СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ НА ГАЗООБРАЗНОМ ТОПЛИВЕ
METHOD FOR GASEOUS FUEL ENGINE OPERATION

Настоящее изобретение относится к впрыску газообразного топлива и, в частности, к способу эксплуатации двигателя.
Для снижения темпа роста стоимости традиционных видов топлива и снижения выбросов выхлопных газов были разработаны альтернативные типы топлива. Например, перспективным альтернативным видом топлива был признан природный газ. Для использования в автомобильной промышленности природный газ может быть сжат и храниться в газообразном состоянии в цилиндрах под высоким давлением. Затем для подачи сжатого природного газа (СПГ) под низким давлением в камеру сгорания двигателя через топливную форсунку может быть использован регулятор давления. Во время запуска двигателя в топливной рампе, по которой топливо подается в топливную форсунку, может создаваться чрезмерное давление. Топливная рампа, находящаяся под повышенным давлением, может создавать большой перепад давлений у открывающейся вовнутрь форсунки, который будет препятствовать открытию форсунки и задержит (или предотвратит) запуск двигателя. Кроме того, во время запуска двигателя на форсунку может подаваться меньшее напряжение (следовательно, и меньший ток, создающий усилие открытия форсунки), чем во время работы двигателя. Таким образом, повышенный ток, создающий дополнительное усилие для преодоления перепада давлений и открытия форсунки, будет недоступен.
В настоящем документе изобретатели определили, что снижение перепада давлений в форсунке снижает величину тока, необходимую для открытия форсунки, что позволяет повысить надежность открытия форсунки во время запуска двигателя. Соответственно в настоящем документе представлен способ запуска двигателя. Способ предусматривает открытие дроссельного клапана, регулирующего поток воздуха во впускной коллектор, в зависимости от того, что перепад давлений газа в форсунке для газообразного топлива превышает пороговое значение давления.
Таким образом, дроссельный клапан может быть открыт в зависимости от высокого перепада давлений в форсунке для газообразного топлива. При помощи открытия дроссельного клапана можно увеличить давление во впускном коллекторе, в результате чего произойдет снижение перепада давлений в форсунке. Сниженный перепад давлений, в свою очередь, снижает величину тока, необходимую для открытия топливной форсунки. Таким образом, во время запуска двигателя или в любой другой момент, когда форсунка для газообразного топлива активируется при высоком давлении в топливной рампе, форсунка может быстро открыться, снижая вероятность позднего запуска двигателя.
Таким образом, согласно объекту настоящего изобретения создан способ эксплуатации двигателя, при котором: регулируют угол открытия дросселя дроссельного клапана на основе перепада давлений в форсунке для газообразного топлива, впрыскивающей газообразное топливо, во время запуска двигателя, когда газообразное топливо сжигается для запуска двигателя; и регулируют угол открытия дросселя дроссельного клапана вне зависимости от перепада давлений в форсунке для газообразного топлива после запуска двигателя во время его работы.
Предпочтительно, регулировка угла открытия дросселя на основании перепада давлений в форсунке для газообразного топлива включает открытие дроссельного клапана, когда перепад давлений превысит пороговое значение давления, которое может меняться в зависимости от рабочих условий, включающих величину напряжения, подаваемого на форсунку для газообразного топлива, при этом величину напряжения определяют на основе температуры форсунки, времени, прошедшего после остановки двигателя после его работы, и частоты вращения двигателя.
Предпочтительно, дополнительно, если перепад давлений превышает пороговое значение давления, открывают дроссельный клапан посредством увеличения указанной величины с контролированием перепадов давлений до того, пока не будет достигнуто пороговое значение давления.
Предпочтительно, регулировка угла открытия дросселя дроссельного клапана вне зависимости от перепада давлений включает регулировку угла открытия дросселя с возможностью обеспечения необходимого расхода воздуха через двигатель, причем, если температура окружающей среды ниже порогового значения, дополнительно закрывают клапан топливной рампы для газообразного топлива, осуществляют циклическую работу форсунок для газообразного топлива до запуска двигателя, при этом дроссельный клапан удерживают в открытом состоянии до открытия всех топливных форсунок, причем после того, как каждая из форсунок открывалась и закрывалась минимальное количество раз, открывают клапан топливной рампы для газообразного топлива для создания давления в топливной рампе.
Предпочтительно, дополнительно контролируют давление в топливной рампе во время запуска двигателя и, если не обнаружено падение давления в топливной рампе в зависимости от подачи команды на открытие форсунки для газообразного топлива, продолжают регулирование угла открытия дросселя.
Предпочтительно, дополнительно увеличивают напряжение, подаваемое на форсунку для газообразного топлива, при отсутствии падения давления в топливной рампе в зависимости от подачи команды на открытие форсунки для газообразного топлива.
Предпочтительно, условия запуска двигателя предусматривают прокручивание двигателя с помощью стартера.
Предпочтительно, значение перепада давлений определяют на основе давления в топливной рампе и давления во впускном коллекторе.
Предпочтительно, регулирование угла открытия дросселя также выполняют на основе напряжения, которое можно подать на форсунку для газообразного топлива для ее открытия, причем определение доступного напряжения основано на времени, прошедшем после последнего запуска двигателя.
Предпочтительно, регулирование угла открытия дросселя также выполняют на основе температуры окружающей среды.
Предпочтительно, напряжение, подаваемое на форсунку для газообразного топлива, основано на значении перепада давлений в форсунке для газообразного топлива.
Предпочтительно, условия запуска двигателя определяют на основе по меньшей мере одного из открытой двери, введения ключа в замок зажигания и веса, определяемого на сиденьи.
Описанные выше преимущества, а также прочие преимущества и отличительные особенности станут очевидны после ознакомления со следующим подробным описанием предпочтительных вариантов отдельно или со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Следует понимать, что приведенная выше сущность изобретения используется для того, чтобы познакомить в упрощенной форме с набором концепций, которые будут далее описаны в подробном описании. Она не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего описания.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1А - схематическое изображение примера камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 1В - схематическое изображение многоцилиндрового двигателя;
Фиг. 2 - высокоуровневая блок-схема способа управления активацией форсунки для газообразного топлива по варианту изобретения;
Фиг. 3 - блок-схема способа запуска двигателя по варианту изобретения;
Фиг. 4 - схема, показывающая значения различных параметров работы двигателя в течение интересующего периода времени, по варианту изобретения;
Фиг. 5 - блок-схема способа запуска двигателя согласно другому варианту изобретения;
Фиг. 6 - схема, показывающая значения различных параметров работы двигателя в течение интересующего периода времени, по другому варианту изобретения; и
Фиг. 7 - блок-схема способа впрыска газообразного топлива по варианту изобретения.
Изобретение относится к системам и способам обеспечения активации форсунок для газообразного топлива в двигателе, пример которого схематически представлен на фиг. 1А и 1В. Системы могут содержать бак для газообразного топлива, соединенный с топливной форсункой для впрыска во впускные каналы, а в вариантах и бак для жидкого топлива, соединенный с топливной форсункой для прямого впрыска. Контроллер может быть запрограммирован с возможностью управлять активацией форсунки для газообразного топлива с помощью способа управления, например, способов, описанных со ссылкой на фиг. 2, 3, 5 и 7, при выполнении которого параметры работы двигателя изменяются так, как показано на фиг. 4 и 6.
На фиг. 1А представлен пример варианта камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по крайней мере, частично с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и с помощью входного сигнала, подаваемого водителем 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В настоящем примере устройство 132 ввода содержит педаль газа и датчик 134 положения педали газа для генерирования пропорционального сигнала РР положения педали. Цилиндр (т.е. камера сгорания) 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы обеспечивать преобразование возвратно-поступательного движения данного поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен по крайней мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для запуска двигателя 10.
В цилиндр 14 по нескольким впускным каналам 142, 144 и 146 может поступать впускной воздух. Впускные каналы 146 могут соединяться с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах воплощения один или несколько впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, например, турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на фиг. 1А показан двигатель 10, оснащенный турбонагнетателем, который содержит компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176, работающую на выхлопных газах, которая расположена вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может, по крайней мере, частично приводиться в движение турбиной 176, работающей на выхлопных газах, с помощью вала 180, в котором устройство наддува представляет собой турбонагнетатель. Однако в других примерах, в которых двигатель 10 может быть оборудован, например, нагнетателем, турбина 176, работающая на выхлопных газах, может и не быть установлена, в этом случае компрессор 174 может приводиться в движение с помощью механического входного воздействия от мотора или двигателя. Дроссель 162, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль выпускного канала двигателя для изменения расхода и(или) давления впускного воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку относительно компрессора 174, как показано на фиг. 1А, или выше по потоку относительно компрессора 174.
В выпускные каналы 148 могут поступать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 помимо цилиндра 14. Изображенный датчик 128 выхлопных газов соединен с выпускным каналом 148 выше по потоку относительно устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может представлять собой любой подходящий датчик, обеспечивающий индикацию воздушно-топливного соотношения выхлопных газов, например, линейный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный датчик содержания кислорода или датчик содержания кислорода в выхлопных газах широкого диапазона), бистабильный датчик кислорода или EGO, HEGO (EGO с нагревом), датчик NOx, НС или СО. Устройство 178 для снижения токсичности выхлопных газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), уловитель NOx, любые другие устройства для снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, изображенный цилиндр 14 может иметь по крайней мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по крайней мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. По варианту каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может иметь по крайней мере два впускных тарельчатых клапана и по крайней мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Работа впускного клапана 150 может контролироваться с помощью контроллера 12 посредством исполнительного механизма 152. Аналогичным образом работа выпускного клапана 156 может контролироваться с помощью контроллера 12 посредством исполнительного механизма 154. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, посылаемые на исполнительные механизмы 152 и 154, для управления открытием и закрытием соответствующих впускного и выпускного клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено с помощью соответствующего датчика положения клапана (не показан). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь электрический привод клапанов, кулачковый привод или комбинации данных типов приводов Установка фаз работы впускного и выпускного клапанов может осуществляться параллельно или по любому из следующих принципов: изменение фаз газораспределения на впуске, изменение фаз газораспределения на выпуске, двойное независимое изменение фаз газораспределения и фиксированные фазы газораспределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или несколько кулачков и использовать одну или несколько из ниже перечисленных систем: переключение профилей работы кулачков (CPS), изменение фаз газораспределения (VCT), регулируемая установка фаз клапанного распределения (VVT) и(или) изменение высоты подъема клапанов (VVL), которыми управляет контроллер 12 с целью изменения режимов работы клапанов. Например, в качестве альтернативы цилиндр 14 может включать в себя впускной клапан, управляемый с помощью электрического привода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью кулачкового привода, включая CPS и(или) VCT. В других вариантах воплощения впускной и выпускной клапаны могут управляться с помощью общего исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов клапана, исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов для выполнения регулируемой установки фаз клапанного распределения.
Цилиндр 14 может обеспечивать величину сжатия, т.е. соотношение между объемом цилиндра, в котором поршень 138 находится в нижней мертвой точке, и объемом цилиндра, в котором поршень 138 находится в верхней мертвой точке. Обычно величина сжатия составляет от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах при использовании разных типов топлива величина сжатия может быть увеличена. Это может произойти, например, при использовании высокооктанового топлива или топлива с более высокой скрытой теплотой парообразования. Также коэффициент сжатия можно увеличить при использовании прямого впрыска из-за его влияния на работу двигателя с детонацией.
По варианту каждый цилиндр двигателя 10 может содержать запальную свечу 192 для начала воспламенения. При выбранных условиях работы система зажигания 190 может подавать искру зажигания в камеру 14 сгорания с помощью свечи 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания от контролера 12. Однако в некоторых вариантах запальная свеча 192 может и не быть установлена, например, когда двигатель 10 может начинать воспламенение с помощью самовоспламенения или впрыска топлива, как в случае с дизельными двигателями.
По варианту каждый цилиндр двигателя 10 может иметь одну или несколько топливных форсунок для подачи топлива. В качестве неограничивающего примера изображенный цилиндр 14 содержит топливные форсунки 166 и 170. Изображенная топливная форсунка 166 соединена непосредственно с цилиндром 14 для прямого впрыска в нее топлива в соответствии с шириной импульса FPW-1, полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает впрыск топлива, известный как прямой впрыск топлива (именуемый в настоящем документе как «DI») в цилиндр 14. Хотя на фиг. 1А форсунка 166 показана в виде боковой форсунки, она может быть расположена над поршнем, например, рядом с запальной свечой 192. Такое положение может улучшить смешивание и воспламенение при работе двигателя на спиртовом топливе благодаря низкой летучести некоторых видов спиртового топлива. По варианту форсунка может быть расположена сверху рядом с впускным клапаном для улучшения смешивания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 172 высокого давления, содержащую топливный бак, топливные насосы, топливную рампу и привод 168. По варианту топливо может подаваться с помощью одноступенчатого топливного насоса при низком давлении, при этом момент прямого впрыска топлива может быть дополнительно ограничен во время такта сжатия по сравнению с ситуацией, когда используется топливная система высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут иметь датчик давления, генерирующий сигнал для контроллера 12.
Изображенная топливная форсунка 170 расположена во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, в конфигурации, обеспечивающей впрыск топлива во впускные каналы (именуемый в настоящем документе как «PFI»), т.е. во впускной канал выше по потоку относительно цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длине импульса сигнала FPW-2, принятого от контроллера 12 через электронный привод 171. Топливо может быть подано в топливную форсунку 170 с помощью топливной системы 172.
Топливная система 172 может содержать один топливный бак или несколько топливных баков. По вариантам, в которых топливная система 172 включает в себя несколько топливных баков, данные топливные баки могут содержать топливо одинакового качества или могут содержать топливо разного качества, например, топливо с разным составом. Данная разница может заключаться в разном содержании спирта, разном октановом числе, разном теплотой парообразования, разных сортах топлива и(или) их сочетаниях и т.д. В одном примере топливо с различным содержанием спирта может представлять собой бензин, этанол, метанол или спиртовые смеси, например, Е85 (который содержит примерно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (который содержит примерно 85% метанола и 15% бензина). Другие спиртосодержащие виды топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина и т.д. В некоторых примерах топливная система 172 может включать в себя топливный бак, в котором содержится жидкое топливо, например, бензин, и топливный бак, в котором содержится газообразное топливо, например, СПГ. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы впрыскивать топливо из бака с одним видом топлива, из баков с разными видами топлива, из нескольких баков с одним видом топлива или из смешанного набора топливных баков.
Контроллер 12 с фиг. 1А представлен в виде микрокомпьютера, включающего в себя процессор 106, порты 108 ввода/вывода, электронный носитель для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, представляющий собой постоянное запоминающее устройство 110 в данном конкретном примере воплощения, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114, и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, которые включают в себя, в дополнение к ранее описанным сигналам, сигнал массового расхода воздуха (MAF) от датчика 122 массового расхода воздуха; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 116 температуры, соединенного с охлаждающей рубашкой 118; сигналы профиля зажигания (PIP) от датчика 120 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) от датчика 124. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может быть сгенерирован контроллером 12 на основе сигнала PIP Сигнал MAP о давлении в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.
На постоянное запоминающее устройство 110 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 106, для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые подразумеваются, но не указываются конкретно. Примеры процедуры, которые могут быть выполнены с помощью контроллера, описаны на фиг. 2, 3, 5 и 7.
Как было описано выше, на фиг. 1А показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый цилиндр может также включать в себя собственный набор из впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки (форсунок), запальной свечи и т.д. На фиг. 1В представлено схематическое изображение многоцилиндрового двигателя с фиг. 1А, соответствующего настоящему изобретению. Как показано на фиг. 1А, двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя цилиндры 14, подключенные к впускному каналу 144 и выпускным каналом 148. Впускной канал 144 может включать в себя дроссель 162. Выпускной канал 148 может включать в себя устройство 178 для снижения токсичности выхлопных газов.
Изображенный цилиндр 14 соединен с топливными форсунками 166 и 170. Хотя показано, что с топливными форсунками соединен только один цилиндр, следует понимать, что все цилиндры 14, входящие в состав двигателя 10, также могут быть соединены с одной или несколькими топливными форсунками. В иллюстративном варианте воплощения топливная форсунка 166 изображена в виде топливной форсунки для прямого впрыска, а топливная форсунка 170 изображена в виде топливной форсунки для впрыска во впускные каналы. Каждая топливная форсунка может быть сконфигурирована таким образом, чтобы подавать определенное количество топлива в определенный момент цикла работы двигателя в ответ на команды от контроллера 12. Для подачи горючего топлива в цилиндр 14 во время каждого цикла воспламенения может быть использована одна или обе топливные форсунки. Момент и величина впрыска топлива могут регулироваться в виде функции от условий работы двигателя.
Топливная система 172 может включать в себя один или несколько топливных баков. В изображенном примере топливная система представляет собой многотопливную систему, включающую в себя топливный бак 20а высокого давления, сконфигурированный таким образом, чтобы подавать газообразное топливо на топливную рампу 52а, и топливный бак 22b сконфигурированный таким образом, чтобы подавать на топливную рампу 52b топливо, имеющее химические и физические свойства, отличные от газообразного топлива (например, жидкое топливо). Хотя в представленном примере показаны отдельные топливные рампы для двух разных видов топлива, в некоторых примерах может быть использована общая топливная рампа.
2
2
2
2
Топливный бак 20а может быть сконфигурирован таким образом, чтобы хранить газообразное топливо при высоком давлении и подавать топливо в двигатель 10 через топливопровод 94 высокого топлива, регулятор 38 давления и топливопровод 50 регулируемого давления. Например, газообразное топливо может представлять собой сжатый природный газ (СПГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ), адсорбированный природный газ (АПГ) или водородное топливо. В топливном баке 20а может храниться газообразное топливо под давлением в диапазоне 10-700 бар (например, 0-100 + фунтов/дюймдля СНГ, 500 фунтов/дюйм для АНГ, 3600 фунтов/дюйм или 250 бар для СПГ и 5000-10000 фунтов/дюйм для водородного топлива).
И наоборот, в топливном баке 22b может храниться жидкое топливо, например, бензин, топливо с разными концентрациями спирта, различные топливные смеси бензина и этанола (например, Е10, Е85) и их комбинации. Как показано, топливный бак 22b может быть соединен с топливным насосом 21 для сжатия топлива, поданного на топливную рампу.
Топливный бак 20а может быть повторно заправлен газообразным топливом через заливочное отверстие 54. Контрольный клапан 55 (или два последовательно расположенных контрольных клапана для обеспечения надежности) может быть установлен между топливным баком 20а и заливочным отверстием 54 для обеспечения правильного потока топлива. Аналогичным образом топливный бак 20а может быть повторно заправлен жидким топливом через заливочное отверстие 83. Топливо может подаваться из топливных баков 20а и 22b на форсунки двигателя 10, например, на форсунки 170 и 166, через топливные рампы 52а и 52b соответственно. Хотя показано, что к каждой топливной рампе подключена одна топливная форсунка, следует понимать, что для каждого цилиндра 14 могут быть предусмотрены дополнительные форсунки. Например, топливная рампа 52а может подавать топливо в форсунку 170 и во вторую топливную форсунку, подающую топливо в те же камеры сгорания, что и форсунка 170.
В одном примере, в котором топливная система 172 включает в себя систему прямого впрыска, форсунки 166 и 170 могут быть сконфигурированы как топливные форсунки прямого впрыска. В альтернативном варианте воплощения топливная система 172 может включать в себя систему впрыска во впускные каналы, в которой форсунки 166 и 170 могут быть сконфигурированы как топливные форсунки впрыска во впускные каналы. В других вариантах воплощения каждый цилиндр может включать в себя одну или несколько форсунок, включающую в себя форсунку прямого впрыска и форсунку впрыска во впускные каналы (например, конфигурация, представленная на фиг. 1).
Насос 21 может не нагнетать топливо из топливного бака 22b в топливную рампу 52b при условиях, в которых подача жидкого топлива в двигатель нежелательна (например, когда двигатель выключен или когда нужно подавать в двигатель только газообразное топливо). Датчик 102b топлива топливной рампы в топливной рампе 52b может быть сконфигурирован таким образом, чтобы измерять текущее давление в топливной рампе и передавать полученное значение на контроллер 12 системы 14 управления. В некоторых примерах насос 21 может управляться на основе давления в топливной рампе, измеренного с помощью датчика 102b и(или) на основе значений параметров.
Кроме того, в некоторых вариантах воплощения контрольный клапан (не показан) может быть расположен между топливным баком 22b и топливной рампы 52b для создания нужного потока от топливного бака 22b.
Топливный бак 20а может быть соединен с клапаном 32 топливного бака для регулировки давления газообразного топлива, подаваемого в топливопровод 94. Клапан 32 топливного бака может быть сконфигурирован таким образом, чтобы подавать газообразное топливо в топливопровод 94 под давлением, аналогичным давлению в баке. В качестве альтернативы, даже когда нужно создать высокое давление впрыска топлива, клапан топливного бака может быть переведен в активное состояние, а система регулировки давления ниже по потоку относительно клапана может управляться для обеспечения того, что давление в топливной рампе устанавливается на достаточно высокий уровень. Подобный режим работы может быть предпочтительным в примерах, в которых поток газообразного топлива высокого давления через различные компоненты, входящие в топливопровод 94 (например, фильтры, клапаны и т.д.), будет разрушать данные компоненты.
Топливный бак 20а также может быть соединен с системой регулировки давления для обеспечения подачи газообразного топлива в топливную рампу 52а, а оттуда - в форсунку 170 с различными уровнями давления. В одном примере в топливном баке 20а может храниться газообразное топливо под давлением в диапазоне 10-700 бар, при этом система регулировки давления может регулировать давление топливной рампы до давления переменного диапазона от 2 до 40 бар (например, от 2 до 10 бар - для СПГ). Давление в топливной рампе может быть изменено с помощью регулятора 38 давления. Регулятор 38 может представлять собой механический регулятор давления, устанавливающий эталонное давление в камере на фиксированное, постоянное значение для достижения фиксированного, постоянного регулирующего давления в камере низкого давления, в результате чего будет достигнуто единое, фиксированное давление в топливной рампе. В других вариантах воплощения регулятор 38 может представлять собой регулятор переменного давления. Например, регулятор 38 может включать в себя регуляторы повышения и понижения давления, а также клапаны, позволяющие изменять эталонное значение в камере, данное эталонное значение в камере, в свою очередь, изменяет регулирующее давление в камере низкого давления, тем самым, изменяя давление в топливной рампе.
Как было описано выше, для подачи газообразного топлива в цилиндры двигателя газообразное топливо подается под высоким давлением из бака для газообразного топлива (например, из бака 20а) к регулятору давления (например, к регулятору 38). Затем регулятор давления подает топливо в рампу для газообразного топлива (например, в рампу 52а) при сниженном установленном давлении, например, при 10 бар - для СПГ. Однако при определенных условиях топливо подается в топливную рампу под давлением выше установленного давления. Например, регулятор, контролирующий давление топлива в рампе для газообразного топлива, может устанавливать в топливной рампе давление, превышающее нормальное давление при низкой температуре и(или) при низком давлении в баке для газообразного топлива. Кроме того, во время начальной подачи топлива в топливную рампу во время запуска двигателя регулятор может временно установить давление, превышающее стационарное установленное давление в топливной рампе.
Во время роста давления впрыска топлива сила тока, необходимая для открытия форсунок также возрастает, поскольку сила, используемая для открытия форсунки прямо пропорциональна току, подаваемому на форсунку. Высокие уровни силы тока, зачастую бывают недоступны, в частности, во время запусков двигателя. Например, во время прокручивания двигателя напряжение на форсунке ниже, чем доступно, из-за потребности двигателя в электроэнергии (например, потребности стартера), низких температур окружающей среды и низки скоростей вращения двигателя (когда генератор переменного тока не увеличивает напряжение в транспортном средстве). Кроме того, при высокой температуре форсунки ее сопротивление увеличивается, в результате чего снижается доступная сила тока на форсунке, используемого для открытия форсунки.
Из-за высокого давления впрыска топлива и недостаточного напряжения форсунки для газообразного топлива не могут мгновенно открыться при запуске. Таким образом, запуски двигателя при использовании газообразного топлива могут выполняться с задержкой. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 2-6, подобные запуски с задержкой могут быть ослаблены за счет регулировки одного или нескольких параметров работы во время или до запуска двигателя. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 3, высокое давление впрыска топлива, связанное с вакуумом во впускном коллекторе, создаваемом при прокручивании двигателя, создает большой перепад давлений в открывающихся внутрь форсунках для газообразного топлива. Для снижения данного перепада давлений и облегчения открытия форсунок при пониженной силе тока, дроссельный клапан двигателя может открываться при запуске для увеличения давления во впускном коллекторе и уменьшения перепада давлений в разных форсунках. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг. 5, перед началом прокручивания двигателя форсунки для газообразного топлива могут быть один или несколько раз открыты и закрыты, эффективно «разлепляя» форсунки за счет разрушения прилипания форсунок до создания давления в топливных форсунках. После открытия и закрытия топливных форсунок (также называемого циклической работой форсунок) в топливной рампе может повторно создано давление, после чего может быть выполнено прокручивание двигателя. Кроме того, напряжение, подаваемое на форсунки, может быть увеличено за счет работы генератора переменного тока двигателя во всем диапазоне.
Как было описано выше, форсунки для газообразного топлива могут тяжело открываться во время запуска двигателя. Если двигатель сконфигурирован таким образом, чтобы работать на разных видах топлива (например, на жидком топливе и газообразном топливе), форсунки для газообразного топлива также могут тяжело открываться при переходе двигателя с работы на жидком топливе (например, на бензине) на работу на газообразном топливе. Например, по мере нагрева двигателя в начале работы на бензине также растет температура рампы для газообразного топлива, увеличивая давление газообразного топлива в топливной рампе. Как будет сказано ниже со ссылкой на фиг, 7, если двигатель включает в себя турбонагнетатель, то начало впрыска газообразного топлива может быть задержан до тех пор, пока двигатель не начнет работу на впускном воздухе наддува (например, пока давление во впускном коллекторе не превысит барометрическое давление) для уменьшения перепада давлений в форсунках для газообразного топлива, либо может быть отрегулировано положение перепускной заслонки турбонагнетателя (например, перемещено в закрытое) для увеличения давления наддува в начале впрыска газообразного топлива.
На фиг. 2 показана процедура 200 управления для включения форсунки для газообразного топлива. Способ 200 может быть выполнен с помощью контроллера двигателя, например, с помощью контроллера 12 с фиг. 1А-1В, в соответствии с сохраненными на нем инструкциями. На этапе 202 процедура 200 включает в себя определение того, находится ли двигатель в выключенном состоянии. Если двигатель выключен, то горение не происходит, и, следовательно, в цилиндры не поступает топливо. Также это означает, что стартер не работает. Если двигатель не находится в выключенном состоянии (например, если двигатель прокручивается с помощью стартера или происходит горение), процедура 200 переходит к этапу 203, на котором происходит регулировка положения дроссельного клапана вне зависимости от перепада давлений в форсунках для газообразного топлива. Например, дроссельный клапан может быть отрегулирован таким образом, чтобы подавать необходимый поток воздуха, поступающий в двигатель. На этапе 204 форсунки для газообразного топлива активируются, при индикации в соответствии со способом, описанным ниже со ссылкой на фиг. 7. Затем процедура 200 начинается заново.
Если двигатель выключен, процедура 200 переходит на этап 206 для определения, ожидается и(или) запрашивается ли запуск двигателя. Ожидаемый запуск двигателя может представлять собой запуск двигателя, выполнение которого происходит в течение определенного периода на основе текущих условий работы. В одном примере запуск двигателя может быть спрогнозирован при открытии боковой двери со стороны водителя. Другими параметрами, которые могут свидетельствовать о скором запуске двигателя является вставка ключа в замок зажигания, обнаружение присутствия на водительском сиденье и т.д. Кроме того, запрос запуска двигателя может быть определен на основе одного или нескольких параметров. Например, включение зажигания, когда ключ зажигания поворачивается во включенное положение, может свидетельствовать о том, что был запрошен запуск двигателя. Однако возможно использование других механизмов запроса запуска двигателя, например, нажатие пользователем на кнопку запуска двигателя.
Если запуск двигателя не запрашивается или не ожидается, то процедура 200 возвращается в начало. Если запуск ожидается или запрашивается, процедура 200 переходит на этап 208 для определения условий работы. Условия работы, определенные на этапе 208, может включать в себя температуру окружающей среды, температуру двигателя, время после последнего выключения двигателя, барометрическое давление, текущее давление топливной рампы и иных условий. На этапе 210 процедура 200 включает в себя определение того, не ниже ли температура окружающей среды по сравнению с пороговым значением. При низких температурах окружающей среды и(или) двигателя форсунки для газообразного топлива могут быть предрасположены к прилипанию в начале впрыска топлива. Таким образом, если температура ниже порогового значения, форсунки могут работать в циклическом режиме, как показано на этапе 212 и подробнее пояснено ниже со ссылкой на фиг. 5. Если температура не ниже порогового значения, форсунки могут и не работать в циклическом режиме. Вместо этого, дроссельный клапан может быть открыт при запуске двигателя, как показано на этапе 214 и более подробно пояснено ниже со ссылкой на фиг. 3. Дроссельный клапан может открываться автоматически при каждом запуске двигателя, когда температура окружающего воздуха превышает пороговое значение или может открываться при большом перепаде давлений в форсунках во время запуска. Затем процедура 200 начинается заново.
Как было сказано выше, когда форсунки для газообразного топлива испытывают статическое трение при запуске двигателя, форсунки могут начать циклическую работу до запуска двигателя и(или) во время запуска двигателя может быть открыт дроссельный клапан. Хотя форсунки может автоматически работать в циклическом режиме при каждом запуске двигателя, такой режим может привести к задержке прокручивания и(или) впрыску чрезмерного количества топлива во впуск двигателя. Таким образом, форсунки могут циклически работать только в том случае, когда условия указывают на то, что форсунки может быть трудно открыть, например, во время низкой температуры окружающей среды. Для определения того, нужно ли включать циклический режим работы до запуска или нужно ли открывать дроссельный клапан во время запуска двигателя, может быть выполнена оценка температуры окружающей среды. Если температура окружающей среды ниже порогового значения (например, 10°С), форсунки могут циклически работать до запуска двигателя.
Однако если во время процедуры было определено, что температура окружающей среды не опустилась ниже порогового значения, то форсунки не будут работать в циклическом режиме. Если во время последующего запуска в форсунках возникает перепад давлений, то во время запуска двигателя можно открыть дроссельный клапан. На необходимость циклической работы форсунок или открытия дроссельного клапана могут влиять другие факторы. Например, если до запуска двигателя напряжение, доступное для форсунок, является низким, то форсунки могут и не работать в циклическом режиме. В других вариантах воплощения форсунки могут переходить в циклический режим работы автоматически, и если форсунки не открываются во время циклической работы (или не открываются сразу после впрыска топлива), для уменьшения перепада давлений может быть открыт дроссельный клапан. В качестве дополнения или альтернативы, если во время циклической работы не открывается ни одна из форсунок, то напряжение, подаваемое на форсунки, может быть увеличено за счет увеличения скорости генератора переменного тока, запуска генератора переменного тока на полной мощности и(или) снижения потребности двигателя в электроэнергии.
На фиг. 3 показан способ 300 запуска двигателя. Способ 300 может быть выполнен с помощью контроллера двигателя, например, с помощью контроллера 12 с фиг. 1А-1В, в соответствии с сохраненными на нем инструкциями. Способ 300 может быть выполнен во время запуска двигателя, например, двигателя 10, для открытия дроссельного клапана, например, дросселя 162, чтобы облегчить открытие одной или нескольких форсунок для газообразного топлива, например, форсунки 170.
На этапе 302 способ 300 включает в себя определение того, необходимо ли выполнить запуск двигателя. Запрос запуска двигателя может быть обнаружен на основе одного или нескольких параметров. Например, включение зажигания, когда ключ зажигания поворачивается во включенное положение, может свидетельствовать о том, что был запрошен запуск двигателя. Однако возможно использование других механизмов запроса запуска двигателя, например, нажатие пользователем на кнопку запуска двигателя. При отсутствии запроса запуска двигателя, способ 300 возвращается в начало.
При наличии запроса запуска двигателя способ 300 переходит на этап 304, на котором определяется, превышает ли перепад давлений в топливной форсунке пороговое значение. Перепад давлений в топливной форсунке может представлять собой разность между давлением в топливной форсунке и давлением во впускном коллекторе. Примерное значение давления в топливной форсунке может быть определено с помощью измерения давления в топливной рампе (FRP). FRP и(или) MAP может быть определено на основе входного сигнала от датчиков давления, например, от датчиков 102а и 124. Пороговое значение перепада давлений в топливной форсунке может представлять собой соответствующее пороговое значение, когда при давлении в топливной форсунке, превышающем пороговое значение, форсунки для газообразного топлива могут испытывать сложности с открытием. В одном примере приблизительное пороговое значение перепада давлений может быть получено на основе FRP. Другими словами, если FRP превышает пороговое значение, может быть определено, что перепад давлений в форсунке достаточно высок для возникновения статического трения в форсунках. Пороговое значение FRP может представлять собой установленное давление в топливной рампе, например, равное 10 бар. В некоторых вариантах воплощения пороговое значение может быть фиксированным, т.е. пороговое значение не будет меняться в зависимости от условий работы. В других вариантах воплощения пороговое значение может изменяться в зависимости от условий. Например, пороговое значение FRP или перепад давлений может изменяться в зависимости от доступного напряжения в транспортном средстве. Если доступное напряжение является относительно высоким (следовательно, доступна более высокая сила тока, подаваемого на форсунки), пороговое значение FRP может быть выше, чем при относительно низком доступном напряжении. Величина напряжения, которое можно подать на форсунки для газообразного топлива, может быть определена на основе одного или нескольких следующих параметров; температура форсунки, время, прошедшее после остановки двигателя, и скорость вращения двигателя. Другими словами, величина напряжения, которое может быть подано на форсунку, может зависеть от температуры форсунки (высокая температура форсунки увеличивает сопротивление форсунки), время, прошедшее после запуска двигателя (которое может повлиять на потребность транспортного средства в электроэнергии и напряжение, создаваемое генератором переменного тока) и скорости вращения двигателя.
Если перепад давлений в топливной форсунке не превышает пороговое значение, способ 300 переходит на этап 306, на котором происходит регулировка положения дроссельного клапана вне зависимости от перепада давлений в топливной форсунке, например, на основе нужного необходимого расхода воздуха через двигатель. Например, для определения необходимого количества впускного воздуха и, следовательно, топлива, для создания запрашиваемого крутящего момента может быть использована модель заполнения коллектора/цилиндра, при этом для подачи нужного количества воздуха может быть отрегулировано положение дроссельного клапана, На этапе 308 двигатель прокручивается, впрыск топлива завершается после того, как будет определено, что установлено оптимальное положение двигателя и(или) достигнута необходимая скорость вращения двигателя. Затем способ 300 начинается заново.
Однако если перепад давлений в топливной форсунке выше порогового значения, способ 300 переходит на этап 310, на котором открывается дроссельный клапан и происходит прокручивание двигателя. В некоторых вариантах воплощения двигатель может начать прокручиваться и сразу после начала вращения двигателя может отслеживаться давление в топливной рампе. После начала прокручивания двигателя на давление в топливной рампе могут влиять различные факторы. Например, клапан высокого давления, регулирующий поток газообразного топлива из топливного бака в топливную рампу (например, клапан 32 или 36 с фиг. 1В) может быть открыт для обеспечения подачи топлива на рампу, что приведет к увеличению давления в рампе. Кроме того, регулятор может увеличивать давление в рампе при определенных условиях (например, низкое давление в топливном баке или низкая температура окружающей среды). Если FRP превышает пороговое значение после начала прокручивания двигателя, можно открыть дроссельный клапан. В других вариантах воплощения дроссельный клапан может быть открыт до завершения прокручивания двигателя. Например, текущее давление в топливной рампе может быть определено вместе с другими текущими условиями работы (например, температура окружающей среды, атмосферное давление и т.д.). Если ожидаемое давление в топливной рампе может превысить пороговое значение после начала прокручивания двигателя, дроссельный клапан может быть заранее открыт еще до начала прокручивания.
Дроссельный клапан может быть открыт на соответствующую величину. В одном примере дроссельный клапан может широко открыть дроссель для того, чтобы давление во впускном коллекторе быстро стало равным атмосферному давлению. В другом примере дроссельный клапан может быть медленно открыт (например, при медленном увеличении угла дросселя), при этом может контролироваться перепад давлений в топливной форсунке. Как только перепад давлений станет равен или меньше порогового значения или как только MAP достигнет нужного значения (например, станет равно атмосферному давлению), регулировка дроссельного клапана быть прекращена.
На этапе 312 будет определено, достигло ли давление MAP нужного значения. В одном примере нужное давление может быть равно атмосферному давлению. В других примерах нужное давление может представлять собой MAP, которое снижает перепад давлений в топливной форсунке до значения, которое позволяет открыть топливную форсунку. Если MAP не достигло нужного значения, способ 300 возвращается на этап 310, на котором продолжает увеличение степени открытия дросселя и прокручивание двигателя. Если MAP достигло нужного значения, способ 300 переходит на этап 314, на котором заканчивается впрыск газообразного топлива. Завершение процесса впрыска топлива может зависеть от MAP (в этом случае впрыск топлива начинается после того, как MAP достигнет нужного значения), положения двигателя и(или) скорости вращения двигателя. Другими словами, после достижения порогового значения скорости вращения двигателя за счет прокручивания двигателя с помощью стартера и после определения положения двигателя, впрыск топлива начнется при достижении порогового значения для MAP. Для начала впрыска топлива при подаче тока на форсунки открывается одна или несколько форсунок для газообразного топлива. Сила, с которой открывается форсунка, может быть пропорциональна величине тока, подаваемого на форсунку. Форсунка может быть открыта в течение определенного времени, зависящем от величины топлива, которую необходимо впрыснуть.
На этапе 316 определяется, имеется ли падение давления в топливной рампе. Если клапан топливной рампы закрыт, то величина открытия топливной форсунки приведет к снижению давления в топливной рампе во время подачи топлива в цилиндр. Таким образом, падение давления в топливной рампе указывает на то, что форсунка открыта. Таким образом, при обнаружении падения значения FRP, предполагается, что форсунка успешно открылась, а способ 300 переходит на этап 318, на котором происходит регулировка положения дроссельного клапана на основе текущего расхода воздуха. За счет регулировки дроссельного клапана на основе необходимого расхода воздуха дроссельный клапан может быть перемещен в более закрытое положение. Однако во время впрыска топлива с помощью регулятора в топливную рампу может быть направлено некоторое количество топлива. Таким образом, после открытия одной форсунки и клапана топливной рампы для обеспечения подачи топлива в рампу давление в топливной рампе может начать увеличиваться, что приведет к возникновению статического трения в остальных форсунках. Таким образом, дроссельный клапан может удерживаться в открытом положении до тех пор, пока не будут открыты все форсунки, либо может продолжаться регулировка дроссельного клапана на основе давления в топливной рампе, даже после запуска двигателя.
Кроме того, способ 300 может дополнительно включать в себя регулировку крутящего момента на этапе 320 за счет подачи топлива только в некоторые цилиндры, по крайней мере, во время первого цикла работы двигателя. Во время нормальных запусков двигателя (например, во время запусков двигателя, когда давление в топливной рампе не превышает пороговое значение), то дроссельный клапан может быть практически полностью закрыт во время некоторого времени или всего цикла прокручивания двигателя для создания вакуума во впускном коллекторе. Таким образом, в начале впрыска топлива необходимо относительно небольшое количество топлива благодаря небольшому количеству воздуха в цилиндрах. Однако, когда дроссель открывается во время прокручивания, в цилиндрах может находиться большее количество воздуха, следовательно, для поддержания необходимого воздушно-топливного соотношения может быть впрыснуто большее количество топлива. Для регулировки крутящего момента в начале впрыска топлива может быть отрегулирован один или несколько параметров работы. Например, во время первого цикла работы двигателя топливо может поступать только в некоторые цилиндры. После снижения давления в топливной рампе и выполнения регулировки положения дроссельного клапана для поддержания расхода воздуха (и перемещения из открытого состояния), топливо может начать поступать в каждый цилиндр. Во время запуска двигателя могут регулироваться другие параметры, например, момент зажигания.
Также если на этапе 318 падение давления в топливной рампе не было обнаружено, то при наличии возможности увеличения напряжения способ 300 переходит на этап 322, на котором происходит увеличение напряжения, подаваемого в форсунку. Во время прокручивания двигателя доступное напряжение в транспортном средстве может быть относительно низким, поскольку во время работы стартера используется повышенное напряжение. Кроме того, поскольку в двигателе не происходит горение, то генератор переменного тока не создает дополнительное напряжение. Однако при наличии дополнительного напряжения, на форсунку подается более высокий ток, позволяющий увеличить силу, используемую для открытия форсунок. Дополнительное напряжение может быть создано за счет запуска генератора переменного тока транспортного средства на полной мощности или за счет снижения электрической нагрузки на транспортное средство (например, выключив компрессор системы кондиционирования). Затем в способе 300 может начаться контроль падения FRP. Однако в некоторых вариантах воплощения, если дополнительного напряжения нет и(или) если топливные форсунки не открываются, на этапе 324 из топливной форсунки для жидкого топлива может быть впрыснуто жидкое топливо. Если двигатель сконфигурирован таким образом, чтобы работать на более чем одном виде топлива (например, на газообразном топливе и на жидком топливе), топливная форсунка для жидкого топлива может быть активирована для обеспечения подачи топлива, необходимого для запуска двигателя.
Таким образом, способ 300 обеспечивает открытие дросселя во время прокручивания двигателя при запуске двигателя на газообразном топливе. При помощи открытия дросселя во время прокручивания (когда в двигателе не происходит горение) можно увеличить давление во впускном коллекторе, в результате чего произойдет снижение перепада давлений в топливной форсунке. При помощи снижения перепада давлений в топливной форсунке данная форсунка может быть открыта при подаче тока меньшей величины, что облегчит более быстрый и надежный запуск двигателя при подаче газообразного топлива.
На фиг. 4 представлена схема 400, на которой показаны различные параметры работы во время запуска двигателя при использовании газообразного топлива. Например, на схеме 400 показаны различные возможные параметры работы во время выполнения способа с фиг. 3. Параметры работы, представленные на схеме 400, включают в себя состояние запуска двигателя (зажигание включено/выключено), скорость вращения двигателя; положение дроссельного клапана, MAP, FRP и состояние включения форсунки для газообразного топлива. Для каждого параметра работы вдоль горизонтальной оси показано время, а соответствующие значения каждого параметра работы указаны вдоль вертикальной оси.
Перед моментом t1 времени двигатель выключен (соответственно двигатель выключен), на дроссельный клапан не подается питание (частично открыт, например, на 7 градусов), а MAP равно атмосферному давлению. В момент t1 времени обнаруживается включение зажигания, что показано с помощью кривой 402. В результате двигатель начинает вращаться за счет включения стартера (например, при подаче тока на привод стартера), скорость вращения двигателя возрастает до нижней скорости прокручивания, например, до 200 оборотов в минуту (как показано кривой 404). Как показано кривой 406, дроссель остается почти закрытым (например, он открыт на 3 градуса). Из-за того, что двигатель вращается, а дроссельный клапан закрыт, MAP начинает опускается, как показано кривой 408. Из-за подачи топлива в топливную рампу FRP может начать увеличиваться, как показано кривой 410. Например, может открыться клапан, регулирующий поток топлива из топливного бака к регулятору, в результате чего начинается подача топлива.
В момент t2 времени FRP может достичь порогового значения давления, которое в сочетании с низким MAP приводит к тому, что для открытия форсунок для газообразного топлива понадобится более сильный ток. Таким образом, дроссельный клапан может открыться в момент t2 времени. На схеме 400 показано увеличение степени открытия дроссельного клапана до значения, достаточного для того, чтобы MAP стало примерно равным BP, т.е. при низкой скорости вращения двигателя до 17 градусов; однако значение угла открытия дросселя может быть другим. Из-за открытия дросселя может произойти увеличение MAP.
В момент t3 времени MAP достигает необходимого значения (например, атмосферного давления) и становится возможным определение положения двигателя, в результате чего при активации одной или нескольких форсунок для газообразного топлива начинается впрыск газообразного топлива (как показано кривой 412). Активация форсунки, обозначенная в виде кривой 412, представляет собой активацию полного впрыска топлива во всем двигателе. Другими словами, кривая 412 показывает не открытие/закрытие отдельной форсунки, а изображает текущую активацию впрыска топлива. Следует понимать, что каждая форсунка открывается по отдельности в каждом цикле работы двигателя. После начала процесса горения в двигателе скорость вращения двигателя становится выше скорости прокручивания двигателя (например, 200 об/мин) и достигает высокого уровня (например, 1500 об/мин), а затем опускается до скорости холостого хода (например, 800 об/мин). В момент t4 времени обнаруживается падение давления в топливной рампе, что свидетельствует о том, что по крайней мере одна форсунка для газообразного топлива открылась. Подобное падение давления топлива является падением, вызванным переходом от избыточного давления к стандартному отрегулированному давлению. Данное отрегулированное давление может оставаться на уровне, превышающем номинальное значение из-за температуры регулятора или низкого давления в баке. В результате дроссель будет закрыт (или установлен в более закрытое положение, например, вернуться к углу, равному 7 градусам), a MAP опустится. После момента t4 времени положение дросселя будет отрегулировано на основе необходимого расхода воздуха через двигатель.
Таким образом, на схеме 400 будет показан запуск двигателя, происходящий при достижении MAP значения BP. Как только форсунки откроются (а двигатель запустится), крутящий момент двигателя можно будет отрегулировать с помощью дросселирования двигателя, регулировки количества цилиндров, в которые подается топливо и т.д.
Таким образом, на фиг. 3 и 4 показан способ запуска двигателя с помощью газообразного топлива, в котором дроссельный клапан открывается во время или до прокручивания двигателя, чтобы снизить перепад давлений в форсунках для газообразного топлива и облегчить быстрое открытие форсунки. Хотя на фиг. 3 и 4 показано открытие дроссельного клапана, зависящее от перепада давлений в форсунках для газообразного топлива, в некоторых вариантах воплощения при запуске двигателя с помощью газообразного топлива дроссельный клапан может открыться во время прокручивания двигателя вне зависимости от FRP и MAP.
После открытия форсунки для газообразного топлива открыть данную форсунку может быть легче. В настоящем документе изобретатели определили, что при помощи открытия отдельной форсунки три раза, она начинает легче открываться даже в том случае, когда перепад давлений в форсунке остается на относительно высоком уровне. Таким образом, на фиг. 5 показан способ 500 открытия и закрытия форсунки для газообразного топлива перед запуском двигателя. Способ 500 может быть выполнен с помощью контроллера двигателя, например, с помощью контроллера 12, в соответствии с хранящимися на нем инструкциями.
На этапе 502 способа 500 происходит определение того, ожидается ли запуск двигателя. Ожидаемый запуск двигателя может представлять собой запуск двигателя, выполнение которого происходит в течение определенного периода на основе текущих условий работы. В одном примере запуск двигателя может быть спрогнозирован при открытии боковой двери со стороны водителя. Другими параметрами, которые могут свидетельствовать о скором запуске двигателя является вставка ключа в замок зажигания, обнаружение присутствия на водительском сиденье и т.д. Если запуск двигателя не ожидается, способ 500 возвращается в начало. Если запуск двигателя ожидается, способ 500 переходит на этап 504, на котором происходит закрытие клапана рампы для газообразного топлива. Топливо в рампу для газообразного топлива может подаваться из бака для газообразного топлива через регулятор давления. Клапан рампы для газообразного топлива может представлять собой клапан, контролирующий поток топлива из топливного бака в регулятор (например, клапан 32 с фиг. 1В) или может представлять собой клапан, контролирующий поток топлива из регулятора в топливную рампу (например, клапан 36 с фиг. 1В). При закрытии клапана топливной рампы может быть заблокирован поток топлива в рампу. В некоторых вариантах воплощения клапан рампы для газообразного топлива может находиться в закрытом положении до начала запуска двигателя (например, до начала запуска двигателя клапан может находиться в закрытом положении, когда на него не подается ток). Таким образом, этап 504 может включать в себя поддержание клапана рампы для газообразного топлива в закрытом положении.
На этапе 505 доступное напряжение, подаваемое в форсунки, увеличивается. Для увеличения напряжения генератор переменного тока может быть включен на полную мощность в начале прокручивания. На этапе 506 активируется форсунка для газообразного топлива. Форсунка для газообразного топлива может быть активирована за счет подачи на нее тока, который открывает форсунку и позволяет топливу попасть в цилиндр. Однако, поскольку клапан топливной рампы закрыт, то сначала в цилиндр поступает лишь небольшое количество топлива.
На этапе 508 определяется, опустилось ли давление в топливной рампе на пороговую величину. Падение давления в топливной рампе указывает на то, что топливная форсунка открылась. Пороговым значением падения давления в топливной рампе может быть любое значение. В других вариантах оно может быть определенным значением, например, уменьшением давления в топливной рампе на 10% или более. Если падение давления в топливной рампе не обнаруживается, на этапе 508 способа 500 топливная форсунка остается активной. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения, если падение давления в рампе не было обнаружено в течение порогового значения времени, в качестве варианта на этапе 510 дроссельный клапан может быть открыт, что позволит снизить перепад давлений в форсунке, что было пояснено со ссылкой на фиг. 3.
При обнаружении падения давления в топливной рампе способ 500 переходит на этап 512 для деактивации (т.е. закрытия) топливной форсунки. На этапе 514 каждая форсунка работает в циклическом режиме (например, открывается и закрывается), минимальное количество циклов может быть равно, например, трем. На этапе 516 после открытия и закрытия каждой форсунки минимальное количество раз клапан рампы для газообразного топлива открывается для того, чтобы создать давление в топливной рампе. На этапе 518 в ответ на создание давления в топливной рампе и запуск двигателя (например, включение зажигания), прокручивание двигателя начинается за счет активации стартера (например, за счет подачи тока на стартер). Если после запуска не все форсунки смогли открыться, когда двигатель достиг высокой скорости (например 1500-2000 об/мин), то генератор переменного тока может создать максимальную выходную мощность, в результате чего происходит увеличение напряжения, подаваемого на форсунку и открытие всех закрытых форсунок.
Таким образом, в способе 500 форсунки для газообразного топлива открываются и закрываются до подачи тока на стартер, с помощью которого происходит запуск двигателя. За счет открытия форсунок до запуска двигателя форсунки с большей вероятностью откроются в тот момент, когда они будут активироваться во время запуска двигателя. Например, перепад давлений, удерживающий форсунки в закрытом положении, может быть уменьшен за счет открытия форсунок до запуска двигателя. Форсунки могут быть открываться по одной или все одновременно. Однако из-за поочередного открытия форсунок изменение давления в топливной рампе легче обнаружить, за счет чего проще будет убедиться в том, что открылась каждая форсунка.
На фиг. 6 представлена схема 600, на которой показаны различные параметры работы до и во время запуска двигателя в соответствии с настоящим изобретением. Параметры, представленные на схеме 600, могут быть определены во время выполнения способа 500 с фиг. 5. Параметры работы, представленные на схеме 600, включают в себя состояние запуска двигателя, скорость вращения двигателя, положение клапана топливной рампы, FRP и состояние активации для каждой отдельной форсунки для газообразного топлива. Для каждого параметра работы вдоль горизонтальной оси показано время, а соответствующие значения каждого параметра работы указаны вдоль вертикальной оси.
До момента t1 времени двигатель выключен (как показано с помощью кривой 602), и соответственно двигатель выключен (не вращается), как показано кривой 604. Клапан топливной рампы находится в исходном, закрытом положении, когда на него не поступает ток, как показано кривой 606, FRP соответствует исходному давлению (кривая 608), а форсунка для газообразного топлива является неактивной (кривая 610). В момент t1 времени, например, на основе открытия двери транспортного средства и(или) вставке ключа в замок зажигания прогнозируется запуск двигателя. Таким образом, двигатель остается выключенным, как показано с помощью кривых 602 и 604, которые находятся на уровне выключенного положения/нулевой скорости вращения двигателя, при этом кривая 602 после момента t1 времени показана в виде пунктирной линии, указывая на то, что ожидается запуск.
Когда в момент t1 времени прогнозируется запуск двигателя, клапан топливной рампы остается в закрытом положении. В момент t2 времени активируется форсунка для газообразного топлива. Для активации форсунки на нее подается напряжение первого уровня в течение первого значения времени, пока не будет обнаружено падение FRP до момента t3 времени. После падения FRP форсунка будет деактивирована. В моменты t4 и 15 времени форсунка активируется во второй и третий разы соответственно. Дополнительные активации могут включать в себя подачу напряжения второго уровня на форсунку, значение которого ниже по сравнению с первым уровнем, поскольку давление в топливной рампе снизилось, поэтому для открытия форсунки нужна меньшая сила. Кроме того, напряжение может подаваться в течение второго, меньшего времени.
После трех активаций и деактиваций происходит открытие клапана топливной рампы и повторное создание давления в топливной рампе. Как только в рампе будет превышено пороговое значение давления и будет обнаружено включение двигателя, сможет начаться прокручивание двигателя. Например, после открытия клапана топливной рампы в момент t6 времени двигатель может быть прокручен, что приведет к увеличению скорости вращения двигателя. Однако в других вариантах воплощения запрос запуска двигателя может быть обнаружен до выполнения трех циклов работы форсунки. В этом случае запуск двигателя может быть отложен до тех пор, пока форсунки не откроются необходимо число раз. В других вариантах воплощения, если по крайней мере одна форсунка была открыта один раз, давление в топливной рампе может быть снижено до уровня, который позволит открыть остальные форсунки, тогда можно будет запустить двигатель до того, как все форсунки откроются три раза.
На схеме 600 показано, что до начала ожидания запуска двигателя клапан топливной рампы находится в закрытом положении. Однако в некоторых вариантах воплощения клапан топливной рампы может немного открываться в ответ на ожидаемый запуск двигателя или быть открыт при выключенном двигателе, после чего клапан может закрываться, когда будет определено, что форсунки переходят в циклический режим работы, и оставаться закрытым, пока форсунка не выйдет из циклического режима работы. Затем для увеличения давления в топливной рампе после завершения работы форсунки в циклическом режиме и(или) начала прокручивания клапан может быть открыт. Кроме того, на схеме 600 показано состояние активации одной форсунки для газообразного топлива. Другие топливные форсунки в этом же цилиндре или в других цилиндрах могут быть активированы аналогичным образом. Однако после открытия первой форсунки на другие форсунки может быть подано меньшее напряжение. Другие форсунки могут открываться одновременно с первой форсункой или после нее, что позволит точнее сказать, что форсунки были открыты, на основе падения давления в топливной рампе.
В способах 300 и 500, представленных выше со ссылкой на фиг. 3 и 5, описаны процедуры запуска двигателя, работающего на газообразном топливе. Такие двигатели могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы работать более чем на одном виде топлива. Например, двигатель может работать на газообразном и на жидком топливе (например, на бензине). При определенных условиях такие двигатели, работающие на двух видах топлива, могут использовать впрыск только жидкого топлива и переходить на впрыск только газообразного топлива, или работать на жидком и газообразном топливе. При начале работы на газообразном топливе после работы только на жидком топливе форсунки для газообразного топлива могут тяжело открываться. На фиг. 7 показан способ 700 начала впрыска газообразного топлива после впрыска жидкого топлива.
Способ 700 может быть выполнен контроллером двигателя, например, контроллером 12, в ответ на индикацию запуска впрыска газообразного топлива после работы с впрыском жидкого топлива. Газообразное топливо может быть впрыснуто через форсунки для газообразного топлива (например, через форсунки 170 с фиг. 1В), а жидкое топливо может быть впрыснуто через форсунки для жидкого топлива (например, через форсунки 166 с фиг. 1В).
На этапе 702 способ 700 включает в себя определение параметров работы двигателя. Параметры работы двигателя могут быть измерены, оценены или спрогнозированы, они могут включать в себя различные условия работы транспортного средства, например, скорость транспортного средства, а также различные условия работы двигателя, например, скорость вращения двигателя, температуру двигателя, температуру выхлопных газов, уровень наддува, MAP, MAF, запрашиваемый крутящий момент, запрашиваемую мощность и т.д.
На этапе 704 определяется, что двигатель работает с впрыском только жидкого топлива, без впрыска газообразного топлива. Двигатель может использовать впрыск только жидкого топлива, например, при низких нагрузках или при отсутствии газообразного топлива. Работа только на жидком топливе может быть определена на основе условий работы (например, на основе нагрузки на двигатель) или на основе состояния форсунок для газообразного топлива (если форсунки для газообразного топлива не активны, это значит, что используется только жидкое топливо). Если двигатель работает не только на жидком топливе, т.е. если двигатель использует, по крайней мере, некоторое количество газообразного топлива, способ 700 возвращается в начало. Если двигатель работает только на жидком топливе, способ 700 переходит на этап 706, на котором впрыск жидкого топлива поддерживает необходимое воздушно- топливное соотношение.
На этапе 708 определяется, нужно ли выполнить впрыск газообразного топлива. Газообразное топливо может быть впрыснуто, например, при высоких нагрузках или других условиях для того, чтобы контролировать детонацию и(или) снизить потребление бензина. Если впрыск газообразного топлива не нужен, способ 700 переходит на этап 710 для продолжения впрыска жидкого топлива без использования газообразного топлива, а способ 700 возвращается в начало.
При необходимости выполнения впрыска газообразного топлива способ 700 переходит на этап 712 для увеличения уровня напряжения, подаваемого на форсунки для газообразного топлива. Например, контроллер может подать команду транспортному средству для временного перехода при повышенном напряжении. Хотя форсунка может быть предназначена для работы под напряжением в 12 В, она может также работать при повышенном напряжении, например, 15 В, обеспечивающим повышенный ток/поворотную силу для открытия форсунки для газообразного топлива при высоком перепаде давлений. Напряжение транспортного средства может быть увеличено с помощью генератора переменного тока, работающего с полной мощностью, отключения аккумулятора или иных способов. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения перед активацией впрыска газообразного топлива форсунки для газообразного топлива могут перейти в циклический режим работы для снижения сцепления на форсунках, что позволит облегчить открытие форсунок после начала впрыска газообразного топлива. Во время циклической работы форсунок каждая из них может открываться в течение относительно небольшого времени во избежание попадания значительного количества топлива в цилиндры. Кроме того, во время циклической работы клапан топливной рампы может быть закрыт.
На этапе 714 определяется, превышает ли давление в рампе для газообразного топлива (и(или) перепад давлений в форсунках для газообразного топлива) пороговое значение. Пороговое значение FRP может совпадать с пороговым значением FRP, как описано выше со ссылкой на фиг. 3. Пороговое значение может представлять собой давление в топливной рампе, которое вместе с текущим значением MAP создает перепад давлений в форсунке для газообразного топлива, требующее наличия сильного тока для выполнения открытия. Если FRP газообразного топлива не превышает пороговое значение, способ 700 переходит на этап 716 для активации форсунки для газообразного топлива и впрыска газообразного топлива, а способ 700 возвращается в начало.
Если FRP газообразного топлива превышает пороговое значение, способ 700 переходит на этап 718 для регулировки одного или нескольких параметров работы для облегчения открытия форсунки для газообразного топлива. Регулировка одного или нескольких параметров работы может включать в себя открытие дроссельного клапана на этапе 720, как было сказано выше со ссылкой на фиг. 3, для увеличения MAP и снижения перепада давлений в форсунке. Если дроссельный клапан открыт больше, чем нужно для создания необходимого расхода воздуха через двигатель, то для компенсации такой степени открытия дросселя может быть увеличено количество впрыскиваемого топлива, отрегулирован момент зажигания и т.д.
Если двигатель представляет собой двигатель с наддувом или турбонаддувом, активация форсунки для газообразного топлива может быть запущена во время работы с наддувом. Во время создания наддува для двигателя MAP может быть равно или превышать атмосферное давление. Таким образом, перепад давлений в форсунке для газообразного топлива может быть относительно небольшим. Как показано на этапе 722, активация форсунки для газообразного топлива может быть задержана до тех пор, пока двигатель не начнет работать под наддувом. Если для двигателя не создается наддув один или несколько параметров может быть отрегулировано таким образом, чтобы увеличить наддув, например, закрытие перепускного клапана турбонагнетателя.
После регулировки одного или нескольких параметров работы для облегчения работы форсунки для газообразного топлива, способ 700 переходит на этап 724 для активации форсунки для газообразного топлива. После активации топливной форсунки, как только будет открыта топливная форсунка (о чем, например, будет свидетельствовать падение давления в рампе для газообразного топлива), отрегулированный параметр работы можно будет вернуть к предварительно установленному состоянию (например, можно будет закрыть дроссельный клапан, открыть перепускную заслонку), а способ 700 вернется в начало.
Таким образом, системы и способы, описанные в настоящем документе, относятся к способу запуска двигателя. В ответ на ожидаемый запуск двигателя способ может включать в себя циклическую работу одной или нескольких форсунок для газообразного топлива до запуска двигателя, если температуры окружающей среды ниже порогового значения. Если температура окружающей среды не ниже порогового значения, способ включает в себя открытие дроссельного клапана во время прокручивания двигателя.
Циклическая работа одной или нескольких форсунок для газообразного топлива до запуска двигателя может включать в себя подачу тока на одну или несколько форсунок для газообразного топлива до тех пор, пока в топливной рампе не будет определено падение давления. В ответ на падение давления в топливной рампе подача тока на форсунку будет прекращена. После открытия и закрытия каждой форсунки минимальное количество раз двигатель можно будет запустить, подав ток на стартер.
После открытия дроссельного клапана способ может включать в себя подачу команды на открытие форсунки для газообразного топлива после того, как давление в коллекторе достигнет порогового значения. Если после подачи команды на открытие форсунки для газообразного топлива в топливной рампе будет обнаружено падение давления, способ может включать в себя закрытие дроссельного клапана.
Форсунки для газообразного топлива могут циклически работать в том случае, если ток или ожидаемое давление в топливной рампе будет выше порогового значения давления. Аналогичным образом дроссельный клапан может быть открыт во время прокручивания двигателя, только если давление в топливной рампе или перепад давлений в топливной форсунке превысит пороговое значение.
В одном варианте воплощения способ для двигателя включает в себя подачу тока на форсунки для газообразного топлива до подачи тока на стартер двигателя, в ответ на ожидаемый запрос запуска двигателя; и открытие дроссельного клапана двигателя во время прокручивания двигателя с помощью стартера до начала горения.
Следует отметить, что примеры процедур оценки и управления, описанные в настоящем документе, могут быть использованы вместе с различными конфигурациями систем двигателей и(или) транспортных средств. Конкретные процедуры, приведенные в настоящем документе, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки, например, управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и т.д. Также различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а некоторые из них могут быть опущены. Аналогичным образом порядок управления необязательно должен сохраняться для достижения отличительных признаков и преимуществ иллюстративного варианта воплощения, описанного в данном документе, поскольку он был приведен для наглядности и упрощения описания. Одно или несколько представленных действий или функций может быть выполнено несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии. Также описанные действия могут графически представлять собой программный код на машиночитаемом носителе в системе управления двигателем.
Следует понимать, что описанные здесь конфигурации и программы являются примерными по свое сути, и точное их воспроизведение не рассматривается как единственно возможное, так как допускаются различные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитному четырехцилиндровому и другим типам двигателя. Предметом настоящего изобретения являются все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие особенности, функции и/или свойства, описанные выше.