос на впрыск воды может поступить, когда достигается порог частоты вращения двигателя или порог нагрузки. В еще одном примере запрос на впрыск воды может поступить из-за превышения порогового уровня детонации. Далее, запрос на впрыск воды может поступить в ответ на превышение порогового уровня температуры отработавших газов, причем пороговая температура это температура, выше которой может произойти повреждение элементов двигателя ниже по потоку от цилиндров. Кроме того, вода может впрыскиваться, когда предполагаемое октановое число используемого топлива ниже порогового.
Если впрыска воды не требуется, работа двигателя продолжается на шаге 506 без впрыска воды. Альтернативно, если впрыск воды требуется, способ переходит к шагу 508, на котором оценивают и/или замеряют доступность воды для впрыска. Доступность воды для впрыска может быть определена на основе выходных сигналов нескольких датчиков, например датчика уровня воды и/или датчика температуры воды, расположенных в резервуаре запаса воды системы впрыска воды двигателя (например, датчика 65 уровня воды и датчика 67 температуры воды, показанных на ФИГ. 1). К примеру, вода в резервуаре запаса воды может быть недоступна для впрыска в условиях замерзания (например, когда температура воды в резервуаре ниже порогового уровня, причем пороговый уровень это температура замерзания или близкая к ней). В другом примере уровень воды в резервуаре запаса воды может быть ниже порогового уровня, причем пороговый уровень определяется количеством воды, требуемым для одного впрыска, или периодичностью циклов впрыска. Если уровень воды в резервуаре ниже порогового, может сработать индикатор пополнения резервуара. Если воду нельзя использовать для впрыска, способ переходит к шагу 512 для регулировки рабочих параметров двигателя без впрыска воды. Например, если впрыск воды требуется для снижения детонации, регулировки работы двигателя могут содержать обогащение воздушно-топливной смеси, уменьшение величины открытия дросселя для снижения давления в коллекторе, установку запаздывания зажигания и т.д. Однако если вода может быть использована для впрыска, способ переходит к шагу 514, на котором определяют, содержит ли двигатель несколько мест расположения форсунок. Несколько мест расположения форсунок могут включать более одного типового расположения водяных форсунок в двигателе. Например, двигатель может содержать два типа водяных форсунок: водяную форсунку впускного коллектора и водяные форсунки каналов во всасывающих трубах/впускных каналах каждого цилиндра. Если в двигателе не предусмотрено нескольких мест расположения форсунок, способ переходит к шагу 518 для впрыска воды через одну или более водяных форсунок. Например, способ на шаге 518 может включать впрыск воды через единственный тип водяных форсунок двигателя (например, через одну водяную форсунку впускного коллектора, водяные форсунки коллектора для каждой группы цилиндров, водяные форсунки каналов или водяные форсунки непосредственного впрыска в цилиндр). Кроме того, на шаге 518 регулируют условия следующего впрыска воды и работы двигателя по оценкам количества конденсировавшейся впрыснутой воды, как раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 7. Однако если в двигателе присутствуют несколько типов форсунок, то вначале на шаге 516 способа выбирают тип водяных форсунок для впрыска воды, как раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 6, после чего переходят к шагу 518, на котором впрыскивают воду и регулируют работу двигателя.
На ФИГ. 6 представлен способ 600 выбора места для впрыска воды в зависимости от условий работы двигателя. Как было раскрыто выше, двигатель может содержать водяные форсунки, расположенные в одном или более местах, в частности: во впускном коллекторе (выше по потоку или ниже по потоку от впускного дросселя), во впускном канале каждого цилиндра двигателя и/или в каждом цилиндре. Способ 600 может быть реализован контроллером двигателя, содержащего водяные форсунки впрыска в каждый впускной коллектор, во впускные каналы цилиндров (например, во всасывающие трубы) и непосредственно в цилиндры (например, в камеры сгорания). На ФИГ. 1 представлен пример двигателя, содержащего такую комбинацию мест расположения форсунок. Способ 600 может продолжать способ 500 с шага 516.
Способ 600 начинается шагом 602, на котором определяют, превышены ли пороги частоты вращения двигателя и/или нагрузки. В одном из примеров эти пороги могут указывать на сравнительно высокую нагрузку и/или частоту вращения двигателя, при которых повышается вероятность возникновения детонации двигателя. Если частота вращения двигателя и/или нагрузка превышают соответственные пороговые значения, способ переходит к шагу 604, на котором для впрыска воды выбирают форсунку(форсунки) впускного коллектора. В одном из примеров двигатель может содержать один впускной коллектор и, следовательно, одну водяную форсунку впускного коллектора (например, форсунку 45 или 46, показанные на ФИГ. 1). В другом примере двигатель может содержать несколько коллекторов, каждый - выше по потоку от своей группы цилиндров, и, следовательно, содержать несколько водяных форсунок коллекторов (например, форсунки 233 и 234, показанные на ФИГ. 2, или форсунки 333 и 334, показанные на ФИГ. 3). Далее, на шаге 606 согласно способу оценивают, достигнут ли верхний порог впрыска в коллектор. В одном из примеров верхний порог впрыска в коллектор может включать максимум количества воды, которую можно впрыскивать в коллектор для текущих условий работы двигателя (например, для текущих значений влажности, давления, температуры). Например, только определенное количество воды способно испариться и уйти с потоком воздуха во впускной коллектор. Таким образом, дополнительные количества воды, впрыснутые с превышением этого верхнего порога, могут не принести никаких дополнительных выгод (например, дополнительного охлаждения заряда воздуха). Если впрыск в коллектор - на верхнем пороге или превышает его, то на шаге 610 дополнительно выбирают форсунки непосредственного впрыска (приспособленные для непосредственного впрыска воды в цилиндры двигателя), и на шаге 612 воду впрыскивают, используя как форсунку(форсунки) коллектора, так и форсунки непосредственного впрыска в цилиндр. Если же впрыск в коллектор - не на верхнем пороге, то на шаге 612 воду впрыскивают, используя только форсунку(форсунки) коллектора. Возвратимся к шагу 602; если частота вращения двигателя и/или нагрузка ниже пороговых, то на шаге 608 выбирают водяные форсунки каналов, и на шаге 612 впрыскивают воду во впускные каналы цилиндров. Способ на шаге 612 может вернуться для впрыска воды к шагу 518 способа 500, а затем отрегулировать работу двигателя, в зависимости от оценок испаренной и сконденсировавшейся частей впрыснутой воды, как показано на ФИГ. 7.
На ФИГ. 7 проиллюстрирован способ 700 оценки количества испаренной и сконденсировавшейся воды после ее впрыска. Способ 700 может быть частью способа ФИГ. 5 и продолжать его с шага 518. Следует заметить, что способ 700 может быть повторен для каждой форсунки, впрыскивающей воду (например, для каждой форсунки впрыска в коллектор, впрыска в каналы или непосредственного впрыска). Таким образом, для каждой отдельной форсунки может быть определена оценка количества испаренной и сконденсировавшейся воды после впрыска каждой форсункой.
Способ 700 начинается шагом 702, на котором определяют количества воды для впрыска выбранными водяными форсунками после запроса на впрыск воды. Количество воды для впрыска может зависеть от сигналов обратной связи нескольких датчиков, которые обеспечивают информацию о различных рабочих параметрах двигателя. К этим параметрам могут относиться: частота вращения и нагрузка двигателя, момент зажигания, окружающие условия (например, окружающие температура и влажность), количество впрыскиваемого топлива и/или развитие детонации (на основе выходных сигналов датчиков детонации, соединенных с цилиндрами или расположенных возле цилиндров двигателя). В одном из примеров количество впрыскиваемой воды может увеличиваться с повышением нагрузки двигателя. Кроме того, на шаге 702 согласно способу замеряют температуру заряда впускного коллектора (например, отслеживая выход датчика ТЗК (МСТ), например датчика 23 ТЗК (МСТ), показанного на ФИГ. 1). В другом примере, если водяные форсунки расположены не во впускном коллекторе, согласно способу на шаге 702 может замеряться температура заряда воздуха около выбранной водяной форсунки (например, датчиком 324 около форсунки 333 на ФИГ. 3 или датчиком 25 около форсунки 48 на ФИГ. 1). В еще одном примере температура заряда воздуха около водяных форсунок (например, форсунок непосредственного впрыска в цилиндры двигателя) может быть оценена по одному или более условиям работы двигателя (например, по замерам температур всасываемого воздуха и отработавших газов, нагрузки двигателя, по сигналу интенсивности детонации и т.д.).
На шаге 704 впрыскивают воду через выбранные форсунки, как раскрыто выше со ссылкой на способ 600, показанный на ФИГ. 6. С некоторой задержкой после впрыска, на шаге 706 согласно способу снова замеряют температуру заряда в коллекторе. В другом варианте осуществления способ на шаге 706 может дополнительно или альтернативно включать замер или оценку температуры около выбранной форсунки после впрыска воды на шаге 704. Упомянутая задержка между впрыском воды и замером температуры заряда в коллекторе может зависеть от времени испарения и/или конденсации впрыснутого количества воды. Таким образом, это задержка может быть отрегулирована соответственно количеству впрыснутой воды. В одном из примеров задержка может увеличиваться с увеличением количества впрыснутой форсункой воды. В другом примере задержка может регулироваться соответственно замеренной или оцененной температуре заряда в коллекторе. На шаге 708 количество испаренной части впрыснутой воды может быть оценено по изменению температуры заряда в коллекторе, замеренной до впрыска воды на шаге 702 и после впрыска - на шаге 706. Другими словами, величина испаренной части впрыснутой воды может быть определена на шаге 708 по изменению температуры заряда воздуха в коллекторе (или в другом месте расположения форсунки) до и после впрыска воды.
Далее, на шаге 710 согласно способу оценивают количество (например, долю) впрыснутой воды, которая конденсировалась (например, осталась жидкостью), в зависимости от количества впрыснутой через выбранную форсунку воды и оцененного количества воды, которая испарилась, как определено на шаге 708. Например, количество воды, которая конденсировалась, может составлять часть воды, оставшуюся после ухода испаренной части. Затем, на шаге 712, согласно способу определяют, превышает ли испаренная часть воды некоторое пороговое значение. Это пороговое значение испаренной части может быть ненулевым и может также быть менее 100% впрыснутой воды. В одном из примеров упомянутый порог может составлять 90% от количества впрыснутой воды. Однако в других примерах пороговое значение может составлять 100% или некоторую величину между 60 и 100%. Если испаренная после впрыска воды часть превышает порог, то на шаге 716 согласно способу продолжают работу двигателя с текущими рабочими параметрами. Например, согласно способу на шаге 716 могут продолжать впрыскивать ранее впрыскивавшееся количество воды через выбранную форсунку(форсунки) без регулирования количества воды для впрыска.
Однако если испаренная часть не превышает порогового значения, то на шаге 714 способ может включать регулирование рабочих параметров двигателя в зависимости от результатов определения испаренной и/или конденсировавшейся частей. В одном из примеров, когда двигатель содержит несколько групп цилиндров, причем с каждой группой соединена одна форсунка, расположенная выше группы по потоку, работа двигателя может также регулироваться в зависимости от испаренной и сконденсировавшейся частей воды других групп, а также в зависимости от распределения впрыснутой воды по цилиндрам внутри группы, которое определяется так, как раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 8. В одном из примеров на шаге 713 способ может включать регулирование одного или более рабочих параметров двигателя в зависимости от определения конденсировавшейся части впрыснутой воды. Один пример: регулирование одного или более рабочих параметров двигателя на шаге 713 может включать регулирование установки зажигания для компенсации конденсировавшейся части впрыснутой воды. Например, регулирование установки зажигания может включать увеличение опережения зажигания, причем опережение зажигания увеличивают по мере уменьшения конденсировавшейся части (или по мере увеличения испаренной части). В другом примере на шаге 713 способ может включать регулирование количества впрыскиваемого топлива в зависимости от результатов определения испаренной и/или конденсировавшейся частей. В еще одном примере способ на шаге 713 может включать регулирование одного или более рабочих параметров двигателя, чтобы повысить расход воздуха в цилиндры двигателя для выдува конденсировавшейся части впрыснутой воды из впускного коллектора (или из всасывающих труб, если выбранные форсунки располагаются там). Регулирование одного или более рабочих параметров двигателя для того, чтобы повысить расход воздуха в цилиндры двигателя, может включать увеличение величины открытия дроссельного клапана и/или регулирование передаточного механизма для того, чтобы повысить частоту вращения двигателя. Увеличение расхода воздуха на шаге 713 может зависеть от определения конденсировавшейся части (например, с увеличением конденсировавшейся части может продолжаться увеличение расхода воздуха). В некоторых примерах такая продувка конденсировавшейся части может производиться, только когда двигатель способен обрабатывать воду (например, при отсечке топлива в режиме замедления). В еще одном примере способ на шаге 714 может включать опережение зажигания одновременно с повышением расхода воздуха для выдува конденсировавшейся части воды. В одном из примеров на шаге 715 согласно способу регулируют, в зависимости от испаренной части, количество воды и/или момент впрыска выбранной водяной форсунки(форсунок) для последующих впрысков. Например, на шаге 715 способ может включать снижение количества воды для следующего впрыска в ответ на повышение количества образовавшегося конденсата (например, с увеличением конденсировавшейся части и уменьшением испаренной части). Регулирования впрыска воды на шаге 715 может варьироваться в зависимости от форсунок, используемых в том или ином варианте осуществления, а также от того, какие форсунки выбирают для впрыска воды.
Например, если имеется несколько форсунок, причем с каждым цилиндром соединена - или выше по потоку от каждого цилиндра подсоединена  -единственная водяная форсунка, то количество впрыскиваемой воды может быть отрегулировано для каждой водяной форсунки. В другом варианте осуществления, когда одна или более форсунок расположены выше по потоку от нескольких цилиндров или группы цилиндров, момент впрыска выбранной водяной форсунки может быть синхронизирован с моментом открытия впускного клапана определенного цилиндра для регулировки впрыска воды в отдельные цилиндры, как раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 8.
На ФИГ. 8 представлен способ 800 впрыска воды для разных групп цилиндров двигателя и регулирования параметров впрыска воды в зависимости от распределения воды, впрыснутой выше по потоку от группы цилиндров. В одном из вариантов осуществления двигатель может содержать несколько групп цилиндров, причем с каждой группой соединена одна форсунка, расположенная выше группы по потоку (например, в двигателе 200, показанном на ФИГ. 2, и в двигателе 300, показанном на ФИГ. 3). Как отмечено выше и раскрыто ниже, вода, впрыснутая выше по потоку от первой группы цилиндров, может влиять на количество воды или пара, получаемого второй группой цилиндров. Кроме того, из-за различий конструктивного расположения всасывающих труб цилиндров внутри группы цилиндров, может происходить неравномерное распределение воды между цилиндрами одной группы.
Способ 800 начинается шагом 801, на котором определяют параметры впрыска для каждой форсунки каждой группы цилиндров. Параметры впрыска могут включать количество впрыскиваемой воды и момент каждого впрыска. Например, способ на шаге 801 может включать определение первого количества впрыскиваемой воды для впрыска первой форсункой выше по потоку от первой группы цилиндров и определение второго количества впрыскиваемой воды для впрыска второй форсункой выше по потоку от второй группы цилиндров. Эти первое и второе количества могут быть отдельно определены в зависимости от условий работы первой и второй групп цилиндров (например, объемного или массового расхода воздуха для соответствующей группы цилиндров, давления в соответствующей группе цилиндров, температуры соответствующей группы цилиндров, уровня детонации в соответствующей группе цилиндров, количества впрыскиваемого топлива в соответствующей группе цилиндров и т.д.). В одном из примеров форсунка может впрыскивать определенное количество воды одним импульсом на один такт двигателя (для всех открытий впускных клапанов всех цилиндров группы). В другом примере форсунка может впрыскивать это количество воды серией импульсов, согласованных с открытием впускного клапана каждого цилиндра внутри группы цилиндров. В этом примере способ на шаге 801 может включать определение количества воды для впрыска в каждом импульсе для каждого цилиндра внутри группы (или определение общего количества впрыскиваемой воды для всех цилиндров и деление на число цилиндров группы) и определение момента каждого импульса впрыска в зависимости от момента открытия впускного клапана каждого цилиндра группы. В некоторых вариантах осуществления исходные количества впрыскиваемой воды и моменты импульсов впрыска могут быть определены в зависимости от расположения цилиндров двигателя. Например, двигатели могут различаться конструкцией (например, геометрией) цилиндров и всасывающих труб, что приводит к различным распределениям воды между цилиндрами группы от одной и той же водяной форсунки. Например, цилиндры группы могут находиться на разных расстояниях от водяной форсунки, соединенной с этой группой цилиндров, и/или всасывающие трубы могут различаться формой или кривизной, что влияет на доставку впрыснутой воды в соответствующие цилиндры. Далее, угол наклона форсунки относительно отдельного цилиндра может варьироваться внутри группы цилиндров. Таким образом, исходные моменты импульсов впрыска и количества воды, впрыскиваемой в каждом импульсе (эти величины могут различаться для разных цилиндров одной группы), могут быть определены по известной конструкции двигателя. Моменты импульсов впрыска могут затем регулироваться в процессе работы двигателя, в зависимости от условий работы цилиндров, как раскрыто ниже.
Способ продолжается шагом 802, на котором определяют величины испаренной и сконденсировавшейся частей воды, впрыснутой каждой из форсунок, для каждого цилиндра или группы цилиндров. Это может включать замеры температуры заряда в коллекторе до и после впрыска, как было раскрыто ранее в способе 700 на ФИГ. 7, и использование замеренного изменения температуры для оценки величины испаренной и сконденсировавшейся частей впрыснутой воды. Затем, на шаге 804, согласно способу регулируют оцененные величины испаренной и сконденсировавшейся частей для цилиндров ниже по потоку от каждой форсунки, в зависимости от оценок, сделанных по другим группам. Например, первая форсунка может впрыскивать первое количество воды выше по потоку от первой группы цилиндров, а вторая форсунка может впрыскивать второе количество воды выше по потоку от другой, второй группы цилиндров. Оцененные величины испаренной и сконденсировавшейся частей упомянутого первого количества могут быть отрегулированы в зависимости от оцененных величин испаренной и сконденсировавшейся частей упомянутого второго количества (и наоборот). Например, с увеличением конденсировавшейся части первого количества контроллер может повысить оценку конденсировавшейся части второго количества. Это может происходить из-за предсказуемой величины перекрестной или смешанной связи/разделения между группами цилиндров (например, из-за близости точек ответвления отдельных групп цилиндров и величин расхода воздуха в каждую из групп цилиндров). Таким образом, при определенных условиях между группами цилиндров может произойти ожидаемое разделение конденсировавшейся воды.
Далее, на шаге 806 согласно способу получают выходные сигналы детонационных датчиков каждого цилиндра группы (например, датчиков детонации 283, 383 или 483, показанных на ФИГ. 2-4) и на основе этих сигналов определяют неравномерность распределения воды по цилиндрам внутри каждой группы цилиндров. Например, как отмечено выше, само конструктивное расположение всасывающих труб впускного коллектора может привести к неравномерному распределению воды из форсунки по цилиндрам группы. В другом примере неравномерное распределение воды может возникнуть из-за того, что водяная форсунка, расположенная выше по потоку от группы цилиндров, по-разному наклонена относительно отдельных всасывающих труб.
На основе оценки неравномерности распределения воды, выполненной на шаге 806, на шаге 808 согласно способу определяют, имеется ли дисбаланс распределения воды для некоторой группы цилиндров. Один пример: неравномерность распределения воды (то есть водный дисбаланс) в группе цилиндров, соединенных с некоторой водяной форсункой, может быть определена на основе сравнения детонационных выходных сигналов датчиков детонации, подсоединенных к каждому цилиндру группы. Например, упомянутые детонационные выходы могут быть использованы для определения различий интенсивности детонации в отдельных цилиндрах относительно других цилиндров группы. Если изменение интенсивности детонации после впрыска воды отличается для одного или более цилиндров группы в сравнении с другими, это может указывать на неравномерности распределения воды. Например, может быть определено стандартное отклонение детонационных выходных сигналов, соответствующих разным цилиндрам, и если стандартное отклонение превышает некоторую пороговую величину, это может указывать на водный дисбаланс. В еще одном примере, если детонационный выход, соответствующий отдельному цилиндру, отклоняется от среднего значения для всех детонационных выходов, соответствующего всем цилиндрам группы, на некоторую пороговую величину, упомянутый цилиндр может быть указан как получающий больше или меньше воды, чем другие цилиндры группы. В другом примере неравномерности распределения воды в группе цилиндров, соединенных с некоторой водяной форсункой, может быть определена на основе различий задержек зажигания отдельных цилиндров от ожидаемой величины, зависящей от расположения цилиндров двигателя. Если водный дисбаланс не обнаружен, то способ переходит к шагу 810, на котором регулируют количество воды следующего впрыска для групп цилиндров на основе отрегулированных величин испаренной и сконденсировавшейся частей (а не выходных сигналов детонационных датчиков), определенных на шаге 804 способа. Однако если водный дисбаланс обнаружен, способ переходит к шагу 812, на котором количество впрыскиваемой воды, частоту импульсов и/или моменты впрыска воды водяной форсункой данной группы цилиндров регулируют по результатам определения неравномерности распределения воды (например, по выходным сигналам детонационных датчиков) и/или соответственно отрегулированным величинам испаренной и сконденсировавшейся частей. В одном из примеров способа на шаге 812 контроллер может повысить количество воды, впрыскиваемой за один импульс, согласованно с открытием впускного клапана цилиндра, чтобы компенсировать обнаруженный в этом цилиндре недостаток воды. Пониженное, по сравнению с другими цилиндрами группы, количество воды в некотором цилиндре может быть обнаружено по тому, что выходной сигнал детонационного датчика от этого цилиндра сильнее, чем сигналы от других цилиндров. В другом примере способа на шаге 812 контроллер может снизить впрыск воды в группу цилиндров, определив, что испаренная часть впрыснутой воды ниже пороговой величины. Далее способ переходит к шагу 814, на котором регулируют работу двигателя по каждой группе цилиндров в ответ на обнаруженный на шаге 808 водный дисбаланс и/или соответственно определенным на шаге 804 отрегулированным величинам испаренной и сконденсировавшейся частей. Шаг 814 способа может быть аналогичен шагу 714, раскрытому выше. Кроме того, в одном из примеров, если зажигание установлено с запаздыванием, способ на шаге 814 может включать опережающую установку зажигания, разную для разных цилиндров группы, в зависимости от обнаруженного водного дисбаланса.
На ФИГ. 9, показаны графики 900, иллюстрирующие регулировки работы двигателя в зависимости от оцененных величин испаренной и сконденсировавшейся частей воды, впрыснутой через водяную форсунку. Например, графики 900 иллюстрируют регулировки количества воды, впрыснутой водяной форсункой системы впрыска воды (например, системы 60 впрыска, показанной на ФИГ. 1), в зависимости от выходного сигнала датчика температуры заряда в коллекторе, а также регулировки параметров работы двигателя, например установки зажигания после впрыска воды. Конкретно, на графиках 900 показаны следующие рабочие параметры: на графике 902 - количество воды, впрыснутой через водяную форсунку; на графике 904 - изменение выходного сигнала датчика температуры заряда в коллекторе; на графике 906 - оцененную величину испаренной части впрыснутой воды; на графике 908 - оцененную величину конденсировавшейся части впрыснутой воды; и на графике 910 - изменения установки зажигания. На графиках всех рабочих параметров время отложено по горизонтальной оси, а значения соответствующего рабочего параметра отложены по вертикальной оси. В одном из примеров датчик температуры заряда в коллекторе может быть расположен вблизи водяной форсунки, например во впускном коллекторе, если водяная форсунка расположена во впускном коллекторе.
До момента времени t1 температура коллектора повышается (график 904), и, в зависимости от работы двигателя, может поступить запрос на впрыск воды. Например, запрос на впрыск воды может поступить из-за увеличения нагрузки двигателя выше пороговой величины. В другом примере запрос на впрыск воды может поступить в ответ на срабатывание индикатора детонации. В момент времени t1 в ответ на срабатывание индикатора детонации контроллер может вначале установить запаздывание зажигания относительно Оптимального Момента Зажигания ОМЗ (МВТ) (график 910).
По запросу на впрыск может быть замерена температура заряда в коллекторе, и контроллер выдает команду на впрыск системой впрыска некоторого количества воды (график 902) в момент времени t1. В результате, в промежутке времени t1-t2 (график 904) температура заряда в коллекторе снижается. С некоторой задержкой после впрыска, в момент времени t2, температуру заряда в коллекторе замеряют снова. Эта задержка от впрыска воды до замера температуры заряда в коллекторе может быть отрегулирована соответственно количеству впрыснутой воды или другим условиям работы двигателя. В момент времени t2 по замеренному изменению температуры заряда в коллекторе и количеству впрыснутой воды оценивают количества испаренной, первой части впрыснутой воды (график 906) и конденсировавшейся, второй части воды, которая осталась в коллекторе (график 908). Например, момент зажигания относительно ОМЗ (МВТ) (график 910) может быть сдвинута в сторону опережения соответственно испаренной части впрыснутой воды, и затем, если будет определено, что испаренная часть воды превышает порог, контроллер в момент времени t2 может поддерживать установку зажигания на уровне ОМЗ (МВТ).
Позднее, в момент времени t3, поступает запрос на впрыск воды, и контроллер выдает команду на впрыск отрегулированного на базе предшествующего впрыска количества воды. Например, количество воды, впрыскиваемой в момент времени t3, может быть повышено относительно количества, впрыснутого в момент времени t1, соответственно превышению порога испаренной части от предшествующего впрыска в момент времени t2. После впрыска воды в момент времени t3, в момент времени t4 количество испаренной части ниже пороговой величины (график 906). В момент времени t4 в ответ на определение того, что испаренная часть воды ниже ненулевого порога, контроллер может отрегулировать рабочие параметры двигателя, например установку зажигания относительно ОМЗ (МВТ) (график 910), в зависимости от конденсировавшейся части (график 908). Например, зажигание может быть сдвинуто в сторону опережения соответственно испаренной части; однако величина сдвига зажигания в сторону опережения в момент времени t4 может быть меньше, чем в момент времени t2, чтобы компенсировать увеличение количества жидкой воды от впрыска и увеличение склонности к детонации. Таким образом, величина сдвига зажигания в сторону опережения после впрыска снижается с уменьшением испаренной части и увеличением конденсировавшейся части воды.
В момент времени t5 снова поступает запрос на впрыск воды. Количество впрыскиваемой воды (график 902) в момент времени t5 может быть определено по величине испаренной и сконденсировавшейся частей от предшествующего впрыска воды. В промежутке времени t5-t6 величина испаренной части впрыснутой воды превышает порог. Соответственно превышению порога испаренной части в момент времени t6, контроллер может поддерживать текущие условия работы и сдвиг установки зажигания в сторону опережения.
На ФИГ. 10 показаны графики 1000, иллюстрирующие регулировки количества впрыскиваемой форсункой воды и момента впрыска в ответ на неравномерное распределение впрыснутой воды в группе цилиндров, подсоединенных к форсунке. Рабочие параметры, проиллюстрированные на графиках 1000, включают: впрыск воды на графике 1002; подъем клапана цилиндра для каждого из четырех цилиндров на графиках 1004-1010; и сигналы детонации (например, детонационные выходные сигналы датчиков детонации) для каждого из четырех цилиндров на графиках 1012-1015. (Пунктирная линия соответствует детонационному выходу детонационного датчика, соединенного с цилиндром 1 (график 1012); линия из точек соответствует детонационному выходу детонационного датчика, соединенного с цилиндром 2 (график 1013); штрихпунктирная линия соответствует детонационному выходу детонационного датчика, соединенного с цилиндром 3 (график 1014), и сплошная линия соответствует детонационному выходу детонационного датчика, соединенного с цилиндром 4 (график 1015)). В изображенном примере импульсы впрыска воды синхронизированы с подъемом клапана для каждого цилиндра. Кроме того, в этом примере вода может впрыскиваться выше по потоку от всех цилиндров 1-4 (например, через форсунку коллектора, расположенную во впускном коллекторе выше по потоку от всех цилиндров 1-4). Для всех рабочих параметров время отложено по горизонтальной оси, а значения соответствующего рабочего параметра отложены по вертикальной оси.
До момента времени t1 по запросу на впрыск воду впрыскивают выше по потоку от всех цилиндров (например, во впускной коллектор) и отслеживают интенсивность сигнала детонации. Как было объяснено выше, вода может впрыскиваться импульсной форсункой в моменты времени, синхронизированные с открытием впускного клапана каждого цилиндра. Таким образом, одна форсунка, расположенная выше по потоку от цилиндров 1-4, может выдавать несколько импульсов впрыска. Интенсивность сигнала детонации повышается до момента времени t1 из-за условий работы двигателя. По сигналам обратной связи от нескольких датчиков условий работы двигателя, в частности, детонационных датчиков, контроллер может повысить в момент времени t1 количество воды, впрыскиваемой за один импульс. В промежутке времени t1-t2 интенсивность сигналов детонации может снизиться из-за увеличенного впрыска воды. Таким образом, контроллер может продолжить текущую работу двигателя и сохранить количества впрыскиваемой воды и частоту импульсов впрыска. Позднее, в момент времени t2, повышается интенсивность сигнала детонации цилиндра 3. Это может произойти в результате неравномерного распределения воды от водяной форсунки, выделившего цилиндр 3 относительно других цилиндров группы (например, относительно цилиндров 1, 2 и 4). В ответ на то, что цилиндр 3 увеличил сигнал детонации и, возможно, получил меньшее количество воды (относительно других цилиндров группы), контроллер может в момент времени t3 увеличить количество воды, впрыскиваемой в цилиндр 3. Увеличив количество воды, впрыскиваемой в том импульсе, который соответствует подъему клапана цилиндра три, можно впрыскивать больше воды в выделенный цилиндр, даже несмотря на то, что форсунка может быть выше по потоку от группы цилиндров. После момента времени t3 контроллер может продолжать импульсы впрыска воды, определяемые условиями работы двигателя и предшествующих впрысков.
Таким образом, по запросу на впрыск вода может впрыскиваться в различные места двигателя, в частности, во впускной коллектор выше по потоку от всех цилиндров двигателя, во впускной канал каждого цилиндра и непосредственно в каждый цилиндр - в зависимости от условий работы двигателя. Хотя впрыск воды в каждом из этих мест может снизить выбросы, повысить экономию топлива и кпд двигателя, операции впрыска воды во впускной коллектор, во впускной канал или непосредственно в каждый цилиндр могут быть по-разному выгодны, в зависимости от условий работы двигателя. Например, непосредственный впрыск и впрыск во впускные каналы могут увеличить эффект разжижения от впрыснутой воды в сравнении с впрыском во впускной коллектор, снижая тем самым потери перекачки. В другом примере, непосредственный впрыск и впрыск во впускные каналы могут обеспечить усиленное охлаждение элементов двигателя, именно цилиндров и впускных каналов, тогда как впрыск во впускной коллектор может обеспечить усиленное охлаждение заряда воздуха без необходимости использовать форсунки и насосы высокого давления. Усилением охлаждения заряда воздуха может быть снижена склонность к детонации, и кпд двигателя может быть повышен. Посредством выбора места впрыска воды по условиям работы двигателя, впрыск воды может быть использован для увеличения разжижения в двигателе с целью снижения потерь перекачки и может обеспечить усиление охлаждения заряда воздуха с целью снижения детонации и увеличения кпд двигателя. Технический эффект выбора, в зависимости от условий работы двигателя, между различными местами для впрыска воды достигается впрыском воды по запросу на впрыск и обеспечением охлаждения заряда воздуха и элементов двигателя.
Согласно первому объекту изобретения, предложен способ для двигателя, содержащего несколько цилиндров, в котором, по запросу на впрыск воды выбирают, исходя из условий работы двигателя, одно из следующих мест для впрыска воды: во впускной канал каждого цилиндра, во впускной коллектор выше по потоку от указанных нескольких цилиндров и непосредственно в каждый цилиндр, причем выбор включает в себя выбор впрыска воды во впускной коллектор, если нагрузка двигателя выше пороговой нагрузки, выбор впрыска воды во впускной канал каждого цилиндра, если нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки, и выбор впрыска воды непосредственно в каждый цилиндр, если нагрузка двигателя выше пороговой нагрузки, а впрыск воды во впускной коллектор достигает верхнего порогового значения и впрыскивают воду в выбранном месте через по меньшей мере одну водяную форсунку, соответствующую выбранному месту.
Согласно одному из вариантов, впрыск воды в выбранном месте дополнительно включает впрыск воды во впускной канал каждого цилиндра в ответ на то, что частота вращения двигателя ниже пороговой частоты вращения.
Согласно одному из вариантов, дополнительно эксплуатируют двигатель при нагрузке двигателя, меньшей пороговой нагрузки, и выбирают впрыск воды во впускные каналы каждого цилиндра, причем при впрыске воды во впускные каналы каждого цилиндра впрыскивают одно и то же количество воды в каждый впускной канал каждого цилиндра, причем указанное одно и то же количество воды определяют исходя из одного или более из следующих условий: нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, количество впрыскиваемого топлива, индикация детонации двигателя, момент зажигания и окружающие условия.
Согласно одному из вариантов, дополнительно эксплуатируют двигатель при нагрузке двигателя, меньшей пороговой нагрузки, и выбирают впрыск воды во впускные каналы каждого цилиндра, причем, при впрыске воды во впускные каналы каждого цилиндра, в каждый впускной канал каждого цилиндра впрыскивают отличающееся от других количество воды, причем это отличающееся от других количество воды, впрыскиваемой в каждый впускной канал каждого цилиндра, определяют исходя из значений одного или более из следующих параметров: массового расхода воздуха к каждому цилиндру, давления в каждом цилиндре, количества топлива, впрыскиваемого в каждый цилиндр, температуры каждого цилиндра и уровня детонации каждого цилиндра, показываемого датчиком детонации, соединенным с соответствующим цилиндром.
Согласно одному из вариантов, дополнительно эксплуатируют двигатель при нагрузке двигателя, большей пороговой нагрузки, и выбирают впрыск воды только во впускной коллектор, если двигатель работает при нагрузке двигателя, большей пороговой нагрузки, а впрыск воды во впускной коллектор ниже верхнего порогового значения.
Согласно одному из вариантов, дополнительно эксплуатируют двигатель при нагрузке двигателя, большей пороговой нагрузки, и выбирают впрыск воды как во впускной коллектор, так и непосредственно в каждый цилиндр двигателя, если двигатель работает при нагрузке двигателя, большей пороговой нагрузки, а впрыск воды во впускной коллектор достигает или выше верхнего порогового значения.
Согласно одному из вариантов, впрыск воды включает впрыск некоторого количества воды в выбранном месте, причем указанное количество воды определяют после выбора места для впрыска воды по условиям работы двигателя, которые включают в себя одно или более из следующих: нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, количество впрыскиваемого топлива, индикация детонации двигателя, момент зажигания и окружающие условия, и при этом дополнительно, после впрыска упомянутого количества воды в выбранном месте, определяют первую, испаренную часть впрыснутой воды и вторую, оставшуюся жидкой часть впрыснутой воды по изменению температуры в выбранном месте после впрыска.
Согласно одному из вариантов, дополнительно регулируют количество воды, впрыскиваемой в выбранном месте, исходя из результата определения первой, испаренной части впрыснутой воды.
Согласно одному из вариантов, дополнительно регулируют работу двигателя исходя из результата определения второй, оставшейся жидкой части впрыснутой воды, причем для регулировки работы двигателя регулируют один или более из следующих параметров: момент зажигания, установку изменяемых фаз газораспределения, степень рециркуляции отработавших газов и подачу топлива в цилиндры двигателя.
Согласно одному из вариантов, двигатель является V-образным двигателем.
Согласно второму объекту изобретения, предложен способ для двигателя, согласно которому,
эксплуатируют двигатель при первом условии работы, причем первое условие работы включает в себя: нагрузка двигателя меньше пороговой нагрузки, и принимают первый запрос на впрыск воды, и в ответ на первый запрос на впрыск воды, принятый во время работы при первом условии работы, впрыскивают воду через первую форсунку двигателя во впускной канал по меньшей мере одного цилиндра двигателя,
эксплуатируют двигатель при втором условии работы, причем второе условие работы включает в себя: нагрузка двигателя больше пороговой нагрузки, и принимают второй запрос на впрыск воды, и в ответ на второй запрос на впрыск воды, принятый во время работы при втором условии работы, впрыскивают воду через вторую форсунку двигателя во впускной коллектор выше по потоку от нескольких цилиндров двигателя
и эксплуатируют двигатель при третьем условии работы, причем третье условие работы включает в себя: нагрузка двигателя больше пороговой нагрузки, а впрыск воды во впускной коллектор через вторую форсунку достигает верхнего порогового значения, и принимают третий запрос на впрыск воды, и в ответ на третий запрос на впрыск воды, принимаемый во время работы при третьем условии работы, впрыскивают воду через третью форсунку двигателя непосредственно по меньшей мере в один цилиндр двигателя.
Согласно одному из вариантов, первое условие работы дополнительно включает в себя: частота вращения двигателя меньше пороговой частоты вращения.
Согласно одному из вариантов, впрыск воды через вторую форсунку двигателя во впуской коллектор включает впрыск воды только через вторую форсунку.
Согласно одному из вариантов, второе условие работы дополнительно предусматривает превышение порогового уровня детонационным выходным сигналом одного или более датчиков детонации, соединенных с несколькими цилиндрами двигателя.
Согласно одному из вариантов, впрыск воды через первую, вторую и третью форсунки включает впрыск некоторого количества воды, которое определяют по условиям работы двигателя, и при этом дополнительно, после впрыска упомянутых количеств воды, определяют первую, испаренную часть впрыснутой воды и вторую, оставшуюся жидкой часть впрыснутой воды по изменению температуры около одной из первой, второй и третьей форсунок после впрыска ими соответствующих количеств воды.
Согласно одному из вариантов, дополнительно регулируют количества воды, впрыскиваемой через первую, вторую или третью форсунки, исходя из результата определения первой, испаренной части впрыснутой воды, и регулируют один или более дополнительных рабочих параметров двигателя исходя из результата определения второй, оставшейся жидкой части впрыснутой воды.
Согласно третьему объекту изобретения, предложена система для двигателя, содержащая:
первую водяную форсунку, соединенную с впускным коллектором двигателя выше по потоку от нескольких цилиндров двигателя;
первый набор водяных форсунок, причем каждая водяная форсунка первого набора соединена с впускным каналом одного цилиндра двигателя;
второй набор водяных форсунок, причем каждая водяная форсунка второго набора соединена непосредственно с одним цилиндром двигателя и выполнена с возможностью впрыска воды в камеру сгорания одного цилиндра двигателя; и
контроллер, содержащий долговременную память с машиночитаемыми инструкциями для:
по запросу на впрыск некоторого количества воды, выбора места для впрыска этого количества воды из: первой водяной форсунки, первого набора водяных форсунок и второго набора водяных форсунок, причем выбор основан на нагрузке двигателя и пределах впрыска воды первой водяной форсунки, первого набора водяных форсунок и второго набора водяных форсунок, причем указанный выбор включает в себя:
выбор впрыска воды только через первую водяную форсунку, если нагрузка двигателя выше пороговой нагрузки, выбор впрыска воды через каждую водяную форсунку первого набора водяных форсунок, если нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки, и выбор впрыска воды через каждую водяную форсунку второго набора водяных форсунок, если нагрузка двигателя выше пороговой нагрузки, а впрыск воды через первую форсунку достигает верхнего порогового значения; и
после выбора места для впрыска указанного количества воды, определение указанного количества воды для впрыска исходя из нагрузки двигателя и одного или более дополнительных условий работы двигателя, включая частоту вращения двигателя, количество впрыскиваемого топлива, индикацию детонации двигателя, момент зажигания, и окружающие условия.
Согласно одному из вариантов, каждая водяная форсунка первого набора водяных форсунок наклонена в соответствующем впускном канале в сторону впускного клапана одного цилиндра двигателя.
Согласно одному из вариантов, первая водяная форсунка расположена ниже по потоку от впускного дросселя, причем система дополнительно содержит канал рециркуляции отработавших газов (РОГ), содержащий охладитель РОГ.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя.. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.