УСТРОЙСТВО ВПРЫСКА ТОПЛИВА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ
FUEL SPRAY DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
[0001] Изобретение относится к устройству впрыска топлива, которое применяется в двигателе внутреннего сгорания, оснащенном компрессором осуществления послевпрыска топлива из клапана впрыска топлива во время рабочего хода или выпускного хода отдельно от впрыска топлива, выполненного генерацией вращательного момента, и к способу управления устройством впрыска топлива.
2. Описание соответствующего уровня техники
[0002] Двигатели внутреннего сгорания, оборудованные нагнетателем для нагнетания воздуха в камеры сгорания, раскрыты (см. публикацию патентной заявки Японии No. 4-191452 (JP-A-4-191452) и публикацию патентной заявки японии No. 2-218921 (JP-A-2-218921)). В типичном двигателе внутреннего сгорания, в котором топливо впрыскивается напрямую в камеру сгорания, количество топлива, соответствующее рабочему состоянию двигателя, подается с помощью управления открытием и закрытием клапана впрыска топлива в соответствии с операционной шагей.
[0003] Кроме того, в двигателях внутреннего сгорания устройство очистки выхлопных газов, включающее в себя каталитический нейтрализатор, фильтр выхлопных газов, и т.п. для очистки выхлопных газов, оснащено выходным каналом для выхода выхлопных газов. Для полного выполнения данной функции устройством очистки выхлопных газов осуществляется послевпрыск топлива. Этот послевпрыск топлива является впрыском топлива из клапана впрыска топлива, что выполняется во время рабочего хода или выпускного хода и осуществляется отдельно от впрыска топлива, выполняемого во время создания вращательного момента.
[0004] Более того, двигатели внутреннего сгорания оснащены датчиком для определения количества воздуха, протекающего в впускной канал (например, датчик расхода воздуха, датчик давления и т.д.). Из расчета количества воздуха (равного воздуху в впускном канале), определенного датчиком, применяются различные способы управления двигателем внутреннего сгорания (например, управление открытием-закрытием клапана впрыска топлива либо подобное).
[0005] В двигателе внутреннего сгорания, оборудованном компрессором, объем воздуха резко повышается в момент резкого набора скорости. В данный момент часть увеличения количества воздуха в впускном канале потребляется для увеличения давления всасывания. Таким образом, в момент, предшествующий времени, когда давление воздуха в впускном канале (давление всасываемого воздуха) поднимется до уровня давления, соответствующего рабочей фазе двигателя, степень повышения количества воздуха, поступившего в камеру сгорания (внутрицилиндровое количество воздуха), меньше, чем степень повышения вышеупомянутого количества воздуха в впускном канале, вследствие чего происходит отклонение между объемом воздуха в впускном канале и внутрицилиндровым объемом воздуха.
[0006] Если управление двигателем осуществляется без принятия данного отклонения в расчет, то управление двигателем осуществляется способом, который согласуется не с внутрицилиндровым объемом воздуха, который сравнительно медленно возрастает, а с объемом воздуха в впускном канале, который в большей степени возрастает, чем внутрицилиндровый объем воздуха. Следовательно, например, если количество воздуха соответствует объему воздуха в впускном канале, а из клапана впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания впрыскивается излишне большой объем топлива, состав горючей смеси (= количество воздуха / количество топлива) в камере сгорания достигает излишне высокого соотношения компонентов в составе горючей смеси.
[0007] Кроме того, если послевпрыск топлива осуществляется при резком ускорении, чрезмерное увеличение количества несгоревших компонентов топлива в выхлопных газах, скорее всего, результат, поскольку резкое ускорение является операционной фазой, в которой отношение воздух-топливо в камере сгорания имеет тенденцию к обогощению топливом, а топливо подается посредством послевпрыска.
[0008] Если количество компонентов несгоревшего топлива в выхлопном газе достигает слишком высокого уровня, часть количества компонентов несгоревшего топлива в выхлопном газе проходит через устройство очистки выхлопных газов, не участвуя в реакции, и выводится посредством выхлопного патрубка, и таким образом снижается качество выхлопа; например, генерируется белый дым или что-либо подобное.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Объектом изобретения является создание устройства впрыска топлива и способа управления для устройства, способного устранить ухудшение качественного состава выхлопов, выполнением послевпрыска.
[0010] В первом аспекте изобретения представлено устройство впрыска топлива, которое применимо для двигателя внутреннего сгорания, имеющего клапан впрыска топлива, который впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания; нагнетателем, нагнетающим воздух в камеру сгорания, и устройством очистки выхлопных газов, которым оснащен выходной канал и которое осуществляет впрыск топлива из клапана впрыска топлива, послевпрыск топлива, который впрыскивает топливо во время рабочего хода или выпускного хода, отдельно от впрыска топлива, выполняемого для создания вращательного момента; устройство впрыска топлива включает в себя датчик скорости вращения для определения скорости вращения выходного вала двигателя; датчик расхода воздуха, предусмотренный на проводящем отверстии (внутренней поверхности) впускного канала, по течению воздушного потока ко входу в нагнетатель, и определяющего расход (объем) воздуха, который попадает в впускной канал; датчик давления, предусмотренный на на проводящем отверстии впускного канала, по течению воздушного потока от выхода из нагнетателя, и определяющего давление воздуха внутри впускного канала; вычисление поправочных членов для вычисления поправочного члена, базирующегося на скорости изменения давления воздуха, определенного датчиком давления; средство установки для определения верхнего предела объема впрыска топлива, который базируется на скорости вращения выходного вала двигателя, объеме воздуха, поправочном члене и объеме впрыска топлива при впрыске топлива для создания вращательного момента; и ограничительное средство для ограничения объема впрыска топлива при послевпрыске посредством верхнего предела объема впрыска топлива.
[0011] В вышеописанной конструкции значение (поправочный член), которое соответствует объему воздуха, представляющему часть объема воздуха, поступающего в впускной канал (объем воздуха в канале) в момент резкого ускорения двигателя внутреннего сгорания и который потребляется для повышения давления воздуха на входе, вычисление может быть проведено на основе скорости изменения давления воздуха в впускном канале (давление воздуха на входе). Кроме того, появляется возможность с высокой точностью определять объем воздуха, поступившего в настоящий момент в камеру сгорания (внутрицилиндровый объем воздуха) на основе вышеупомянутого поправочного члена, объема воздуха в впускном канале и скорости вращения выходного вала двигателя. Таким образом, согласно вышеописанной конструкции, представляется возможным точно установить верхний предел объема впрыска топлива в момент проведения послевпрыска, что позволяет удерживать соотношение воздушно-топливной смеси в составе выхлопного газа на определенном уровне таким образом, чтобы это совпадало с вышеприведенным внутрицилиндровым количеством воздуха и количеством впрыска топлива, поданного посредством впрыска топлива для создания вращательного момента, и, возможно, подавлять ухудшение качественного состава выхлопных газов, вызванное послевпрыском.
[0012] В первом аспекте настоящего изобретения, устройство впрыска топлива может также включать средство расчета объема воздуха с целью вычисления объема воздуха, попадающего в впускной канал при одном обороте выходного вала двигателя, данное вычисление базируется на объеме воздуха и скорости вращения выходного вала двигателя, а также на поправочном члене для того, чтобы подвергнуть объем воздуха, рассчитанного средством расчета, уменьшающей коррекции при помощи поправочного члена, а средство установки может устанавливать верхний предел объема впрыска, базируясь на объеме воздуха, скорректированного на основании поправочного члена, и объеме впрыска топлива при впрыске топлива для создания вращательного момента.
[0013] В соответствии с данной конструкцией, значение, соответствующее внутрицилиндровому объему воздуха за один оборот выходного вала двигателя (контрольный внутрицилиндровый объем воздуха) (т.е., объем воздуха, который уменьшается при помощи поправочного члена) может быть рассчитано на основе объема воздуха, проходящего через впускной канал за оборот выходного вала двигателя (контрольный объем воздуха в канале) и поправочного члена. Кроме того, верхний предел объема впрыска, учитывая послевпрыск, может быть точно установлен таким образом, что он будет иметь соотношение количества воздуха и количества топлива в составе выхлопного газа на уровне, выше заданного, чтобы это согласовывалось со значением, которое соответствует эталонному внутрицилиндровому объему воздуха, и объемом впрыска топлива, поданного посредством впрыска топлива для создания вращательного момента.
[0014] Кроме того, средство установки могут быть рассчитаны как значение поправочного члена, которое в значительно большей степени редуцирует объем воздуха, рассчитанный средством расчета, в случае, если скорость изменения давления воздуха, определенная датчиком давления, является более высокой.
[0015] Следует отметить, что чем выше скорость изменения давления воздуха на входе, тем быстрее изменяется объем воздуха в впускном канале и внутрицилиндровый объем воздуха, и тем больше разница между контрольным значением объема воздуха в впускном канале и контрольным внутрицилиндровым объемом воздуха. Согласно вышеприведенной конструкции контрольный объем воздуха в впускном канале путем уменьшения в соответствии с тенденцией наличия несовпадений между контрольным объемом воздуха в впускном канале и контрольным внутрицилиндровым объемом воздуха, например, таким способом, при котором чем больше разница между вышеупомянутыми значениями, тем большему уменьшению подвергается контрольный объем воздуха в впускном канале. Рассчитанный таким способом объем воздуха может быть представлен в качестве значения, которое соответствует контрольному внутрицилиндровому объему воздуха.
[0016] Далее, при использовании скорости вращения двигателя в качестве расчетного параметра для поправочного члена, средство коррекции может рассчитывать в качестве поправочного члена значение, которое в большей степени редуцирует объем воздуха, подсчитанный средством расчета, при более низкой скорости вращения двигателя.
[0017] Даже если скорость изменения давления воздуха на входе (т.е. изменения объема в единицу времени) остается прежней, чем ниже скорость вращения двигателя, тем больше изменяется давление воздуха на входе в момент хода впуска, а следовательно, тем больше объем воздуха, который представляет собой часть увеличившегося объема воздуха в впускном канале, который поглощается повышением давления воздуха на входе и соответственно поглощается на ходе впуска. Таким образом, чем ниже скорость вращения двигателя, тем больше разница между контрольным объемом воздуха в канале и контрольным внутрицилиндровым объемом воздуха в момент хода впуска. Согласно вышеописанной конструкции становится возможным проведение уменьшения контрольного объема воздуха в впускном канале в соответствии с тенденцией возникновения вышеописанных различий и обеспечения скорректированного таким образом значения в качестве значения, которое совпадает с контрольным внутрицилиндровым объемом воздуха.
[0018] Кроме того, средство установки может определять в качестве верхнего предела объема впрыска топлива объем, который является большим, чем объем воздуха, полученный в результате уменьшения при помощи средства коррекции, и он тем больше, чем меньше объем впрыскиваемого топлива при впрыске топлива для создания вращательного момента.
[0019] Кроме того, послевпрыск может быть выполне как впрыск топлива таким образом, чтобы доставить несгоревшие топливные компоненты в устройство очистки выхлопных газов, а устройство очистки выхлопных газов может также включать в себя окислительный нейтрализатор.
[0020] В соответствии с данной конструкцией, представляется возможным предотвращение возникновения случаев, при которых часть несгоревших топливных компонентов, по той причине, что количество несгоревших топливных компонентов в составе выхлопного газа превышает количество топливных компонентов перерабатываемых окислительным нейтрализатором, не вступает в реакцию и выходит через выходной канал. Таким образом, представляется возможным ограничить ухудшение качества выхлопов.
[0021] Кроме того, устройство очистки выхлопных газов может также включать в себя фильтр выхлопных газов (улавливатель твердых частиц в отработавших газах), который располагается ниже окислительного нейтрализатора в направлении потока выхлопных газов и улавливает твердые частицы в выхлопных газах.
[0022] В устройстве, где ниже окислительного нейтрализатора в направлении потока выхлопных газов расположен фильтр выхлопных газов, восстановление функции фильтра выхлопных газов представлено следующим образом. То есть, во-первых, окисление несгоревших топливных компонентов на окислительном нейтрализаторе повышает температуру выхлопных газов, и затем впуск выхлопных газов высокой температуры нагревает фильтр выхлопных газов до температуры, при которой твердые частицы, захваченные выхлопным фильтром, удаляются посредством окисления.
[0023] Согласно вышеописанной конструкции представляется возможным значительным образом предотвратить возникновение случаев, при которых часть несгоревших топливных компонентов в выхлопном газе проходит, не вступая в реакцию, сквозь устройство очистки выхлопных газов и выпускается через выхлопную трубу.
[0024] Второй аспект изобретения относится к способу управления устройством впрыска топлива, применимого к двигателю внутреннего сгорания, оснащенного клапаном впрыска топлива, который осуществляет впрыск топлива напрямую в камеру сгорания, нагнетателем, который нагнетает воздух в камеру сгорания, и устройством очистки выхлопных газов, которым оснащен выходной канал и которое наряду с впрыском топлива из клапана впрыска топлива осуществляет послевпрыск топлива, представляющий собой впрыск топлива в момент хода впуска или хода выпуска, отдельно от впрыска топлива для создания вращательного момента.
Способ управления устройством впрыска топлива включает в себя определение скорости вращения выходного вала двигателя; определение объема воздуха, поток которого течет в впускном канале в направлении ко входу в нагнетатель; определение давления воздуха внутри впускного канала, поток которого течет в впускном канале в направлении от выхода из нагнетателя; вычисление поправочного члена, базируясь на скорости изменения определяемого давления воздуха; установление верхнего предела объема впрыска, базируясь на скорости вращения выходного вала двигателя, объеме воздуха, поправочном члене и объеме впрыска топлива для создания вращательного момента; и ограничение объема впрыска топлива в послевпрыске при верхнем пределе объема впрыска топлива.
[0025] В соответствии со вторым аспектом изобретения, равно как и с первым аспектом изобретения, представляется возможным точно установить верхний предел объема впрыска в момент послевпрыска, что позволяет удерживать соотношение количества воздуха и количества топлива в составе выхлопного газа на уровне, выше определенного таким образом, что соответствует контрольному внутрицилиндровому объему воздуха, и объему впрыска топлива, поданного посредством впрыска топлива для создания вращательного момента, при этом возникает возможность ограничить ухудшение качества выхлопных газов, вызванное выполнением послевпрыска.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0026] Все вышеизложенное, а также дальнейшие возможности и преимущества изобретения становятся очевидными из предложенного ниже описания примеров воплощений со ссылками на прилагаемые чертежи, где используется нумерация для представления описываемых элементов.
ФИГ.1 представляет собой упрощенную схему, описывающую общую конструкцию двигателя внутреннего сгорания и его периферийные устройства, к которым относится данное воплощение настоящего изобретения.
ФИГ.2 представляет собой блок-схему, описывающую конкретную процедуру создания требуемого процесса.
ФИГ.3 представляет собой схематическую диаграмму, описывающую структурный план карты I для использования при вычислении поправочного члена.
ФИГ.4 представляет собой схематическую диаграмму, описывающую структурный план карты II для использования при установке верхнего предела впрыска топлива.
ФИГ.5А-5Н представляют собой временные диаграммы, описывающие примеры трансформаций различных параметров двигателя при выполнении требуемого процесса.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] В данном воплощении изобретения будет описано устройство впрыска топлива. ФИГ.1 представляет собой упрощенную схему, показывающую двигатель внутреннего сгорания и его периферийные устройства, к которым относится устройство впрыска топлива в соответствии с данным воплощением.
[0028] Как показано на ФИГ.1, устройство впрыска топлива в соответствии с данным воплощением монтируется в двигателе внутреннего сгорания 10, который оснащен множеством цилиндров от №1 до №4. Множество клапанов впрыска топлива 11 подсоединяются к двигателю внутреннего сгорания 10. Данные клапаны впрыска топлива 11 установлены таким образом, чтобы обеспечить впрыск топлива напрямую в камеры сгорания цилиндров от №1 до №4. Клапаны впрыска топлива 11 подсоединены к общей направляющей 12, выполняющей роль аккумулирующей нагнетательной трубки, также общая направляющая 12 соединена с подающим насосом 13. Подающий насос 13 набирает топливо, хранящееся в топливном баке (не показан), и закачивает его в направлении общей направляющей 12. Таким образом, внутреннее пространство общей направляющей 12 наполняется топливом под высоким давлением. В устройстве впрыска топлива в соответствии с данным воплощением изобретения, топливо в общей направляющей 12 под высоким давлением подается напрямую в камеру сгорания каждого цилиндра от №1 до №4 посредством регулирования открытия/закрытия клапанов впрыска топлива 11.
[0029] Цилиндры от №1 до №4 двигателя внутреннего сгорания 10 подсоединены к впускному каналу 15 посредством впускного коллектора 14. В двигателе внутреннего сгорания 10 воздух из внешней окружающей среды (внешний воздух) подается в камеры сгорания цилиндров от №1 до №4 при помощи впускного коллектора 14 и впускного канала 15. Впускной канал 15 оснащается дроссельным клапаном 16, который изменяет площадь поперечного сечения впускного канала 15. Объем воздуха, проходящего сквозь впускной канал 15 (объем всасываемого воздуха) изменяется посредством регулирования величины открытия дроссельного клапана 16.
[0030] С другой стороны, цилиндры от №1 до №4 двигателя внутреннего сгорания 10 подсоединены к выходному каналу 18 посредством выпускного коллектора 17. В двигателе внутреннего сгорания 10 газ (выхлопной газ) после сгорания в камере сгорания каждого цилиндра №1 до №4 выпускается во внешнюю среду при помощи выпускного коллектора 17 и выходного канала 18.
[0031] Двигатель внутреннего сгорания 10 оснащен газоприводным нагнетателем 19. Такой нагнетатель 19 сконструирован как компрессор 20, установленный на впускной канал 15 на стороне впуска в дроссельный клапан 16 таким образом, что к стороне впуска последнего направлен потока всасываемого воздуха, а турбина 21 установлена на выходном канале 18.
[0032] Подобный нагнетатель 19 не функционирует при небольшой нагрузке на двигатель внутреннего сгорания 10 и небольшом объеме выхлопного газа (объем работы = "0"), но функционирует при большой нагрузке на двигатель внутреннего сгорания 10 и большом объеме выхлопного газа (объем работы » "0"). В процессе работы нагнетателя 19 большой объем выхлопного газа, проходящего сквозь турбину 21, провоцирует работу компрессора 20 таким образом, что воздух, поступающий в впускной канал 15, вталкивается под давлением внутрь, то есть подается принудительно в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания 10.
[0033] Попутно, впускной канал 15 оснащен промежуточным охладителем 22, расположенным между дроссельным клапаном 16 и компрессором 20. Промежуточный охладитель 22 охлаждает воздух, температура может быть высокой в связи с тем, что нагнетание происходит при помощи нагнетателя 19.
[0034] Кроме того, выходной канал 18 оснащен устройством очистки выхлопных газов 30, установленным со стороны выхода турбины 21 таким образом, что сторона выпуска последней установлена в направлении потока выхлопного газа. Устройство очистки выхлопных газов 30 очищает выхлопной газ при помощи улавливания или преобразования загрязняющих атмосферу субстанций, содержащихся в выхлопном газе, таких как мелкодисперсное вещество (MB), угарный газ (СО), углеводород (НС), и т.д.
2
2
[0035] В частности, устройство очистки выхлопов 30 состоит из двух каталитических нейтрализаторов 31, 32 и одного фильтра 33. Два каталитических нейтрализатора 31, 32 каждый содержат окислительный нейтрализатор в качестве поддержки, и присоединены последовательно с интервалом между собой в направлении поступления выхлопного газа. Данные каталитические нейтрализаторы 31, 32 преобразуют СО и НС в выхлопном газе в двуокись (CO) и воду (HO), которые являются, по существу, безвредными. Фильтр 33 располагается на стороне выпуска каталитических нейтрализаторов 31, 32 в направлении потока выхлопного газа. Фильтр 33 улавливает твердые частицы (ТЧ), содержащиеся в выхлопном газе.
[0036] Двигатель внутреннего сгорания 10 оснащен различными датчиками в качестве периферийных устройств. Данные различные датчики представлены, например, датчиком работы акселератора 41 для определения объема операций педали акселератора (не показан) (количество нажатий на акселератор АС) и датчиком скорости 42 для определения скорости вращения выходного вала двигателя (не представлено) (скорость вращения двигателя NE). Более того, датчик давления 43 установлен на впускном канале 15 на стороне выпуска дроссельного клапана 16 по направлению потока всасываемого воздуха таким образом, чтобы определять давление воздуха в впускном канале 15 (давление всасываемого воздуха Р). Также, датчик расхода воздуха 44 установлен в впускном канале 15 по направлению потока всасываемого воздуха ко входу в компрессор 20 таким образом, чтобы определять объем воздуха, поступающего в впускной канал 15 (объем воздуха в канале GAp). Двигатель внутреннего сгорания 10 также оснащен температурным датчиком 45 для определения температуры Та выхлопного газа, проходящего через участок выходного канала 18 между двумя каталитическими нейтрализаторами 31, 32, температурный датчик 46 для определения температуры Tb выхлопного газа, который прошел через два каталитических нетрализатора 31, 32, и т.д.
[0037] Двигатель внутреннего сгорания 10 также оснащен электронным устройством управления 40 в качестве периферийного устройства. Электронное устройство управления 40 сконструировано, например, как микрокомпьютер. Электронное устройство управления 40 принимает выходные сигналы от вышеописанных различных датчиков и выполняет различные вычисления и, основываясь на результатах вычислений, выполняет различные операции управления, относящиеся к функционированию двигателя внутреннего сгорания 10, такие как регулирование привода клапана впрыска топлива 11, управление углом открытия дроссельного клапана 16 и т.п.
[0038] При управлении приводом клапана впрыска топлива 11 происходит впрыск объема топлива, что осуществляется при помощи впрыска топлива для создания вращательного момента (основной впрыск). Более конкретно, рассматриваемое заданное значение объема впрыска топлива в момент основного впрыска (объем основного впрыска Qm) устанавливается на основе объема количества нажатия на акселератор АС и скорости вращения двигателя NE. Рассчитанный объем основного впрыска Qm тем больше, чем больше количества нажатия на акселератор АС и чем выше скорость вращения двигателя NE. Затем клапан впрыска топлива 11 регулируется для открытия на период, который соответствует рассчитанному таким образом объему основного впрыска Qm так, что обеспечивается подача того объема топлива при помощи впрыска, который соответствует функционированию двигателя внутреннего сгорания 10.
[0039] Более того, в приводе управления клапана впрыска топлива 11, кроме основного впрыска, впрыск топлива (послевпрыск) производится в момент задержки рабочего хода (после рабочего хода) двигателя внутреннего сгорания 10 (например, от 120° контрольной зоны до 160° контрольной зоны после верхней мертвой точки (ATDC)). Данный послевпрыск осуществляется с целью восстановления функции фильтра 33. Более точно, выполнение послевпрыска осуществляет насыщение выхлопного газа несгоревшими топливными компонентами, и данные несгоревшие топливные компоненты окисляются в двух каталитических нейтрализаторах 31, 32, и, как следствие, происходит повышение температуры выхлопных газов. Затем разогретые до высокой температуры выхлопные газы проходят сквозь фильтр 33, вследствие чего фильтр 33 разогревается и осевшие на фильтре 33 твердые частицы (ТЧ) окисляются.
[0040] Послевпрыск производится при том условии, которое выполняет условие насыщения. Определено, что это условие удовлетворяется, когда полностью выполняются условие (а) и условие (b):
(а) объем ТЧ, захваченный фильтром 33 (объем отложений ТЧ), превышает либо является аналогичным предопределенному объему. В данном воплощении изобретения значения объема отложений ТЧ при различных обстоятельствах оцениваются на основе функционирования двигателя внутреннего сгорания 10, температуры фильтра 33 и т.п. и заносятся в память электронного устройства управления 40.
(b) температура каталитического нейтрализатора 32, расположенного на стороне выпуска в направлении потока выхлопных газов, является более высокой либо равной предопределенному значению температуры. В этой связи, в данном воплощении температурные значения каталитического нейтрализатора 32 при различных обстоятельствах оцениваются на основе температуры выхлопного газа Та и и заносятся в память электронного устройства управления 40.
[0041] Заданное значение объема топлива, поданного посредством послевпрыска (контрольный объем послевпрыска Qp), устанавливается на основе объема основного впрыска Qm и скорости вращения двигателя NE. Чем меньше объем основного впрыска Qm, тем ниже температура газа, выпущенного из камеры сгорания в выходной канал 18 и, как следствие, тем больше необходимо топлива для поддержания предопределенного температурного значения фильтра 33. Кроме того, чем ниже скорость вращения двигателя NE, тем меньше объем выхлопного газа, проходящего сквозь фильтр 33, другими словами, тем меньшее количество тепла, передаваемое от выхлопных газов фильтру 33, и, как следствие, тем больше необходимо топлива для поддержания предопределенного температурного значения фильтра 33.
[0042] Принимая во внимание данные обстоятельства, объем впрыска топлива, позволяющий поддерживать температуру фильтра 33 на уровне предопределенного температурного значения (например, от 600 до 700°С), устанавливается в качестве целевого или контрольного объема послевпрыска Qp. Более конкретно, отношение между областью срабатывания двигателя, определенной из объема основного впрыска Qm и скорости вращения двигателя NE, и контрольным объемом послевпрыска Qp, необходимым для области срабатывания двигателя, обнаруживается в результате экспериментов либо подобным путем. Найденное таким способом отношение заносится в память электронного устройства управления 40 как схема-выкладка, а целевой объем послевпрыска Qp устанавливается со ссылкой на данную схему-выкладку.
[0043] Далее, контрольное значение времени подачи топлива при послевпрыске (целевая установка момента послевпрыска Тр) устанавливается с опорой на значения объема основного впрыска Qm и скорости вращения двигателя NE. Так же, как и для данной целевой установки момента послевпрыска Тр, устанавливается значение времени для ограничения сгорания как впрыскиваемого топлива, так и его отложений на стенках камеры сгорания. Более конкретно, отношение между областью срабатывания двигателя, определенной из объема основного впрыска Qm и скорости вращения двигателя NE, и целевой установкой момента послевпрыска Тр, необходимой для области срабатывания двигателя, обнаруживается в результате экспериментов. Найденное таким способом отношение заносится в память электронного устройства управления 40 как расчетная схема. Целевая установка момента послевпрыска Тр устанавливается со ссылкой на данную расчетную схему.
[0044] Затем, согласно данному воплощению в управлении открытием/закрытием клапана впрыска топлива 11, послевпрыск осуществляется посредством открытия клапана впрыска топлива 11 при целевой установке момента послевпрыска Тр длительностью, соответствующей целевому объему послевпрыска Qp. В данном воплощении, температура ниже по течению потока выхлопных газов со стороны выхода из каталитического нейтрализатора 32 в направлении потока, то есть температура входного патрубка фильтра 33 (температура фильтра Tf) оценивается с учетом температуры выхлопного газа Tb и заносится в память электронного устройства управления 40. После выполнения послевпрыска целевым объемом послевпрыска Qp управляют при помощи обратной связи, таким образом температура фильтра Tf устанавливается на уровне, эквивалентном предопределенному целевому температурному значению (например, от 600 до 700°С).
[0045] В данном воплощении, после выполнения послевпрыска выполняется вычисление верхнего предела объема впрыска Qgd целевого объема послевпрыска Qp, а целевой объем послевпрыска Qp ограничивается верхним пределом объема впрыска Qgd. Это предупреждает изменение воздушно-топливного отношения в составе выхлопного газа в сторону чрезмерного превышения горючего компонента в составе горючей смеси в момент резкого ускорения двигателя внутреннего сгорания 10, и следовательно, существенным образом предупреждает возникновение возможности того, что часть компонентов несгоревшего топлива в выхлопном газе, превышающая технические возможности каталитических нейтрализаторов 31, 32, не вступит в реакцию и будет выпущена в выходной канал 18. Таким образом, ухудшение чистоты выхлопных выбросов снижается либо существенным образом предупреждается.
[0046] Процедура выполнения процесса ограничения целевого объема послевпрыска Qp с верхним пределом объема впрыска Qgd (рестрикционный процесс) будет описан ниже со сылкой на ФИГ.2. ФИГ.2 представляет собой структурную схему, описывающую конкретную процедуру создания процесса ограничения. Последовательность операций, представленных на данной структурной схеме, выполняется электронным устройством управления 40 как периодический процесс с заранее определенным временем на каждую операцию (например, несколько милисекунд).
[0047] Как представлено на ФИГ.2, в данном процессе, при том условии, которое обеспечивает удовлетворение вышеупомянутого условия выполнимости (ДА на шаге S101), исполняется следующий процесс (шаги с S102 до S107). Если условие выполнимости удовлетворяется, сначала электронное устройство управления 40 вычисляет скорость изменения ΔР давления всасываемого воздуха Р (шаг S102). Что касается скорости изменения ΔР, разница между значениями давления всасываемого воздуха P(i-l) определяется на предыдущем исполнительном цикле данного процесса, а давление всасываемого воздуха Р(i) определяется в настоящем исполнительном цикле (вычисляется разница = P(i-l)-P(i)).
[0048] После этого поправочный член Kg калькулируется из карты I, опираясь на скорость изменения ΔР и скорость вращения двигателя NE (шаг S103). В данном воплощении, значение, подсчитанное в качестве поправочного члена Kg, представляет собой значение, соответствующее объему воздуха, необходимому для увеличения давления всасываемого воздуха Р, что представляет собой часть объема воздуха в канале на вращательное движение выходного вала двигателя (ссылка на объем воздуха в канале GNp (=GAp/NE)).
[0049] ФИГ.3 представляет собой структурный план карты I. Как представлено на ФИГ.3, карта 1 включает информацию об отношении между областью срабатывания двигателя, определенной при помощи скорости изменения ΔР и скорости вращения двигателя NE, и поправочным членом Kg, подходящим для данной области срабатывания двигателя, данное отношение определено с опорой на результаты экспериментов и им подобные.
[0050] Здесь необходимо отметить, что чем выше скорость изменения ΔР давления всасываемого воздуха Р. тем большей скорости изменения подвергается объем воздуха в канале GAp и объем воздуха, попавшего в настоящий момент в камеру сгорания (внутрицилиндровый объем воздуха GAs), и тем больше девиация между объемом воздуха в канале GAp и внутрицилиндровым объемом воздуха GAs. Кроме того, даже если скорость изменения ΔР давления всасываемого воздуха Р (т.е. объем изменений давления всасываемого воздуха Р на единицу времени) остается без изменений, скорость вращения двигателя NE снижается, объем изменений давления всасываемого воздуха Р на ход впуска увеличивается и, как следствие, тем больше объем воздуха, представляющего ту часть объема увеличения объема воздуха в канале Gap, которая расходуется на увеличение давления всасываемого воздуха Р и которая потребляется в момент хода впуска. Следовательно, чем ниже скорость вращения двигателя NE, тем больше девиация между внутрицилиндровым объемом воздуха GAs и объемом воздуха в канале GAp на момент хода впуска. Принимая во внимание данные обстоятельства, в настоящем воплощении рассчитывается поправочный член Kg на основе того, что чем выше скорость изменения ΔР либо чем ниже скорость вращения двигателя NE, тем меньше поправочный член Kg при отрицательном выводе коррекции. В этой связи, в данном воплощении, на шаге S103 определяют поправочный член средства расчета.
[0051] После вычисления поправочного члена Kg данным способом устанавливается вышеупомянутый контрольный объем воздуха в канале GNp, поправочный член Kg добавляют к контрольному объему воздуха в канале GNp с целью калькуляции скорректированного объема воздуха GNk (шаг S104 на ФИГ.2). Таким образом, контрольный объем воздуха в канале GNp уменьшается в соответствии с тендецией наличия разницы между объемом воздуха в канале GAp и внутрицилиндровым объемом воздуха GAs, то есть таким образом, что чем больше девиация между объемом воздуха в канале GAp и внутрицилиндровым объемом воздуха GAs, тем более сильному уменьшению подвергается контрольный объем воздуха в канале GNp. Данная скорректированная калькуляция предоставляет значение (вышеупомянутый скорректированный объем воздуха GNk), которое соответствует внутрицилиндровому объему воздуха в канале за один оборот выходного вала двигателя (контрольный внутрицилиндровый объем воздуха GNs). В данном воплощении процесс шага S104 выступает в роли средства расчета объема воздуха и средства коррекции.
[0052] После этого по карте II устанавливается верхний предел объема впрыска Qgd на основании скорректированного объема воздуха GNk и объема основного впрыска Qm (шаг S105). ФИГ.4 представляет структурный план карты II. Как представлено на ФИГ.4 карта II содержит информацию об отношении между областью срабатывания двигателя, определенной из скорректированного объема воздуха GNk и объема основного впрыска Qm, и верхним пределом объема впрыска Qgd, подходящим для той области срабатывания двигателя, отношение которой было найдено на основе результатов экспериментов и тому подобное.
[0053] Непосредственно после конкретного определения внутрицилиндрового объема воздуха GAs посредством скорректированного объема воздуха GNk устанавливается значение, соответствующее объему впрыска топлива, который приводит к предопределенному отношению топливно-воздушной смеси в составе выхлопного газа (например, 15.5), с учетом внутрицилиндрового объема воздуха GAs. Более конкретно, чем больше скорректированный объем воздуха GNk, либо чем меньше объем основного впрыска Qm, тем больше объем, установленный в качестве верхнего предела впрыска Qgd. В данном воплощении, процессуально шаг S105 выполняет функцию определительного средства.
[0054] После установления верхнего предела впрыска Qgd при помощи данного способа производится рестрикция целевого объема послевпрыска Qp посредством верхнего предела впрыска Qgd. Более точно, если значение целевого объема послевпрыска Qp больше, чем значение объема верхнего предела впрыска Qgd (НЕТ в шаге S106 на ФИГ.2), объем верхнего предела впрыска Qgd устанавливается в качестве целевого объема послевпрыска Qp (шаг S107). С другой стороны, если значение целевого объема послевпрыска Qp меньше либо равно значению объема верхнего предела впрыска Qgd (ДА на шаге S106), целевой объем послевпрыска Qp не подвергается коррекции. В данном воплощении процессуальные шаги S106 и S107 выполняют функцию ограничительного средства.
[0055] После данного процесса процедура данной структурной схемы временно приостанавливается. Непосредственная операция и результат исполнения вышеприведенного рестрикционного процесса будут описаны ниже. ФИГ.5А-5Н представляют примеры модуляции различных параметров двигателя, происходящих в момент нажатия педали акселератора от состояния бездействия до приведения в полное рабочее состояние (полного нажатия).
[0056] Как представлено на ФИГ.5А-5Н, при нажатии педали акселератора в момент времени tl (ФИГ 5А) объем основного впрыска Qm (ФИГ.5 В возрастает, вследствие чего повышается скорость вращения двигателя NE (ФИГ 5С). В связи с этим повышается объем выхлопных газов, что приводит к работе нагнетателя 19.
[0057] В то же время, в случае удовлетворения условия выполнимости для послевпрыска, происходит расчет целевого объема послевпрыска Qp и устанавливается верхний предел впрыска Qgd таким образом, что послевпрыск осуществляется при рестрикции целевого объема послевпрыска Qp посредством верхнего предела впрыска Qgd. Вследствие этого, значительным образом предупреждается тенденция смещения соотношения топливно-воздушной смеси в составе выхлопного газа (ФИГ 5D) в сторону превышения компонентов горючей смеси.
[0058] Здесь необходимо отметить, что верхний предел впрыска Qgd, позволяющий сохранять соотношение топливно-воздушной смеси в составе выхлопных газов на уровне заранее определенного значения данного соотношения, в основном может быть найден с опорой на контрольный объем воздуха в канале GNp и объем основного впрыска Qm.
[0059] Однако при резком ускорении двигателя внутреннего сгорания 10 оба значения контрольного объема воздуха в канале GNp (ФИГ.5Е) и контрольного внутрицилиндрового объема воздуха GNs повышаются, но повышение контрольного объема воздуха в канале GNp частично тратится при повышении давления всасываемого воздуха Р (ФИГ.5F). Как следствие, объем, превышающий значение контрольного внутрицилиндрового объема воздуха GNs над объемом воздуха, потребляемого повышением давления всасываемого воздуха Р, определяется как контрольный объем воздуха в канале GNp.
[0060] Как следствие, если верхний предел объема впрыска должен быть установлен с опорой на контрольный объем воздуха в канале GNp, значение, соответствующее объему воздуха, превышающему контрольный объем внутрицилиндрового воздуха GNs, будет установлено в качестве верхнего предела объема впрыска, таким образом, что будет невозможно должным образом избежать перехода сотношения топливно-воздушной смеси в составе выхлопного газа в сторону превышения компонентов горючей смеси (см. точечную диаграмму на ФИГ.5D).
[0061] В данном воплощении, однако, производится калькуляция значения, соответствующего объему воздуха, потребляемому для повышения давления всасываемого воздуха Р (поправочный член Kg (ФИГ.5G)), которое используется для предоставления уменьшения контрольного объема воздуха в канале GNp, посредством чего подсчитывается значение (скорректированный объем воздуха GNk (ФИГ.5Н)), соответствующее контрольному внутрицилиндровому объему воздуха GNs. Затем, на основе скорректированного объема воздуха GNk устанавливается верхний предел объема впрыска Qgd относительно послевпрыска, что позволяет сохранять соотношение топливно-воздушной смеси в составе выхлопного газа на уровне заранее определенного соотношения.
[0062] По этой причине, даже в случае, когда в момент резкого ускорения двигателя внутреннего сгорания 10 объем воздуха, больший, чем значение, соответствующее внутрицилиндровому объему воздуха GAs, который определен как объем воздуха в канале GAp, установлен верхний предел объема впрыска Qgd, соответствующий внутрицилиндровому объему воздуха GAs, а верхний предел объема впрыска Qgd ограничивает объем впрыска топлива, осуществляемый в процессе послевпрыска. Следовательно, существенным образом ограничивается переход соотношения топливно-воздушной смеси в составе выхлопного газа в сторону превышения в составе компонентов горючей смеси и устраняется ухудшение качества выхлопов, спровоцированного выполнением послевпрыска.
[0063] Как изложено выше, в соответствии с данным воплощением могут быть получены следующие преимущества. (1) Становится возможным ограничить ухудшение качества выхлопов благодаря выполнению послевпрыска.
[0064] (2) В качестве поправочного члена Kg подсчитывается значение, которое при калькуляции скорректированного объема воздуха GNk осуществляет более эффективную редукцию от контрольного объема воздуха в канале GNp при более высокой скорости изменения ΔР давления всасываемого воздуха Р. Следовательно, контрольный объем воздуха в канале GNp может быть подвержен уменьшению в соответствии с тенденцией наличия различий между значениями контрольного объема воздуха в канале GNp и контрольного внутрицилиндрового объема воздуха GNs. Подсчитанное таким способом значение объема воздуха предоставляется в качестве скорретированного объема воздуха GNk.
[0065] Данное воплощение также может быть модифицировано следующими способами.
- Способ калькуляции скорости изменения ΔР в давлении всасываемого воздуха Р может быть произвольно модифицирован пока идет расчет ΔР давления всасываемого воздуха Р на единицу времени. Например, разница между давлением всасываемого воздуха P(i-2), определенным во время исполнительного цикла рестрикционого процесса до предыдущего цикла, и давлением всасываемого воздуха P(i), определенным во время настоящего исполнительного цикла рестрикционного процесса (разница = P(i-2)-P(i)), может быть подсчитана как скорость изменения ΔР.
[0066] Использование скорости вращения двигателя NE в качестве параметра вычисления для поправочного члена Kg может быть опущено.
- Верхний предел объема впрыска может быть установлен при помощи (ПРОЦЕДУРЫ 1) до (ПРОЦЕДУРЫ 3) следующим образом.
(ПРОЦЕДУРА 1) Поправочный член Kgi подсчитывается на основе скорости вращения двигателя NE и скорости изменения ΔР давления всасываемого воздуха Р. В качестве поправочного члена Kgi вычисляется значение, соответствующее объему воздуха, потребляемого на повышение давления всасываемого воздуха Р, и частично представляющее собой объем воздуха в канале GAp. Более точно, чем выше скорость изменения ΔР либо чем ниже скорость вращения двигателя NE, тем меньше негативное значение, подсчитанное в качестве поправочного члена Kgi.
(ПРОЦЕДУРА 2) Скорректированный объем воздуха GApk=(GAp+Kgi) калькулируется посредством подвержения объема воздуха в канале GAp уменьшению при помощи поправочного члена Kgi. Объем воздуха в канале Gap подвергается уменьшению в соответствии с тенденцией возникновения различия между степенью увеличения объема воздуха в канале GAp и степенью увеличения внутрицилиндрового объема воздуха GAs, например, способом, при котором чем больше различие между ними, тем большему уменьшению подвергается объем воздуха в канале GAp. Подсчитанный таким способом объем воздуха в канале предоставляется в качестве значения (вышеупомянутый скорректированный объем воздуха GApk), соответствующего внутрицилиндровому объему воздуха GAs.
(ПРОЦЕДУРА 3) Верхний предел объема впрыска Qgdi устанавливается на основе скорректированного объема воздуха GApk, объема основного впрыска Qm и скорости вращения двигателя NE. После того, как внутрицилиндровый объем воздуха GAs может быть конкретно определен при помощи скорректированного объема воздуха GApk и скорости вращения двигателя NE, значение, которое соответствует объему впрыска топлива, провоцирующего удержание соотношения топливно-воздушной смеси в составе выхлопного газа на уровне, эквивалентном заранее определенному соотношению, устанавливается в качестве верхнего предела объема впрыска Qgdi, с учетом внутрицилиндрового объема воздуха GAs. Более точно, верхний предел объема впрыска Qgdi устанавливается таким образом, что верхний предел объема впрыска Qgdi тем больше, чем больше скорректированный объем воздуха GApk, который подвергся коррекции при помощи поправочного члена Kgi, либо чем меньше объем основного впрыска топлива Qm, либо чем ниже скорость вращения двигателя NE.
[0067] Данное изобретение не ограничивается только устройством впрыска топлива, осуществляющим наравне с впрыском топлива послевпрыск топлива в момент задержки хода выпуска двигателя внутреннего сгорания, но также данное устройство применимо для устройства впрыска топлива, осуществляющего наравне с впрыском топлива послевпрыск топлива непосредственно во время хода выпуска двигателя внутреннего сгорания.
[0068] Устройство впрыска топлива в соответствии с настоящим изобретением также применимо к двигателю внутреннего сгорания, не оснащенному промежуточным охладителем, к двигателю внутреннего сгорания, оснащенному только одним каталитическим нейтрализатором, и к двигателю внутреннего сгорания, не оснащенному каталитическим нейтрализатором.
[0069] Данное изобретение применимо не только к двигателям внутреннего сгорания, оснащенным нагнетателями, приводимыми в действие при помощи выхлопных газов (газоприводные нагнетатели), но также к двигателю внутреннего сгорания, оснащенному нагнетателем, приводимым в действие главным выходным валом или так называемым механическим нагнетателем.
[0070] В соответствии с настоящим изобретением, устройство впрыска топлива применимо к двигателям внутреннего сгорания, оснащенным от одного до трех цилиндров, а также к двигателям внутреннего сгорания, оснащенным пятью и более цилиндрами.
[0071] Наряду с тем, что данное изобретение описано со ссылкой на примеры его воплощений, необходимым является понимание того, что данное изобретение не ограничивается описанными воплощениями или конструкциями. Иначе, данное изобретение покрывает различные модификации и эквивалентные устройства. Кроме того, наряду с тем, что элементы примерных воплощений представлены в различных комбинациях и конфигурациях, прочие комбинации и конфигурации, включающие меньше либо только один элемент, также соответствуют сущности и объему настоящего изобретения.