СПОСОБ ДЛЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR FUEL SYSTEM AND FUEL SYSTEM (VARIANTS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка в целом относится к схемам управления для топливного насоса непосредственного впрыска при эксплуатации с низкими рабочими объемами в двигателе внутреннего сгорания.
СУЩНОСТЬ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые системы двигателя транспортного средства, использующие непосредственный впрыск топлива в цилиндре, включают в себя систему подачи топлива, которая имеет многочисленные топливные насосы для выдачи пригодного давления топлива на топливные форсунки. Этот тип топливной системы, непосредственный бензиновый впрыск (GDI), используется для повышения отдачи мощности и диапазона, на котором топливо может подаваться в цилиндр. Топливные форсунки GDI могут требовать топлива под высоким давлением для впрыска, чтобы создавать усиленное распыление для более эффективного сгорания. В качестве одного из примеров, система GDI может использовать насос более низкого давления с электроприводом (то есть, топливоподкачивающий насос) и насос более высокого давления с механическим приводом (то есть, насос непосредственного впрыска), скомпонованный последовательно непосредственно между топливным баком и топливными форсунками вдоль топливного канала. В многих применениях GDI, топливный насос высокого давления может использоваться для повышения давления топлива, подаваемого в топливные форсунки. Топливный насос высокого давления может включать в себя «перепускной клапан» (SV) или регулятор объема топлива (FVR) с соленоидным приводом, который может приводиться в действие для регулирования потока топлива в топливный насос высокого давления. Существуют различные стратегии управления для эксплуатации насосов более высокого и более низкого давления для обеспечения эффективной работы топливной системы и двигателя.
В одном из подходов для управления топливным насосом непосредственного впрыска, показанном Хираки и другими в US 6725837, контроллер выполняет последовательность расчетов для управления топливным насосом непосредственного впрыска и форсунками непосредственного впрыска двигателя. В связанной топливной системе, соленоидный клапан включается и выключается, чтобы запрещать или разрешать топливу поступать в топливный насос непосредственного впрыска, тем самым, меняя производительность насоса. Для достижения целевого объема впрыска топлива насоса в качестве управляемого соленоидным клапаном, длительность времени коррекции рассчитывается на основании характеристик работы насоса и форсунки. В примере, контроллер выявляет рабочее состояние двигателя по многообразию параметров для определения установки момента начала впрыска и целевой длительности времени впрыска. Более того, контроллер рассчитывает установку момента начала подачи и длительность времени подачи топливного насоса непосредственного впрыска на основании параметров. Параметры включают в себя открывание акселератора, угол поворота кривошипа и число оборотов двигателя. Посредством проверки перекрытия между периодом впрыска и периодом подачи насоса, определяются значения, которые используются для нахождения длительности времени коррекции форсунок.
Однако, изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальные проблемы у подхода из US 6725837. Прежде всего, несмотря на то, что Хираку и другие могут обеспечивать управление топливным насосом непосредственного впрыска для диапазона интенсивности подачи топлива от 0% до 100%, как описано, Хираку и другие не принимают меры в ответ на различные проблемы, которые могут возникать при низких интенсивностях подачи топлива, таких как находящиеся в диапазоне от 0% до 15%. Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали, что необходимы стратегии управления, которые в особенности принимают меры в ответ на нестабильность позиционирования и ненадежность, которые могут быть связаны с быстрым включением и отключением соленоидного клапана, когда требуются небольшие объемы прокачки или интенсивности подачи.
Таким образом, в одном из примеров, вышеприведенные проблемы могут быть по меньшей мере частично решены посредством способа для топливной системы, содержащего этапы, на которых:
в ответ на то, что объемная доля захвата топлива находится ниже порогового значения и непосредственный впрыск топлива не требуется,
запитывают током соленоидный перепускной клапан топливного насоса непосредственного впрыска в положении поршня топливного насоса непосредственного впрыска, основанном на требуемом количестве топлива;
удерживают соленоидный перепускной клапан под током в течение заданной угловой длительности или дольше, причем заданная угловая длительность является независимой от положения поршня топливного насоса непосредственного впрыска, при этом, когда запитан током, соленоидный перепускной клапан функционирует как запорный клапан;
обеспечивают течение топлива в камеру сжатия, не позволяя топливу течь в направляющую-распределитель для топлива; и
обесточивают соленоидный перепускной клапан после того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня; и
в ответ на то, что объемная доля захвата топлива находится выше порогового значения и непосредственный впрыск топлива не требуется,
запитывают током соленоидный перепускной клапан до тех пор, пока не достигнуто положение верхней мертвой точки поршня, используя управление с удержанием до верхней мертвой точки, без течения топлива в камеру сжатия и не позволяя топливу течь в направляющую-распределитель для топлива.
Заданная угловая длительность может составлять 10 градусов угла поворота распределительного вала, и при этом заданная угловая длительность дольше, чем угловая длительность, соответствующая управлению с удержанием до верхней мертвой точки для данной объемной доли захвата.
Пороговое значение объемной доли захвата топлива может быть равно 15%, и при этом обесточивание соленоидного перепускного клапана после положения верхней мертвой точки поршня открывает соленоидный перепускной клапан после положения верхней мертвой точки поршня, и при этом управление с удержанием до верхней мертвой точки включает в себя запитывание током соленоидного перепускного клапана до положения верхней мертвой точки поршня, и обесточивание соленоидного перепускного клапана до или в положении верхней мертвой точки поршня.
При этом, положение верхней мертвой точки поршня может включать в себя те случаи, когда поршень поглощает весь рабочий объем камеры сжатия топливного насоса непосредственного впрыска, в которой заключен поршень, и при этом запитывание током соленоидного перепускного клапана с управлением с удержанием до верхней мертвой точки может включать в себя удержание соленоидного перепускного клапана под током дольше, чем заданная угловая длительность.
В дополнительном аспекте, обесточивание соленоидного перепускного клапана после того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня, не оказывает влияния на объемную долю захвата топлива, при этом запитывание током происходит до положения верхней мертвой точки поршня, и при этом удержание включает в себя удержание соленоидного перепускного клапана под током во время положения верхней мертвой точки поршня.
В еще одном аспекте, запитывают током соленоидный перепускной клапан до положения верхней мертвой точки поршня, и при этом запитывание током закрывает соленоидный перепускной клапан до положения верхней мертвой точки поршня, при этом угловая длительность, основанная на положении поршня дольше, чем заданная угловая длительность.
Объектом изобретения является также топливная система, содержащая:
топливный насос непосредственного впрыска, включающий в себя выход, соединенный по текучей среде с направляющей-распределителем для топлива непосредственного впрыска и включающий в себя поршень с принудительным линейным перемещением, чтобы впускать, сжимать и выталкивать топливо;
соленоидный перепускной клапан, соединенный по текучей среде с входом топливного насоса непосредственного впрыска, и при этом, когда запитан током, соленоидный перепускной клапан функционирует как запорный клапан; и
контроллер с машиночитаемыми командами, хранимыми в некратковременной памяти, для:
когда объемная доля захвата топлива находится ниже порогового значения и непосредственный впрыск топлива не требуется контроллером, запитывания током соленоидного перепускного клапана до того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня, удерживания соленоидного перепускного клапана под током в течении или дольше заданной угловой длительности, независимой от положения поршня, и при этом соленоидный перепускной клапан отключается после того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня, и
когда объемная доля захвата топлива находится выше порогового значения и непосредственный впрыск топлива не требуется контроллером, запитывания током соленоидного перепускного клапана до того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня, удерживания соленоидного перепускного клапана под током в течение угловой длительности, основанной на положении поршня, и отключения соленоидного перепускного клапана до или в положении мертвой точки поршня.
Топливная система может дополнительно содержать топливоподкачивающий насос, соединенный по текучей среде с входом топливного насоса непосредственного впрыска через топливную магистраль низкого давления, и при этом отключение включает в себя обесточивание соленоидного перепускного клапана.
Согласно дополнительному аспекту, в топливной системе отключение соленоидного перепускного клапана открывает соленоидный перепускной клапан в открытое положение, предоставляющее топливу возможность течь между камерой сжатия топливного насоса непосредственного впрыска и топливной магистралью низкого давления, и при этом, когда объемная доля захвата топлива находится ниже порогового значения, соленоидный перепускной клапан удерживается под током вплоть до положения верхней мертвой точки поршня.
Согласно еще одному дополнительному аспекту, в топливной системе пороговое значение объемной доли захвата топлива равно 15%, при этом отключение соленоидного перепускного клапана после положения верхней мертвой точки поршня открывает соленоидный перепускной клапан после положения верхней мертвой точки поршня, и при этом, когда объемная доля захвата топлива выше порогового значения, соленоидный перепускной клапан отключается в положении верхней мертвой точки поршня.
Согласно еще одному дополнительному аспекту, в топливной системе положение поршня измеряется датчиком, который выявляет угловое положение ведущего кулачка, выдающего мощность на поршень, и при этом, датчик соединен с контроллером.
Согласно еще одному дополнительному аспекту, в топливной системе контроллер дополнительно дает команду запитывания током и отключения соленоидного перепускного клапана, и при этом заданная угловая длительность дольше, чем угловая длительность, соответствующая управлению с удержанием до верхней мертвой точки для данной объемной доли захвата.
Согласно еще одному дополнительному аспекту, в топливной системе заданная угловая длительность составляет 10 градусов угла поворота распределительного вала, и при этом запитывание током соленоидного перепускного клапана до положения верхней мертвой точки поршня закрывает соленоидный перепускной клапан до положения верхней мертвой точки поршня.
Согласно еще одному дополнительному аспекту, в топливной системе запитывание током соленоидного перепускного клапана включает в себя функционирование соленоидного перепускного клапана как запорный клапан.
Объектом изобретения является также другой вариант топливная системы, содержащей:
топливный насос непосредственного впрыска, включающий в себя выход, соединенный по текучей среде с направляющей-распределителем для топлива непосредственного впрыска и включающий в себя поршень с принудительным линейным перемещением, чтобы впускать, сжимать и выталкивать топливо;
соленоидный перепускной клапан, соединенный по текучей среде с входом топливного насоса непосредственного впрыска, и при этом, когда запитан током, соленоидный перепускной клапан функционирует как запорный клапан; и
контроллер с машиночитаемыми командами, хранимыми в некратковременной памяти, для:
когда объемная доля захвата топлива находится ниже порогового значения и непосредственный впрыск топлива не требуется контроллером, запитывания током соленоидного перепускного клапана до того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня, удерживания соленоидного перепускного клапана под током в течении или дольше заданной угловой длительности, независимой от положения поршня, и при этом соленоидный перепускной клапан отключается после того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня, и при этом топливо течет в камеру сжатия без обеспечения течения топлива в направляющую-распределитель для топлива непосредственного впрыска, и при этом соленоидный перепускной клапан обесточивается после того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня; и
когда объемная доля захвата топлива находится выше порогового значения и непосредственный впрыск топлива не требуется контроллером, запитывания током соленоидного перепускного клапана до того, как достигнуто положение верхней мертвой точки поршня, удерживания соленоидного перепускного клапана под током в течение угловой длительности, основанной на положении поршня, без течения топлива в камеру сжатия и без обеспечения течения топлива в направляющую-распределитель для топлива непосредственного впрыска, и отключения соленоидного перепускного клапана до или в положении верхней мертвой точки поршня.
Согласно дополнительному аспекту, в этой топливной системе контроллер дополнительно выявляет угловое положение ведущего кулачка, который приводит в действие топливный насос непосредственного впрыска, чтобы синхронизировать запитывание током соленоидного перепускного клапана, когда объемная доля захвата топлива находится выше или ниже порогового значения, и непосредственный впрыск топлива не требуется контроллером.
Согласно еще одному дополнительному аспекту, в топливной системе пороговое значение объемной доли захвата топлива равно 15%, и при этом запитывание током соленоидного перепускного клапана закрывает соленоидный перепускной клапан.
Согласно другому дополнительному аспекту, в топливной системе объемная доля захвата топлива составляет 100%, когда соленоидный перепускной клапан запитывается током в закрытое положение одновременно с началом хода сжатия поршня топливного насоса непосредственного впрыска.
Должно быть понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает принципиальную схему примерной топливной системы, соединенной с двигателем.
Фиг. 2 показывает принципиальную схему соленоидного клапана, соединенного с топливным насосом непосредственного впрыска топливной системы по фиг. 1.
Фиг. 3 показывает примерную стратегию управления с удержанием до подачи топливного насоса непосредственного впрыска топливной системы по фиг. 1.
Фиг. 4 графически показывает примерную стратегию управления с минимальным углом запитывания током топливного насоса непосредственного впрыска топливной системы по фиг. 1.
Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа для реализации примерной стратегии управления с минимальным углом запитывания током по фиг. 4.
Фиг. 6 показывает еще один вариант осуществления топливного насоса непосредственного впрыска, который может быть частью топливной системы непосредственного впрыска по фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее подробное описание дает информацию касательно топливного насоса непосредственного впрыска, его связанных топливной системы и системы двигателя и нескольких стратегий управления для регулирования объема и давления топлива у направляющей-распределителя для топлива и топливных форсунок непосредственного впрыска, отправляемых с помощью топливного насоса непосредственного впрыска. Принципиальная схема примерной топливной системы показана на фиг. 1 наряду с тем, что фиг. 2 показывает изображение более крупным планом соленоидного перепускного клапана, соединенного с топливным насосом непосредственного впрыска по фиг. 1. Фиг. 3 показывает стратегию управления с удержанием до подачи или удержанием до верхней мертвой точки для эксплуатации топливного насоса непосредственного впрыска. Фиг. 4 графически показывает примерную стратегию управления с минимальным углом запитывания током для эксплуатации топливного насоса непосредственного впрыска наряду с тем, что фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа, соответствующую стратегии управления по фиг. 4. В заключение, еще один вариант осуществления топливного насоса непосредственного впрыска показан на фиг. 6.
Что касается терминологии, используемой на всем протяжении этого подробного описания, топливный насос более высокого давления или топливный насос непосредственного впрыска, который выдает топливо под давлением в топливные форсунки, могут сокращенно использоваться в качестве насоса DI или HP. Подобным образом, насос более низкого давления (выдающий давление топлива в целом более низкое, чем у насоса DI) или подкачивающий насос, который выдает топливо под давлением из топливного бака в насос DI, может сокращенно использоваться в качестве насоса LP. Смазывание при нулевом потоке (ZFL) может указывать ссылкой на схемы работы насоса непосредственного впрыска, которые включают в себя не прокачивание по существу никакого топлива в направляющую-распределитель для топлива непосредственного впрыска наряду с поддержанием давления в направляющей-распределителе для топлива около постоянного значения или повышением с определенным приращением давления в направляющей-распределителе для топлива. Соленоидный перепускной клапан, который может с помощью электронных устройств запитываться током, чтобы закрываться, и обесточиваться, чтобы открываться (или наоборот), также может указываться ссылкой как регулятор объема топлива, магнитный соленоидный клапан и цифровой входной клапан, в числе других наименований. В зависимости от того, когда перепускной клапан запитывается током во время работы насоса DI, количество топлива может захватываться и сжиматься насосом DI во время хода подачи, при этом, количество топлива может указываться ссылкой как частичный объем захвата, если выражается в качестве доли или десятичной дроби, объем вытесненного топлива или прокачиваемая масса топлива, среди других терминов.
Фиг. 1 показывает топливную систему 150 непосредственного впрыска, соединенную с двигателем 110 внутреннего сгорания, который может быть сконфигурирован в качестве силовой установки для транспортного средства. Двигатель 110 внутреннего сгорания может содержать многочисленные камеры или цилиндры 112 сгорания. Топливо может выдаваться непосредственно в цилиндры 112 через внутрицилиндровые форсунки 120 непосредственного впрыска. Как схематически указано на фиг. 1, двигатель 110 может принимать всасываемый воздух и продукты отработавших газов сожженного топлива. Двигатель 110 может включать в себя пригодный тип двигателя, в том числе, бензиновый или дизельный двигатель.
Топливо может выдаваться в двигатель 110 через форсунки 120 посредством топливной системы, в целом указанной под 150. В этом конкретном примере, топливная система 150 включает в себя бак 152 для хранения топлива для хранения топлива на борту транспортного средства, топливный насос 130 низкого давления (например, топливоподкачивающий насос), топливный насос высокого давления или насос 140 непосредственного впрыска (DI), направляющую-распределитель 158 для топлива и различные топливные каналы 154 и 156. В примере, показанном на фиг. 1, топливный канал 154 несет топливо из насоса 130 низкого давления в насос 140 DI, а топливный канал 156 несет топливо из насоса 140 DI в направляющую-распределитель 158 для топлива. По существу, канал 154 может быть каналом низкого давления наряду с тем, что канал 156 может быть каналом высокого давления.
Направляющая-распределитель 158 для топлива может распределять топливо на каждую из множества топливных форсунок 120. Каждая из множества топливных форсунок 120 может быть расположена в соответствующем цилиндре 112 двигателя 110, из условия чтобы, во время работы топливных форсунок 120, топливо впрыскивалось непосредственно в каждый соответствующий цилиндр 112. В качестве альтернативы (или в дополнение), двигатель 110 может включать в себя топливные форсунки оконного впрыска, расположенные во впускном окне каждого цилиндра, из условия чтобы, во время работы топливных форсунок, топливо подвергалось оконному впрыску во впускное окно каждого цилиндра. В проиллюстрированном варианте осуществления, двигатель 110 включает в себя четыре цилиндра. Однако, будет принято во внимание, что двигатель может включать в себя иное количество цилиндров.
Топливный насос 130 низкого давления может управляться контроллером 170, чтобы выдавать топливо в насос 140 DI через топливный канал 154. Топливный насос 130 низкого давления может быть сконфигурирован в качестве того, что может указываться ссылкой как подкачивающий топливный насос. В качестве одного из примеров, топливный насос 130 низкого давления может включать в себя электродвигатель насоса, посредством чего, повышение давления на насосе и/или объемный расход через насос могут регулироваться посредством изменения электрической мощности, выдаваемой в электродвигатель насоса, тем самым, повышая или понижая частоту вращения электродвигателя. Например, по мере того, как контроллер 170 понижает электрическую мощность, которая выдается на насос 130, объемный расход и/или повышение давления на насосе могут уменьшаться. Повышение объемного расхода и давления на насосе может увеличиваться посредством повышения электрической мощности, которая выдается на насос 130. В качестве одного из примеров, электрическая мощность, подаваемая на электродвигатель насоса низкого давления, может получаться из генератора переменного тока или другого устройства накопления энергии на борту транспортного средства (не показано), в силу чего, система управления может регулировать электрическую нагрузку, которая используется для питания насоса низкого давления. Таким образом, посредством изменения напряжения и/или тока, выдаваемых на топливный насос низкого давления, как указано под 182, интенсивность потока и давление топлива, подаваемого в насос 140 DI и, в конечном счете, в направляющую-распределитель для топлива, могут настраиваться контроллером 170.
Топливный насос 130 низкого давления может быть соединен по текучей среде с запорным клапаном 104, чтобы содействовать подаче топлива и поддерживать давление в топливной магистрали. В частности, запорный клапан 104 включает в себя шариковый и пружинный механизм, который садится и плотно закрывается при заданном перепаде давления, чтобы подавать топливо ниже по потоку. В некоторых вариантах осуществления, система 150 топлива может включать в себя последовательность запорных клапанов, соединенных по текучей среде с топливным насосом 130 низкого давления, чтобы дополнительно препятствовать утечке топлива обратно выше по потоку от клапанов. Запорный клапан 104 соединен по текучей среде с фильтром 106. Фильтр 106 может удалять мелкие загрязнения, которые могут содержаться в топливе, которые потенциально могли бы повреждать компоненты двигателя. Топливо может подаваться из фильтра 106 в топливный насос 140 высокого давления (например, насос DI). Насос 140 DI может повышать давление топлива, подаваемого из топливного фильтра с первого уровня давления, формируемого топливным насосом 130 низкого давления до второго уровня, более высокого, чем первый уровень. Насос 140 DI может подавать топливо под высоким давлением в направляющую-распределитель 158 для топлива через топливную магистраль 156. Насос 140 DI будет подробнее обсужден ниже со ссылкой на фиг. 2. Работа насоса 140 DI может настраиваться на основании условий эксплуатации транспортного средства, для того чтобы давать более эффективную работу топливной системы и двигателя. По существу, способы для эксплуатации насоса 140 DI более высокого давления будут обсуждены подробнее ниже со ссылкой на фиг. 3-5.
Насос 140 DI может управляться контроллером 170, чтобы выдавать топливо в направляющую-распределитель 158 для топлива через топливный канал 156. В качестве одного из неограничивающих примеров, насос 140 DI может использовать клапан-регулятор потока, «перепускной клапан» (SV) или регулятор объема топлива (FVR) с соленоидным приводом, указанный под 202, чтобы давать системе управления возможность менять рабочую объемную производительность насоса у каждого хода насоса. SV 202 может быть отдельным от или частью (то есть, сформированным как целая часть) насоса 140 DI. Насос 10 DI может быть с механическим приводом от двигателя 110 в противоположность топливному насосу низкого давления или подкачивающему топливному насосу 130 с приводом от электродвигателя Плунжер 144 насоса у насоса 140 DI может принимать механическую входную мощность с коленчатого вала или распределительного вала двигателя через кулачок 146. Таким образом, насос 140 DI может эксплуатироваться согласно принципу одноплунжерного насоса с кулачковым приводом. Более того, угловое положение кулачка 146 может оцениваться (то есть, определяться) датчиком, расположенным возле кулачка 146, поддерживающим связь с контроллером 170 через соединение 185. В частности, датчик может измерять угол кулачка 146 измеряемый в градусах, находящийся в диапазоне от 0 до 360 градусов, согласно круговому движению кулачка 146.
Как изображено на фиг. 1, датчик 148 топлива расположен ниже по потоку от подкачивающего топливного насоса 130. Датчик 148 топлива может измерять состав топлива и может работать на основании емкости топлива или количества молей диэлектрической жидкости в пределах его объема считывания. Например, количество этилового спирта (например, жидкого этилового спирта) в топливе может определяться (например, когда используется смешанное спиртовое топливо) на основании емкости топлива. Датчик 148 топлива может быть соединен с контроллером 170 через соединения 149 и использоваться для определения уровня испарения топлива, так как пары топлива имеют меньшее количество молей в объеме считывания, чем жидкое топливо. По существу, испарение топлива может указываться, когда емкость топлива падает. В некоторых рабочих схемах, датчик 148 топлива может использоваться для определения уровня испарения топлива у топлива, из условия чтобы контроллер 170 мог настраивать давление подкачивающего насоса, для того чтобы уменьшать испарение топлива внутри подкачивающего топливного насоса 130.
Кроме того, в некоторых примерах, насос 140 DI может эксплуатироваться в качестве датчика 148 топлива для определения уровня испарения топлива. Например, гидроцилиндр насоса 140 DI формирует заполненный топливом конденсатор. По существу, гидроцилиндр предоставляет насосу 140 DI возможность быть емкостным элементом в датчике состава топлива. В некоторых примерах, гидроцилиндр насоса 140 непосредственного впрыска топлива может быть самой горячей точкой в системе, так что пары топлива формируются там прежде всего. В таком примере, насос 140 DI может использоваться в качестве датчика для выявления испарения топлива, так как испарение топлива может происходить в гидроцилиндре до того, как оно происходит где-нибудь еще в системе.
Как показано на фиг. 1, направляющая-распределитель 158 для топлива включает в себя датчик 162 давления в направляющей-распределителе для топлива для выдачи показания давления в направляющей-распределителе для топлива в контроллер 170. Датчик 164 числа оборотов двигателя может использоваться для выдачи показания числа оборотов двигателя в контроллер 170. Показание числа оборотов двигателя может использоваться, чтобы идентифицировать скорость работы насоса 140 DI, поскольку насос 140 приводится в действие механически двигателем 110, например, через коленчатый вал или распределительный вал. Датчик 166 отработавших газов может использоваться для выдачи показания состава отработавших газов в контроллер 170. В качестве одного из примеров, датчик 166 газов может включать в себя универсальный датчик кислорода отработавших газов (UEGO). Датчик 166 отработавших газов может использоваться в качестве обратной связи контроллером для настройки количества топлива, которое подается в двигатель через форсунки 120. Таким образом, контроллер 170 может регулировать топливо/воздушное соотношение, подаваемое в двигатель, предписанным заданным значением.
Более того, контроллер 170 может принимать иные сигналы параметров двигателя/отработавших газов с других датчиков двигателя, такие как температура охлаждающей жидкости двигателя, число оборотов двигателя, положение дросселя, абсолютное давление в коллекторе, температура устройства снижения токсичности выбросов, и т. д. Кроме того еще, контроллер 170 может обеспечивать управление с обратной связью на основании сигналов, принимаемых с датчика 148 топлива, датчика 162 давления и датчика 164 числа оборотов двигателя, в числе прочих. Например, контроллер 170 может отправлять сигналы для настройки уровня тока, скорости линейного нарастания тока, длительности импульса соленоидного клапана 202 (SV) насоса 140 DI, и тому подобного, через соединение 184, чтобы настраивать работу насоса 140 DI. К тому же, контроллер 170 может отправлять сигналы для настройки заданного значения давления топлива регулятора давления топлива и/или величины и/или временных характеристик впрыска топлива на основании сигналов с датчика 148 топлива, датчика 162 давления, датчика 164 числа оборотов двигателя, и тому подобного.
Контроллер 170 может по отдельности приводить в действие каждую из форсунок 120 через формирователь 122 впрыска топлива. Контроллер 170, формирователь 122 и другие пригодные контроллеры системы двигателя могут составлять систему управления. Несмотря на то, что формирователь 122 показан внешним по отношению к контроллеру 170, в других примерах, контроллер 170 может включать в себя формирователь 122 или может быть выполнен с возможностью обеспечивать функциональные возможности формирователя 122. Контроллер 170, в этом конкретном примере, включает в себя электронный блок управления, содержащий одно или более из устройства 172 ввода/вывода, центральное процессорное устройство 174 (ЦПУ, CPU), постоянное запоминающее устройство 176 (ПЗУ, ROM), оперативное запоминающее устройство 177 (ОЗУ, RAM) 177 и дежурную память 178 (KAM). ПЗУ 176 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими некратковременные команды, исполняемые процессором 174 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Как показано, топливная система 150 непосредственного впрыска является безвозвратной топливной системой и может быть механической безвозвратной топливной системой (MRFS) или электронной безвозвратной топливной системой (ERFS). В случае MRFS, давление в направляющей-распределителе для топлива может регулироваться с помощью регулятора давления (не показан), расположенного в топливном баке 152. В ERFS, датчик 162 давления может быть установлен на направляющей-распределителе 158 для топлива, чтобы измерять давление в направляющей-распределителе для топлива относительно давления в коллекторе. Сигнал с датчика 162 давления может подаваться обратно в контроллер 170, который управляет формирователем 122, формирователь 122 модулирует напряжение у насоса 140 DI для подачи правильных давления и интенсивности потока топлива на форсунки.
Хотя и не показано на фиг. 1, в других примерах, топливная система 150 непосредственного впрыска может включать в себя обратную магистраль, в силу чего, избыточное топливо из двигателя возвращается через регулятор давления топлива в топливный бак с помощью обратной магистрали. Регулятор давления топлива может быть соединен в ряд с обратной магистралью, чтобы регулировать топливо, подаваемое в направляющую-распределитель 158 для топлива на давлении установленного значения. Для регулирования давления топлива на установленном значении, регулятор давления топлива может возвращать избыточное топливо в топливный бак 152 через обратную магистраль. Будет принято во внимание, что работа регулятора давления топлива может настраиваться, чтобы изменять установленное значение давления топлива для приспосабливания к условиям эксплуатации.
Фиг. 2 показывает пример насоса 140 DI. Насос 140 DI подает топливо в двигатель с помощью ходов впуска и подачи насоса у топлива, подаваемого в направляющую-распределитель 158 для топлива. Топливный насос 140 DI включает в себя выход, соединенный по текучей среде с направляющей-распределителем 158 для топлива непосредственного впрыска. Как видно, насос включает в себя поршень 144 с принудительным линейным перемещением, чтобы впускать, сжимать и выталкивать топливо. Более того, соленоидный перепускной клапан 202 соединен по текучей среде с входом топливного насоса непосредственного впрыска. Контроллер 170 может включать в себя машиночитаемые команды, хранимые в некратковременной памяти, для приведения в исполнение различных схем управления.
Когда SV 202 не под током, входной клапан 208 удерживается открытым, и прокачка не может происходить. Когда под током, SV 202 принимает положение, так что входной клапан 208 функционирует в качестве запорного клапана. В зависимости от временных характеристик этого события, заданная величина объемной производительности насоса используется для выталкивания заданного объема топлива в направляющую-распределитель для топлива, таким образом, он функционирует в качестве регулятора объема топлива. По существу, угловая установка момента втягивания соленоида может регулировать действующую объемную производительность насоса. Более того, прикладывание тока соленоида может оказывать влияние на шум насоса. Соленоидный клапан 202, также проиллюстрированный на фиг. 1, включает в себя соленоиды 206, которые могут быть электрически возбуждаться контроллером 170, чтобы вытягивать входной клапан 204 из соленоидов в направлении запорного клапана 208, чтобы закрывать SV 202. В частности, контроллер 170 может отправлять сигнал насоса, который может модулироваться, чтобы настраивать рабочее состояние (например, открывать или запирать клапан) SV 202. Модуляция сигнала насоса может включать в себя настройку уровня тока, скорость изменения тока, длительность импульса, рабочий цикл или другой параметр модуляции. Кроме того, входной клапан 204 может быть смещен, из условия чтобы, при становлении соленоидов 206 обесточенными, входной клапан 204 может перемещаться в направлении соленоидов до соприкосновения с пластиной 210 входного клапана, чтобы располагаться в открытом состоянии, в котором топливо может течь в напорную камеру 212 насоса 140 DI. Работа плунжера 144 насоса 140 DI может повышать давление топлива в напорной камере 212. По достижению установленного значения давления, топливо может течь через выходной клапан 216 в направляющую-распределитель 158 для топлива.
Как представлено выше, топливные насосы непосредственного впрыска или высокого давления могут быть поршневыми насосами, которые управляются, чтобы сжимать долю своего полного рабочего объема посредством изменения установки момента закрывания соленоидного перепускного клапана. По существу, весь диапазон объемных долей прокачки может выдаваться в направляющую-распределитель для топлива непосредственного впрыска и форсунки непосредственного впрыска в зависимости от того, когда перепускной клапан запитывается током и обесточивается. Было обнаружено, что, для прокачки относительно небольших рабочих объемов, то есть, когда перепускной клапан запитывается током, чтобы прекращать поток топлива из камеры сжатия насоса DI и в направлении входа насоса, вскоре после верхней мертвой точки (ВМТ) поршня насоса, дозирование топлива становится подверженным изменчивости. Эта изменчивость может происходить от наличия нескольких градусов неопределенности положения поршня насоса (например, ±10° угла поворота коленчатого вала). Верхняя мертвая точка может указывать ссылкой на то, когда поршень насоса достигает максимальной высоты в камере сжатия насоса. Эта изменчивость может оказывать неблагоприятное влияние на стратегии управления для эксплуатации насоса DI, а также приводить к неэффективной работе насоса и топливной системы, поскольку управление может зависеть от точного дозирования топлива. По существу, существуют многочисленные стратегии управления для насоса DI, которые стремятся эксплуатировать насос DI вне диапазона небольших рабочих объемов насоса или небольших объемов захвата.
Фиг. 3 показывает примерную рабочую последовательность 300 насоса 140 DI, которая также может указываться ссылкой как стратегия управления с удержанием до ВМТ. В целом, стратегии управления с удержанием до ВМТ применяются к меньшим объемам захвата, таким как находящиеся в диапазоне от 0 до 0,15 (от 0% до 15%). В частности, последовательность 300 показывает работу насоса 140 DI во время ходов впуска и подачи у топлива, подаваемого в направляющую-распределитель 158 для топлива. Каждый из проиллюстрированных моментов (например, 310, 320, 330 и 340) последовательности 300 показывает события или изменения рабочего эксплуатационного состояния насоса 140 DI. Временная диаграмма 302 сигналов показывает положение SV насоса, сигнал 360 прикладываемого напряжения SV для управления впуском топлива в насос 140 DI, и ток 370 SV, являющийся результатом сигнала 360 прикладываемого напряжения.
На 310, начиная с момента A времени, насос DI может начинать ход впуска, в то время как поршень 144, расположенный в верхней мертвой точке (ВМТ, TDC), выталкивается наружу из напорной камеры 212, и прикладываемое напряжение 360 SV (или прикладываемое напряжение срабатывания) находится на рабочем цикле 0% (GND), в то время как входной клапан 204 открыт, предоставляя топливу возможность поступать в напорную камеру 212. Затем, во время 320, начиная в момент B времени, плунжер 144 достигает нижней мертвой точки (НМТ, BDC) и втягивается в напорную камеру 212.
Положение верхней мертвой точки поршня 144 включает в себя те случаи, когда поршень 144 находится в верхнем положении, чтобы поглощать весь рабочий объем камеры 212 сжатия топливного насоса 140 DI. Подобным образом, положение нижней мертвой точки поршня 144 включает в себя те случаи, когда поршень 144 находится в нижнем положении для доведения до максимума рабочего объема камеры 212 сжатия.
В подготовке к подаче топлива, инициируется импульс 362 срабатывания прикладываемого напряжения 360 SV, чтобы закрывать входной клапан 204. В ответ на импульс 362 срабатывания, ток 370 соленоида начинает увеличиваться, закрывая входной клапан 204. Во время импульса 362 срабатывания, сигнал прикладываемого напряжения 360 SV может иметь значение рабочего цикла 100%, однако, сигнал прикладываемого напряжения 360 SV также может быть меньшим, чем рабочий цикл 100%. Более того, длительность импульса 362 срабатывания, уровень импульса рабочего цикла и профиль импульса рабочего цикла (например, прямоугольный профиль, профиль линейного изменения, и тому подобное) могут настраиваться соответствующими SV, топливной системе, условиям эксплуатации двигателя, и тому подобному, для того чтобы уменьшать ток и длительность срабатывания, тем самым уменьшая шум, вибрацию и неплавность движения (NVH) во время впрыска топлива. Посредством управления уровнем тока срабатывания, длительностью тока срабатывания или профилем тока срабатывания, может регулироваться взаимодействие между якорем соленоида и входным клапаном 204 насоса DI. Также показано во время 320, некоторое количество топлива в напорной камере 212 может выталкиваться через входной клапан 204 до того, как входной клапан 204 полностью закрывается, в то время как плунжер 144 втягивается из НМТ.
В момент C времени (момент 330), входной клапан 204 полностью закрывается в ответ на импульс срабатывания прикладываемого напряжения SV и увеличение тока 370 соленоида. Более того, выходной клапан 216 открывается, предоставляя возможность для впрыска топлива из напорной камеры 212 в направляющую-распределитель 158 для топлива. После момента C времени во время 340, прикладываемое напряжение 360 срабатывания SV может быть установлен в сигнал 364 удержания рабочего цикла приблизительно 25%, чтобы давать команду тока 370 удержания соленоида, для того чтобы поддерживать входной клапан 204 в закрытом положении во время подачи топлива. В конце рабочего цикла тока удержания, который совпадает с моментом A1 времени, прикладываемое к SV напряжение понижается до земли (GND), снижая ток 370 соленоида и открывая входной клапан 204 (наряду с закрыванием выходного клапана 216), чтобы начинать новую фазу впуска топлива. Более того, уровень относительной длительности включения и длительность сигнала удерживающего сигнала 364 могут настраиваться, для того чтобы инициировать определенные результаты, такие как уменьшение тока соленоида и NVH.
По завершению 340, когда удерживающий сигнал 364 заканчивается, так что приложенное к SV напряжение понижается до земли (GND), открывание входного клапана 204 может происходить совпадающим с положением верхней мертвой точки поршня 144, как показано на 310. Поэтому, перепускной клапан 202 удерживается в закрытом положении до тех пор, пока не достигнута ВМТ, что известно в качестве стратегии управления с удерживанием до ВМТ. Дополнительно, как видно на фиг. 3, момент C времени (момент 330) может возникать где угодно между моментом B времени, когда поршень 144 достигает положения НМТ, и моментом A1 времени, когда поршень 144 вновь достигает положения ВМТ, чтобы завершать цикл насоса и начинать следующий цикл (состоящий из ходов впуска и подачи). В частности, входной клапан 204 может полностью закрываться в любой момент между положениями НМТ и ВМТ, тем самым, регулируя количество топлива, которое прокачивается насосом 140 DI. Как упомянуто ранее, количество топлива может указываться ссылкой как частичный объем захвата или частичным прокачиваемым рабочим объемом, который может быть выражен в качестве десятичной дроби или процентного отношения. Например, объемная доля захвата равна 100%, когда соленоидный перепускной клапан запитывается током в закрытое положение одновременно с началом хода сжатия поршня топливного насоса непосредственного впрыска.
Отмечено, что, для больших объемов захвата, давление, присутствующее в камере 212 во время хода подачи (когда поршень 144 перемещается из НМТ в ВМТ), может удерживать SV 202 закрытым до ВМТ по умолчанию, не запитывая током SV 202. Однако, для меньших объемов захвата, может быть желательно использовать ток соленоида для удерживания SV 202 до ВМТ, как показано на фиг. 3. Причина для этого состоит в том, что может не быть достаточно высокого давления, присутствующего в камере 212 для удерживания SV 202 закрытым, когда указываются командой относительно меньшие объемы захвата. По существу, вследствие неопределенности включения соленоида, желательно удерживать SV 202 закрытым электрической силой до ВМТ, чтобы избегать выпускания до ВМТ поршня 144.
Более того, запитывание током и обесточивание перепускного клапана 202 может управляться контроллером 170 на основании углового положения кулачка 146, принимаемого через соединение 185. Другими словами, SV 202 может управляться (то есть, включаться и отключаться) синхронно с угловым положением кулачка 146. Угловое положение кулачка 146 может соответствовать линейному положению поршня 144, то есть, когда поршень 144 находится в ВМТ или НМТ или любом другом положении между ними. Таким образом, приложенное напряжение (например, запитывание током) у SV 202 для открывания и закрывания клапана 204 может возникать между НМТ и ВМТ поршня 144. К тому же, согласно представленной стратегии удержания до ВМТ, клапан 204 может удерживаться открытым до тех пор, пока вновь не достигнуто положение ВМТ в момент A1 времени. Например, если SV 202 запитан током 60% на протяжении хода подачи поршня 144 (между B и A1), то 60% топлива в камере 212 может выталкиваться через SV 202 наряду с тем, что оставшиеся 40% топлива сжимаются и направляются через запорный клапан 216 и в направляющую-распределитель для топлива непосредственного впрыска. По поршню 144, заканчивающему ход подачи в положении ВМТ, SV 202 затем отключается согласно стратегии 300 удерживания до ВМТ.
Стратегии управления, которые эксплуатируют насос DI за пределами небольших рабочих объемов, могут не быть совместимыми, когда требуются низкие рабочие объемы. Например, стратегия смазывания при нулевом потоке может указываться командой, когда непосредственный впрыск топлива не требуется (например, не запрошен контроллером 170). Когда непосредственный впрыск прекращается, давлению в направляющей-распределителе для топлива желательно оставаться на почти постоянном уровне. По существу, перепускной клапан может отключаться в открытое положение, чтобы предоставлять топливу возможность свободно входить и выходить из камеры сжатия насоса, поэтому, топливо не прокачивается в направляющую-распределитель для топлива. Всегда выведенный из работы перепускной клапан соответствует 0% объема захвата, то есть, захватываемому объему 0 или рабочему объему 0. По существу, смазывание и охлаждение насоса DI могут уменьшаться, в то время как топливо не сжимается, тем самым, приводя к ухудшению характеристик насоса. Поэтому, согласно способам ZFL, может быть полезно запитывать током перепускной клапан для прокачки небольшого количества топлива, когда непосредственный впрыск топлива не запрошен. По существу, работа насоса DI может настраиваться, чтобы поддерживать давление на выходе насоса DI на или ниже давления в направляющей-распределителе для топлива у направляющей-распределителя для топлива непосредственного впрыска, тем самым, проталкивая топливо за область контакта поршень-цилиндр насоса DI. Посредством поддержания выходного давления насоса DI чуть-чуть ниже давления в направляющей-распределителе для топлива, не предоставляя топливу возможность вытекать из выхода насоса DI в направляющую-распределитель для топлива, насос DI может поддерживаться смазываемым, тем самым, уменьшая ухудшение характеристик насоса. Эта обычная работа может указываться ссылкой как смазывание при нулевом потоке (ZFL).
Реализация схем управления ZFL может проявляться в качестве минимальных команд прокачки DI, то есть, выдачи команд объемов захвата только выше определенного порогового значения, такого как 0,1 или 10%. Минимальная команда прокачки DI может меняться в зависимости от давления в направляющей-распределителе для топлива и изучаться во время работы двигателя и насоса, чтобы компенсировать ошибку считывания положения поршня или другие факторы. По существу, что касается схем управления ZFL, соленоидный клапан 202 может неизменно запитываться током раньше положения ВМТ поршня 144. Более того, по командам прокачки между 0 и командой ZFL для конкретного давления в направляющей-распределителе для топлива, топливо может не направляться в направляющую-распределитель 158 для топлива (объемный расход 0). Выдача команды объема захвата ZFL может доводить до максимума давление в камере 212 наряду с отсутствием направления топлива в направляющую-распределитель 158 для топлива, когда непосредственный впрыск не запрошен. Это может повышать смазывание области контакта поршня-цилиндра насоса 140 DI.
Поэтому, что касается рабочих схем, таких как смазывание при нулевом потоке и другие, которые используют небольшие рабочие объемы топлива, изобретатели в материалах настоящей заявки осознали, что необходима стратегия управления, которая надежно и точно управляет перепускным клапаном для небольших частичных объемов захвата. В контексте этого раскрытия, как упомянуто ранее, небольшие частичные объемы захвата могут находиться в диапазоне от около 0 до 0,15 (от 0% до 15%). Согласно стратегиям управления насосом DI, таким как стратегия 300 по фиг. 3, выдача команды небольших частичных объемов захвата включает в себя включение SV 202 около положения ВМТ поршня 144. Наглядно, со ссылкой на фиг. 3, выдача команды небольших объемов захвата смещает момент C времени и момент 330 ближе к моменту A1 времени. В зависимости от частоты вращения кулачка 146, а потому, линейной скорости поршня 144, запитывание током и обесточивание SV 202 для закрывания и открывания клапана 204 может происходить за малый период времени. Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали, что выдача команды небольших частичных объемов захвата согласно стратегии 300 управления с удержанием до ВМТ может приводить к ненадежному приведению в действие SV 202. Ненадежное и нестабильное по позиционированию поведение соленоидного клапана может приводить к неэффективной работе насоса DI.
Изобретатели в материалах настоящей заявки предложили, чтобы, вместо выдачи команды вывода из работы SV 202 на основании положения ВМТ согласно стратегии 300 управления во время небольших объемов захвата, SV 202 могла даваться команда оставаться под током или «включенным» в продолжение минимального угла. Другими словами, когда требуемый объем захвата находится ниже порогового значения, соленоидный перепускной клапан запитывается током на минимальную угловую длительность, независящую от положения ВМТ. По существу, минимальная угловая длительность может продолжаться за положение ВМТ, тем самым, питая током SV 202 после ВМТ, в противоположность стратегиям управления с удерживанием до ВМТ. Наоборот, когда требуемый объем захвата насоса DI находится выше порогового значения, тогда перепускной клапан запитывается током только на угловую длительность, основанную на положении ВМТ или другой схеме управления. Угловая длительность указывает ссылкой на время, чтобы кулачок 146 поворачивался в положение, которое соответствует некоторому количеству градусов, такому как 15 или 25 градусов. Таким образом, насос 140 DI может управляться согласно стратегии 300 управления с удержанием до ВМТ, когда объем захвата находится выше порогового значения, и управляться согласно предложенной стратегии с минимальным углом ниже порогового значения.
Фиг. 4 показывает примерную временную диаграмму 400 для стратегии управления с минимальным углом запитывания током для эксплуатации насоса DI согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Горизонтальная ось для диаграммы 400 означает время наряду с тем, что вертикальные оси меняются согласно параметру. Временная диаграмма 400 показывает графики для положения 410 насоса, положения 420 соленоидного клапана и углового положения кулачка. Подобно фиг. 3, положение 410 насоса может отличаться от положений верхней мертвой точки и нижней мертвой точки поршня 144. Ради простоты, вместо показа прикладываемых к соленоидному клапану напряжения и тока, положение 420 соленоидного клапана показано на фиг. 4, которое может быть открытым или закрытым. Открытое положение возникает, когда напряжение не приложено к SV 202 (обесточенному или выведенному из работы) наряду с тем, что закрытое положение возникает, когда напряжение прикладывается к SV 202 (под током или введенному в действие). Несмотря на то, что, в реальности, переходы из открытого и закрытого положений происходят за конечное время, то есть, время для переключения между открытым и закрытым положениями клапана 204, переходы показаны в качестве происходящих мгновенно на фиг. 4. В заключение, угловое положение 430 кулачка меняется с 0 градусов до 180 градусов, при этом, 0 градусов соответствует НМТ, а 180 соответствует ВМТ. Поскольку кулачок 146 вращается непрерывно, его положение, в качестве измеряемого датчиком, может колебаться между 0 и 180 градусов, где кулачок 146 выполняет полный цикл каждые 360 градусов. Вновь, минимальная угловая длительность может указывать ссылкой на количество градусов поворота кулачка 146 (и присоединенного распределительного вала двигателя), на котором основана включение SV 202.
Отмечено, что, в некоторых примерах, полный цикл кулачка 146 может соответствовать полному циклу насоса DI, состоящему из ходов впуска и подачи, как показано на фиг. 4. Другие отношения циклов кулачка к циклам насоса DI могут быть возможны, тем временем, оставаясь в пределах объема настоящего раскрытия. Более того, несмотря на то, что графики положения 410 насоса и углового положения 430 кулачка показаны в качестве прямых линий, графики могут демонстрировать в большей степени колебательное действие. Ради простоты, прямые линии используются на фиг. 4, несмотря на то, что понятно, что возможны другие профили графика. В заключение, предполагается, что двигатель и кулачок 146 являются вращающимися на по существу постоянных скоростях на всем протяжении показанного времени, поскольку кажется, что угол наклона углового положения 430 кулачка остается по существу идентичным на фиг. 4.
Начиная с момента t1 времени, поршень 144 может находиться в положении НМТ согласно положению 0 градусов кулачка 146. В это время, соленоидный клапан 202 открыт (выведен из работы), чтобы предоставлять топливу возможность течь в и из камеры 212. После момента t1 времени, может начинаться ход подачи насоса DI, при этом, между моментами t1 и t2 времени, топливо выталкивается поршнем 144 в обратном направлении через клапан 202 в топливную магистраль 154 низкого давления в направлении подкачивающего насоса 130. Время, истекшее между моментами t1 и t2 времени может соответствовать топливу, уходящему из камеры 212, согласно командному (требуемому) объему захвата. В t2, соленоидный перепускной клапан 202 может запитываться током в закрытое положение, при этом, по существу предотвращено протекание топлива через клапан 204. Между закрыванием клапана 204 и положением 433 ВМТ, оставшееся топливо в камере 212 находится под давлением и направляется через выходной запорный клапан 216. Согласно командному небольшому частичному объему захвата, объем топлива, находящегося под давлением, между моментом t2 времени и положением 433 ВМТ, может быть ниже порогового значения 15% (0,15) в некоторых примерах.
Когда достигнуто положение 433 ВМТ, вместо прекращения подавать напряжение на SV 202, как происходит в стратегии 300 управления с удержанием до ВМТ, SV 202 остается под током после положения 433 ВМТ. SV 202 затем отключается в момент t3 времени после того, как истекла временная длительность T1, соответствующая угловой длительности кулачка 146. В некоторых примерах, угловая длительность составляет 10 градусов угла поворота распределительного вала. После того, как истекла временная (угловая) длительность T1, и в момент t3 времени, SV 202 отключается (приложенное напряжение и результирующий ток прекращаются), поршень 144 продолжает движение в положение ВМТ по мере того, как приводится в движение кулачком 146 до тех пор, пока положение ВМТ не достигнуто в момент t4 времени. Другой ход подачи насоса 140 DI может начинаться в момент t4 времени, сопровождаемый следующим ходом впуска, при этом, SV 202 вновь удерживается закрытым дольше, чем когда поршень 144 достигает положения 434 ВМТ. В частности, к SV 202 прикладывается напряжение между моментами t4 и t5 времени в течение длительности T2. До тех пор, пока командный объем захвата находится ниже порогового значения, такого как 15%, в таком случае, циклы насоса DI могут продолжаться с повторением согласно временной диаграмме 400 для стратегии управления с минимальным временем.
Отмечено, что временные/угловые длительности T1 и T2 могут быть одинаковыми (10 градусов угла поворота распределительного вала) на фиг. 4, но, в других примерах, могут быть разными, чтобы удовлетворять меняющимся условиям топливной системы, таким как частота вращения кулачка и скорость работы насоса. Более того, как упомянуто ранее, цикл насоса DI может состоять из одного хода впуска и одного хода выпуска. Со ссылкой на фиг. 4, ход подачи происходит между моментом t1 времени и положением 433 ВМТ наряду с тем, что другой ход подачи происходит между моментом t4 времени и положением 434 ВМТ. Ход впуска происходит между положением 433 ВМТ и моментом t4 времени. К тому же, в некоторых примерах, SV 202 может отключаться после того, как истекла временная длительность T1 или T2. Например, SV 202 может отключаться через 15 градусов угла поворота распределительного вала вместо 10 градусов угла поворота распределительного вала. Другими словами, момент t3 времени может возникать позже, чем интервал, показанный длительностью T1, наряду с тем, что момент t6 времени может возникать позже, чем интервал, показанный длительностью T2. Временная длительность может быть большей, тем временем, не оказывая неблагоприятного влияния на впуск топлива в течение последующего хода впуска насоса. Другими словами, вывод из работы соленоидного перепускного клапана 202 после того, как достигнуто положение ВМТ, может не оказывать влияния на объемную долю захвата топлива. В еще одном примере, минимальная угловая длительность может иметь значение 25 градусов. В этом примере, 15 градусов для включения SV 202 могут наблюдаться до положения ВМТ поршня насоса наряду с тем, что оставшиеся 10 градусов наблюдаются после положения ВМТ поршня насоса. Может быть видно, что другие угловые длительности и соответствующее время включения SV 202 могут быть возможны, тем временем, оставаясь в пределах объема настоящего раскрытия.
Подводя итог вышесказанному, представленная стратегия управления с минимальным углом запитывания током может поддерживать соленоидный клапан 202 всегда под током в течение по меньшей мере угловой длительности. Что касается меньших объемов захвата, это включает в себя запитывание током SV 202 после положения ВМТ поршня насоса. Например, запитывание током SV 202 на по меньшей мере 25 градусов в качестве минимальной угловой длительности может продлевать время включения соленоидного клапана за положение ВМТ для меньших объемов захвата. Понятно, что, если были выданы большие команды прокачки, такие как большие, чем 15%, то угловая длительность может предоставлять SV 202 возможность обесточиваться раньше положения ВМТ. Возможны другие подобные сценарии.
Фиг. 5 показывает общий способ 500 эксплуатации для реализации стратегии управления с минимальным углом запитывания током, как пояснено со ссылкой на фиг. 4. В этом контексте, стратегия управления с минимальным углом указывает ссылкой на запитывание током соленоидного перепускного клапана на некоторую угловую длительность, независимую от положения поршня 144 насоса, в частности, положения ВМТ. Со ссылкой на фиг. 5, на 501, может определяться ряд условий эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации, например, включают в себя число оборотов двигателя, минимальную угловую длительность, командный частичный объем захвата, как поясненный ниже, состав и температуру топлива, потребность в топливе двигателя, требуемый водителем крутящий момент и температуру двигателя. Условия эксплуатации могут быть полезны для эксплуатации топливной системы и обеспечения эффективной работы подкачивающего насоса и насоса DI. По определению условий эксплуатации, на 502, способ включает в себя выбор порогового частичного объема захвата топлива или другой текучей среды, прокачиваемой через топливную систему. В одном из примеров, пороговое значение может определяться автоматически контроллером 170 в реальном времени с изменением условий двигателя. Как изложено ранее, пороговая объемная доля захвата может выбираться на основании того, когда начинает ухудшаться стабильное и надежное поведение соленоидного перепускного клапана.
Затем, на 503, способ включает в себя определение, является ли командная объемная доля захвата меньшей, чем пороговая объемная доля захвата. Командный объем захвата может быть требуемым объемом захвата, определяемым контроллером 170, который принимает некоторое количество переменных для расчета командного объема захвата. Например, во время вышеупомянутой схемы смазывания с нулевым потоком, когда непосредственный впрыск не запрошен, но требуется смазывание насоса, 5% объема захвата может указываться командой из контроллера 170, при этом, команда реализуется прикладыванием напряжения к SV 202. Если командный объем захвата является меньшим, чем пороговый объем захвата, то, на 504, контроллер 170 направляет напряжение для запитывания током соленоидного перепускного клапана 202 на минимальную угловую длительность, которая, в многих случаях, может запитывать током SV 202 после положения ВМТ. В еще одном примере, SV 202 может запитываться током на дольше, чем минимальная угловая длительность. Минимальная угловая длительность является независящей от линейного положения поршня 144 насоса топливного насоса 140 DI. В некоторых примерах, минимальная угловая длительность может иметь значение 10 градусов угла поворота коленчатого вала наряду с тем, что пороговое значение объемной доли захвата составляет 15% (0,15).
В качестве альтернативы, если командный объем захвата является большим, чем пороговый объем захвата, то, на 505, контроллер 170 направляет напряжение для запитывания током соленоидного перепускного клапана 202 на угловую длительность, основанную на положении поршня 144 насоса DI. Как изложено раньше, в одном из примеров, угловая длительность 505 равна времени, чтобы кулачок 146 достигал положения, которое соответствует положению ВМТ поршня 144. По существу, на 505, SV 202 отключается (обесточивается) одновременно с положением ВМТ поршня 144 подобно тому, как SV 202 отключается во время стратегий управления с удерживанием до ВМТ. Подводя итог вышесказанному, вывод из работы SV 202 устанавливается после ВМТ для небольших объемов захвата. Этап 505 выполняется, когда удовлетворено первое состояние, которое имеет место в тех случаях, когда объемная доля захвата находится выше порогового значения. Подобным образом, этап 504 выполняется, когда удовлетворено второе состояние, которое имеет место, когда объем захвата находится ниже порогового значения. Отмечено, что контроллер может выявлять угловое положение ведущего кулачка 146, для того чтобы синхронизировать запитывание энергией соленоидного перепускного клапана с ведущим кулачком 146 и положением 144 поршня во время первого и второго состояний.
Таким образом, посредством вывода из работы SV 202 после ВМТ насоса DI для небольших объемом захвата, установка момента вывода из работы или выключения SV 202 может не оказывать влияния на захваченный объем или топливо, сжимаемое насосом DI. Более того, при этой стратегии управления, включение и отключение соленоидного перепускного клапана 202 могут быть стабильными и надежными между циклами насоса DI. К тому же, надежное запитывание током SV 202 может приводить к поведению насоса DI, которое управляется точнее при низких объемах захвата. В заключение, стратегия минимальной угловой длительности (стратегия удерживания после ВМТ) может давать более устойчивый к ошибкам способ для эксплуатации насоса DI, когда есть неопределенность положения поршня 144. Согласно этой стратегии, посредством обесточивания SV 202 после ВМТ, даже с ошибкой положения поршня, может избегаться обесточивание SV 202 раньше ВМТ.
Фиг. 6 показывает еще один вариант осуществления топливного насоса непосредственного впрыска, упрощенный, чтобы показать физические взаимосвязи между различными компонентами. Насос 600 DI по фиг. 6 может быть подобным насосу 140 DI, показанному на фиг. 1 и 2. Более того, насос 600 DI может использоваться с топливной системой 150 и двигателем 110 непосредственного впрыска по фиг. 1, заменяя насос 140 DI по фиг. 1. Контроллер 170 по фиг. 1 включен в фиг. 6 для управления соленоидным перепускным клапаном 612.
Вход 603 камеры 608 сжатия топливного насоса непосредственного впрыска питается топливом через топливный насос 130 низкого давления, как показано на фиг. 1. Топливо может быть находящимся под давлением по его прохождению через топливный насос 600 непосредственного впрыска и подаваться в направляющую-распределитель 158 для топлива через выход 604 насоса. В изображенном примере, насос 600 непосредственного впрыска может быть поршневым насосом с механическим приводом, который включает в себя поршень 606 насоса, шток 620 поршня, камеру 608 сжатия насоса и ступенчатое пространство 618. Канал, который соединяет ступенчатое пространство 618 к входу 699 насоса, может включать в себя аккумулятор 609, при этом, канал предоставляет топливу из ступенчатого пространства 618 возможность повторно поступать в магистраль низкого давления, ближайшую к входу 699. Ступенчатое пространство 618 и камера 608 сжатия могут включать в себя полости, расположенные по противоположные стороны от поршня насоса. Верхняя сторона 605 поршня 606 может частично определять камеру 608 сжатия наряду с тем, что противоположная, нижняя сторона 607 поршня 606 может частично определять ступенчатое пространство 618. В одном из примеров, контроллер 170 двигателя может быть выполнен с возможностью приводить в движение поршень 606 в насосе 600 непосредственного впрыска посредством ведущего кулачка 610. Кулачок 610 включает в себя четыре рабочих выступа и выполняет один оборот за каждые два оборота коленчатого вала двигателя в одном из примеров.
Соленоидный перепускной клапан 612 может быть соединен с входом 603 насоса. Контроллер 170 может быть выполнен с возможностью регулировать поток топлива через перепускной клапан 612 посредством запитывания током или обесточенного соленоида (на основании конфигурации соленоидного клапана) синхронно с ведущим кулачком. Соленоидный перепускной клапан 612 может быть подобным соленоидному клапану 202 по фиг. 1-3. Соответственно, соленоидный перепускной клапан 612 может эксплуатироваться в двух режимах. В первом режиме, соленоидный перепускной клапан 612 расположен внутри входа 603, чтобы ограничивать (например, сдерживать) количество топлива, проходящего вверх по потоку от соленоидного перепускного клапана 612. В сравнении, во втором режиме, соленоидный перепускной клапан 612 фактически выведен из работы, и топливо может проходить вверх по потоку и вниз по потоку от входного запорного клапана.
По существу, перепускной клапан 612 с соленоидным приводом может быть выполнен с возможностью регулировать массу (или объем) топлива, сжимаемого в топливном насосе непосредственного впрыска. В одном из примеров, контроллер 170 может настраивать установку момента закрывания соленоидного перепускного клапана 612 для регулирования массы сжимаемого топлива. Например, позднее закрывание входного запорного клапана может снижать величину массы топлива, засасываемого в камеру 608 сжатия. Установки момента открывания и закрывания соленоидного перепускного клапана могут координироваться относительно временных характеристик хода топливного насоса непосредственного впрыска.
Вход 699 насоса предоставляет топливу из топливного насоса низкого давления возможность поступать в соленоидный перепускной клапан 612. Поршень 606 совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз в камере 608 сжатия. Топливный насос 600 DI находится в ходе сжатия, когда поршень 606 движется в направлении, которое уменьшает объем камеры 608 сжатия. Топливный насос 600 DI находится в ходе всасывания, когда поршень 606 движется в направлении, которое увеличивает объем камеры 608 сжатия. Выходной запорный клапан 616 прямого потока может быть соединен ниже по потоку от выхода 604 камеры 608 сжатия. Выходной запорный клапан 616 открывается, чтобы предоставлять топливу возможность течь из выхода 604 камеры сжатия в направляющую-распределитель для топлива (такую как направляющая-распределитель 158 для топлива), только когда давление на выходе топливного насоса 600 непосредственного впрыска (например, давление на выходе камеры сжатия) находится выше, чем давление в направляющей-распределителе для топлива. Еще один запорный клапан 614 (клапан сброса давления) может быть размещен параллельно с запорным клапаном 616. Клапан 614 предоставляет топливу возможность вытекать из направляющей-распределителя 158 для топлива DI в направлении выхода 604 насоса, когда давление в направляющей-распределителе для топлива является большим, чем предопределенное давление. Клапан 614 может быть установлен под относительно высоким разгрузочным давлением, из условия чтобы клапан 614 действовал только в качестве предохранительного клапана, который не оказывает влияния на нормальную работу насоса и непосредственного впрыска.
Во время условий, когда работа топливного насоса непосредственного впрыска не запрошена, контроллер 170 может включать и отключать соленоидный перепускной клапан 612 для регулирования потока и давления топлива в камере 608 сжатия единым, по существу постоянным давлением во время большей части хода сжатия (подачи). Управление насосом DI таким образом может быть включено в способы смазывания при нулевом потоке, как представлено выше. Во время такой работы ZFL, в ходе впуска, давление в камере 608 сжатия падает до давления около давления подкачивающего насоса 130. Смазывание насоса 600 DI может происходить, когда давление в камере 608 сжатия превышает давление в ступенчатом пространстве 618. Этот перепад давлений также может вносить вклад в смазывание насоса, когда контроллер 170 отключает соленоидный перепускной клапан 612. Вывод из работы перепускного клапана 612 также может понижать шум, вырабатываемый клапаном 612. Один из результатов этого способа регулирования состоит в том, что направляющая-распределитель для топлива регулируется по давлению в зависимости от того, когда соленоидный перепускной клапан 612 запитывается током во время хода подачи. Более точно, давление топлива в камере 608 сжатия регулируется во время хода сжатия (подачи) топливного насоса 600 непосредственного впрыска. Таким образом, во время по меньшей мере хода сжатия топливного насоса 600 непосредственного впрыска, смазка обеспечивается для насоса. Когда насос DI попадает в ход всасывания, давление топлива в камере сжатия может снижаться наряду с тем, что некоторый уровень смазки по-прежнему может обеспечиваться, пока остается перепад давления.
По существу, согласно ZFL, работа насоса DI может настраиваться, чтобы поддерживать давление на выходе насоса DI на или ниже давления в направляющей-распределителе для топлива у направляющей-распределителя для топлива непосредственного впрыска. Поскольку небольшие частичные объемы захвата могут быть желательны, чтобы по существу предотвращать течение топлива за выходной запорный клапан 304, когда непосредственный впрыск не запрошен, стратегии управления с минимальным временем запитывания током, как показанные на фиг. 4 и 5, могут использоваться со способами ZFL для обеспечения надежной работы соленоидного перепускного клапана 612. По существу, давление на выходе топливного насоса DI может оставаться чуть-чуть ниже давления в направляющей-распределителе для топлива посредством запитывания током перепускного клапана 612 раньше положения ВМТ поршня 606 и удерживания его под током после положения ВМТ согласно минимальной угловой длительности. Таким образом, работа перепускного клапана может быть более стабильной и предсказуемой даже при использовании меньших объемов захвата, чтобы выталкивать топливо через область контакта поршень-цилиндр, тем временем, по существу предотвращая течение топлива из выхода 604 в направляющую-распределитель для топлива, тем самым, смазывая насос 600 DI для уменьшения преждевременного ухудшения характеристик насоса.
Здесь отмечено, что насос 600 DI по фиг. 6 представлен в качестве иллюстративного примера одной из возможных конфигураций для насоса DI. Компоненты, показанные на фиг. 6, могут быть удалены и/или изменены наряду с тем, что дополнительные компоненты, не показанные на данный момент, могут быть добавлены в насос 600, тем временем, по-прежнему сохраняя способность подавать топливо высокого давления в направляющую-распределитель для топлива непосредственного впрыска. Более того, способы, представленные выше, могут применяться к различным конфигурациям насоса 600 наряду с различными конфигурациями топливной системы 150 по фиг. 1. В частности, способы смазывания при нулевом потоке и с минимальной угловой длительностью, описанные выше, могут быть реализованы в различных конфигурациях насоса 600 DI, не оказывая неблагоприятное влияние на нормальную работу насоса 600.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящей заявки, могут храниться в качестве исполняемых команд в некратковременной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в некратковременную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Будет принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.