СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА
METHOD FOR FUEL INJECTION CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способам и системам управления впрыском топлива в системе двигателя, сконфигурированной как с впрыском топлива во впускной канал, так и с непосредственным впрыском топлива.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Двигатели могут быть сконфигурированы топливными форсунками непосредственного впрыска, которые впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр сгорания (непосредственным впрыском), и/или топливными форсунками впрыска во впускной канал, которые впрыскивают топливо во впускной канал цилиндра (впрыском топлива во впускной канал). Непосредственный впрыск (DI) проявляет более высокую эффективность использования топлива и более высокую выходную мощность в дополнение к обеспечению возможности эффекта охлаждения заряда впрыскиваемого топлива. Однако двигатели с непосредственным впрыском обычно имеют более высокие выбросы твердых частиц (или сажи) вследствие диффузного распространения пламени, при котором топливо может не смешиваться в достаточной мере с воздухом до момента сгорания. Впрыск топлива во впускной канал(PFI) обычно обеспечивает более чистые выбросы и высокие рабочие характеристики при низких нагрузках вследствие улучшенного смешивания. В системах двигателя, сконфигурированных каждой из форсунки впрыска во впускной канал и форсунки непосредственного впрыска, присоединенных к каждому цилиндру двигателя, соотношение топлива, подаваемого в данный цилиндр с помощью впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска, может меняться.
Один из примерных подходов показан Биднером и другими в US 8100107. В нем, соотношение разделения впрыска топлива настраивается для уменьшения выбросов твердых частиц (PM). Более точно, во время выбранных условий эксплуатации, таких как на более высоких числах оборотов и нагрузках двигателя, меньшая доля впрыска топлива во впускной канал и большая доля непосредственного впрыска топлива используется, чтобы воспользоваться более высокой выходной мощностью более точного непосредственного впрыска, а также свойствами охлаждения заряда непосредственно впрыснутого топлива. В сравнение, на более низких числах оборотов и нагрузках двигателя, может использоваться более высокая доля впрыска во впускной канал.
Однако изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальные проблемы у такого подхода. Выгоды, ассоциативно связанные с впрыском топлива во впускной канал, могут быть функцией температуры впускного клапана. Более точно, впрыск топлива во впускной канал используется для улучшения выгод экономии топлива вследствие повышенного давления в коллекторе, которое происходит от топлива, испаренного во впускном канале цилиндра, посредством поглощения тепла из впускных клапанов. Испарение впрыснутого впрыском топлива во впускной канал очень хорошо распыляет топливо, тем самым, уменьшая выбросы твердых частиц. Однако могут быть условия в рабочих областях низких чисел оборотов-нагрузок двигателя, где температура впускного клапана не достаточно высока. В дополнение, может быть значительное отклонение от цилиндра к цилиндру по температуре впускного клапана. Если более высокая доля впрыска во впускной канал запланирована для цилиндра, где впускной клапан не прогрет в достаточной мере, выбросы твердых частиц в действительности могут повышаться. Как результат, даже при смещении в направлении большего впрыска во впускной канал, выбросы твердых частиц (PM) могут не понижаться в достаточной мере, чтобы удовлетворять обязательным стандартам низких выбросов PM. В дополнение, вследствие недостаточного испарения топлива, рабочие характеристики двигателя могут ухудшаться.
В одном из примеров, некоторые из вышеприведенных проблем могут быть препоручены способу для двигателя, содержащему настройку соотношения топлива, подаваемого в цилиндр с помощью непосредственного впрыска относительно впрыска во впускной канал, на основании температуры впускного клапана цилиндра. Таким образом, впрыску во впускной канал может даваться возможность во время условий, когда могут применяться выгоды впрыска во впускной канал.
В качестве примера, система двигателя может быть сконфигурирована каждой из форсунки впрыска во впускной канал и форсунки непосредственного впрыска, присоединенных к каждому цилиндру двигателя. В некоторых вариантах осуществления, форсунка впрыска во впускной канал может подавать топливо иного состава и содержания спирта, чем топливо, подаваемое через форсунку непосредственного впрыска. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью формировать исходный профиль впрыска топлива для всех цилиндров двигателя на основании условий эксплуатации, таких как число оборотов двигателя, количество событий сгорания, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов (например, происходит ли горячий запуск или холодный запуск), и т. д. Например, во время холодного запуска двигателя, для первого количества событий сгорания после запуска двигателя, исходный профиль впрыска топлива может включать в себя более высокую долю топлива, подаваемого с помощью непосредственного впрыска, относительно впрыска во впускной канал. По существу, исходный профиль впрыска может быть общим для всех цилиндров двигателя.
Контроллер двигателя затем может модифицировать исходный впрыск топлива для каждого цилиндра двигателя на основании температур впускного клапана отдельных цилиндров. Например, доля топлива, подаваемого с помощью впрыска во впускной канал, может повышаться по мере того, как температура впускного клапана возрастает (например, превышает пороговое значение), для увеличения выгод от впрыска во впускной канал. В дополнение, установка момента впрыска топлива во впускной канал может перемещаться ближе к открыванию впускного клапана по мере того, как возрастает температура. Доля также может настраиваться на основании топлива, впрыскиваемого впрыском во впускной канал, для усиления испарения топлива. В результате специфичной цилиндру настройки профиля впрыска топлива, могут быть цилиндры, имеющие более низкую температуру впускного клапана, работающие с относительно меньшей величиной впрыска топлива во впускной канал, и другие цилиндры, имеющие более высокую температуру впускного клапана, работающие с относительно большей величиной впрыска топлива во впускной канал. Как только достигается пороговое число оборотов двигателя (например, число оборотов холостого хода), все цилиндры двигателя могут переводиться на профиль впрыска топлива холостого хода.
Таким образом, планирование форсунки впрыска во впускной канал может настраиваться на основании температуры впускного клапана цилиндра для улучшения выгод впрыска во впускной канал. Посредством повышения доли топлива, подаваемого через форсунку впрыска во впускной канал, по мере того, как возрастает температура впускного клапана, увеличивается количество топлива, испаренного и гомогенизированного во впускном канале. В дополнение, сокращается время, требуемое для испарения топлива, предоставляя возможность для настройки установки фаз клапанного распределения. Посредством смещения в направлении впрыска во впускной канал во время условий, когда впрыскиваемое впрыском во впускной канал топливо может эффективно испаряться, выбросы твердых частиц снижаются. В дополнение, улучшаются рабочие характеристики двигателя.
Согласно изобретению, предложен способ для двигателя, состоящий в том, что
во время холодного запуска осуществляют переход первого цилиндра с первого профиля впрыска на второй профиль впрыска раньше относительно второго цилиндра в ответ на температуру впускного клапана первого цилиндра, достигающую пороговой температуры раньше, чем температура впускного клапана второго цилиндра, причем первый профиль впрыска имеет более высокую долю непосредственного впрыска топлива относительно второго профиля впрыска.
В одном из вариантов, первый профиль впрыска включает в себя первое, более высокое соотношение непосредственного впрыска топлива относительно впрыска топлива во впускной канал, и при этом второй профиль впрыска включает в себя второе, более низкое соотношение непосредственного впрыска топлива относительно впрыска топлива во впускной канал.
В одном из вариантов, первый профиль впрыска дополнительно включает в себя установку момента впрыска топлива во впускной канал, которая в большей степени подвергнута опережению открывания впускного клапана относительно установки момента впрыска топлива во впускной канал второго профиля впрыска.
В одном из вариантов, пороговая температура основана на содержании спирта для топлива, впрыскиваемого во впускной канал, причем пороговая температура повышается по мере того, как возрастает содержание спирта.
В одном из вариантов, переход первого цилиндра раньше относительно второго цилиндра включает в себя переход первого цилиндра после первого, меньшего количества событий сгорания после запуска двигателя, и переход второго цилиндра после второго, большего количества событий сгорания после запуска двигателя.
В одном из вариантов, переход первого цилиндра раньше дополнительно заключается в том, что после первого количества событий сгорания эксплуатируют первый цилиндр на втором профиле впрыска наряду с тем, что продолжают эксплуатировать второй цилиндр на первом профиле впрыска, а после второго количества событий сгорания, эксплуатируют каждый из первого и второго цилиндра на втором профиле впрыска.
В одном из вариантов, температура впускного клапана первого цилиндра логически выводится на основании положения первого цилиндра в блоке двигателя, и при этом температура впускного клапана второго цилиндра логически выводится на основании положения второго цилиндра в блоке двигателя.
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 изображает примерную камеру сгорания.
Фиг. 2 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для настройки соотношения впрыска топлива во время запуска двигателя.
Фиг. 3 изображает изменение соотношения впрыска топлива в данном цилиндре в качестве функции температуры впускного клапана.
Фиг. 4 демонстрирует изменение соотношения впрыска топлива в 4-цилиндровом двигателе согласно количеству событий сгорания и температуре впускного клапана в каждом цилиндре.
Фиг. 5 сравнивает соотношения впрыска топлива в двух цилиндрах 4-цилиндрового двигателя.
Фиг. 6 показывает зависимость между температурой впускного клапана и количествами топлива, впрыскиваемыми с помощью непосредственного впрыска и впрыска во впускной канал.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее описание относится к системам и способам для настройки плана впрыска топлива двигателя, такого как в системе двигателя по фиг. 1. Контроллер двигателя может настраивать план впрыска топлива, включающий в себя количество топлива, впрыскиваемого непосредственным впрыском, относительно количества топлива, впрыскиваемого впрыском во впускной канал в цилиндр двигателя, на основании условий эксплуатации двигателя, в том числе, температуры впускного клапана, как показано в примерной процедуре по фиг. 2. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 2-5, настройка может быть основана на количестве событий сгорания, температуре каталитического нейтрализатора отработавших газов (например, условиях горячего запуска или холодного запуска), а также температуре впускного клапана. Например, по мере того, как температура впускного клапана переходит пороговое значение, большее количество топлива может впрыскиваться с помощью впрыска во впускной канал. Посредством осуществления перехода впрыска топлива с относительно большей величины непосредственного впрыска на относительно большую величину впрыска во впускной канал по мере того, как возрастает температура впускного клапана, как показано на фиг. 6, могут регулироваться выбросы отработавших газов.
Фиг. 1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 14 (то есть, камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера (не показан) может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг. 1 показывает двигатель 10, сконфигурированный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, скомпонованный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176 в системе выпуска, скомпонованную вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от отработавших газов через вал 180, где устройство наддува сконфигурировано в качестве турбонагнетателя. Однако, в других примерах, таких как где двигатель 10 снабжен нагнетателем, турбина 176 с приводом от отработавших газов, по выбору, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 может быть любым пригодным датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения отработавших газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода отработавших газов), двухрежимный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий, контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на приводы 152 и 154, для управления открыванием и закрыванием соответственных впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответственными датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь тип электрического клапанного привода или тип кулачкового привода, либо их комбинацию. Установка фаз распределения впускных и выпускных клапанов может управляться одновременно, или может использоваться любая из возможности регулируемой установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов, регулируемой установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, сдвоенной независимой установки фаз кулачкового распределения или постоянной установки фаз кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода, либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется непосредственный впрыск, вследствие его воздействия на работу двигателя с детонацией.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, в выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, таких как где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя две топливных форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW-1, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что фиг. 1 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе вследствие низкой летучести некоторых спиртосодержащих видов топлива. В качестве альтернативы, форсунка может быть расположена выше и возле впускного клапана для улучшения смешивания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливный бак, топливные насосы, направляющую-распределитель для топлива и формирователь 168. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, установка момента непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. Кроме того, несмотря на то, что не показано, топливный бак может иметь измерительный преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана скомпонованной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве впрыска топлива во впускной канал (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI»), во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW-2, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 топливной системой 172.
В изображенном варианте осуществления, топливные форсунки 166 и 170 обе питаются топливом общей топливной системой 172. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, таких как где форсунка 170 впрыска во впускной канал может подавать топливо иного состава или содержания спирта, чем топливо, подаваемое форсункой 166 непосредственного впрыска, две форсунки могут быть присоединены к отдельным топливным системам, включающим в себя соответственные топливные баки.
Топливо может подаваться обеими форсунками в цилиндр в течение одиночного цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть полного впрыска топлива, который подвергается сгоранию в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого из каждой форсунки, может меняться в зависимости от условий эксплуатации, таких как число оборотов двигателя и/или температура впускного клапана, как описано в материалах настоящей заявки. Относительное распределение совокупного впрыскиваемого топлива среди форсунок 166 и 170 моет указываться ссылкой как соотношение впрыска. Например, впрыск большего количества топлива для события сгорания через форсунку 170 (впрыска во впускной канал) может быть примером более высокого соотношения оконного и непосредственного впрыска наряду с тем, что впрыск большего количества топлива для события сгорания через форсунку 166 (непосредственного впрыска) может быть более низким соотношением оконного и непосредственного впрыска. Отметим, что таковые являются всего лишь примерами разных соотношений впрыска, и могут использоваться различные другие соотношения впрыска.
Подобным образом, подача топлива для каждого события сгорания может происходить согласно профилю впрыска топлива, который может включать в себя совокупную величину(ы) впрыска топлива, количество впрысков, соотношения впрыска, установки момента впрыска, и т.д.
Дополнительно, должно быть принято во внимание, что впрыскиваемое впрыском во впускной канал топливо может подаваться во время события открытого впускного клапана, события закрытого впускного клапана (например, по существу после такта впуска, к примеру, во время такта выпуска), а также во время работы как с открытым, так и закрытым впускным клапаном. Подобным образом, непосредственно впрыскиваемое топливо, например, может подаваться во время такта впуска, а также частично во время предшествующего такта выпуска, во время такта впуска и частично во время такта сжатия. Кроме того, непосредственно впрыскиваемое топливо может подаваться в качестве одиночного впрыска или множественных впрысков. Таковые могут включать в себя многочисленные впрыски во время такта сжатия, многочисленные впрыски во время такта впуска или комбинацию некоторого количества непосредственных впрысков во время такта сжатия и некоторого количества во время такта впуска.
По существу, даже для одиночного события сгорания, топливо может впрыскиваться с разными установками момента для форсунки оконного и непосредственного впрыска. Кроме того, для одиночного события сгорания, многочисленные впрыски подаваемого топлива могут выполняться за каждый цикл. Многочисленные впрыски могут выполняться в течение такта сжатия, такта впуска или любой надлежащей их комбинации.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания, и т.д.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Таковые включают в себя отличия по размеру, например, одна форсунка может иметь большее отверстие для впрыска, чем другая. Другие отличия включают в себя, но не в качестве ограничения, разные углы факела распыла, разные рабочие температуры, разное нацеливание, разную установку момента впрыска, разные характеристики факела распыла, разные расположения, и т.д. Сверх того, в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива среди форсунок 170 и 166, могут достигаться разные эффекты.
Топливный бак в топливной системе 172 может хранить топливо с разными качествами топлива, такими как разные составы топлива. Эти отличия могут включать в себя разное содержание спирта, разное октановое число, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их комбинации, и т. д. В одном из примеров, топливо с разным содержанием спиртов могло бы включать в себя бы смеси бензина, этилового спирта, метилового спирта или спиртов, такие как E85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта и 15% бензина) или M85 (которая приблизительно является 85% метилового спирта и 15% бензина). Другие спиртосодержащие виды топлива могли бы быть смесью спирта и воды, смесью спирта, воды и бензина, и т.д.
Более того, характеристики топлива топливного бака могут часто меняться. В одном из примеров, водитель может дозаправлять топливную систему 172 с помощью E85 в один день, а E10 на следующий, и E50 на следующий. Ежедневные изменения дозаправки бака топливом, таким образом, могут приводить к частому изменению составов топлива у топлива в топливной системе 172, тем самым, оказывая влияние на профиль впрыска топлива у топлива, подаваемого форсунками 166 и 170.
Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 2, контроллер может настраивать профиль впрыска топлива во время первого события сгорания в цилиндре на основании того, является ли запуск двигателя горячим запуском или холодным запуском. Соотношение впрыска топлива может настраиваться, чтобы извлекать выгоду из парообразующих воздействий горячего впускного клапана на топливо, впрыснутое через форсунку впрыска во впускной канал во время горячего запуска двигателя. Если запуск двигателя является холодным, соотношение может настраиваться для улучшения выбросов во время холодного запуска, к примеру, с подачей большей доли непосредственно впрыскиваемого топлива во время такта сжатия для некоторого начального количества событий сгорания. Первый профиль впрыска может использоваться при холодном запуске двигателя с предопределенным соотношением впрыска, которое основано на температуре каталитического нейтрализатора отработавших газов и содержании спирта топлива, где выбранное соотношение может давать возможность ускоренного прогрева каталитического нейтрализатора отработавших газов. Первый профиль впрыска может продолжаться на проворачивание коленчатого вала двигателя до тех пор, пока не превышена пороговая температура впускного клапана. Затем, впрыск топлива может переводиться на второй, иной профиль впрыска, имеющий иное соотношение впрыска, которое использует преимущества выгод впрыска во впускной канал.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую оперативную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе.
Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Далее, с обращением к фиг. 2, показана примерная процедура 200 для управления впрыском топлива в цилиндр двигателя, включающий в себя (первую) форсунку впрыска во впускной канал и (вторую) форсунку непосредственного впрыска, во время запуска двигателя на основании условий запуска двигателя.
На 202, могут оцениваться и/или измеряться условия эксплуатации двигателя. Таковые, например, могут включать в себя число оборотов двигателя (Ne), нагрузку двигателя, отношение количества воздуха к количеству впрыскиваемого топлива (AFR) цилиндра, температуру двигателя (например, в качестве логически выведенной по температуре охлаждающей жидкости двигателя), температуру каталитического нейтрализатора отработавших газов (Tcat), температуру впускного клапана каждого цилиндра, требуемый крутящий момент, и т.д. Температура впускного клапана (IVT) конкретного цилиндра может логически выводиться на основании одного или более из нагрузки цилиндра, температуры охлаждающей жидкости и расположения конкретного цилиндра в блоке двигателя. Например, в двигателе, содержащем четыре цилиндра, скомпонованных рядным образом, два внешних цилиндра могут быть более холодными, в то время как два внутренних цилиндра могут быть более горячими. В еще одном примере, в котором двигатель содержит встроенный выпускной коллектор, температуры впускных клапанов каждого цилиндра могут быть зависящими от расположения охлаждающего контура относительно головок блока цилиндров. Здесь, впускные клапаны цилиндров, находящихся ближе к охлаждающему контуру, могут быть горячее, чем у цилиндров, находящихся дальше от охлаждающего контура.
На 204, может оцениваться и/или определяться содержание спирта впрыскиваемого топлива. В одном из примеров, содержание спирта топлива в топливном баке может оцениваться после каждого события дозаправки топливом топливного бака. Оценка может быть основана на одном или более эмпирических способов, а кроме того, основана на входных сигналах от водителя транспортного средства. В вариантах осуществления, где форсунка впрыска во впускной канал выполнена с возможностью впрыскивать первое топливо (с первым содержанием спирта), а форсунка непосредственного впрыска выполнена с возможностью впрыскивать второе топливо (с вторым, иным содержанием спирта), процедура включает в себя оценивание содержания спирта каждого из впрыскиваемого впрыском во впускной канал и впрыскиваемого непосредственным впрыском топлива.
На 206, может определяться, присутствует ли состояние холодного запуска двигателя. По существу, холодный запуск двигателя может включать в себя начальный запуск двигателя из режима остановки. В одном из примеров, состояние холодного запуска двигателя может подтверждаться, если температура двигателя находится ниже порогового значения, и температура каталитического нейтрализатора находится ниже порогового значения (к примеру, ниже температуры розжига). По существу, во время холодного запуска двигателя, температура впускного клапана по существу всех цилиндров двигателя может быть ниже порогового значения.
В ответ на состояние холодного запуска двигателя, на 212, процедура включает в себя эксплуатацию двигателя с первым, исходным профилем впрыска топлива холодного запуска для ускорения ввода в действие каталитического нейтрализатора. Эксплуатация с первым профилем впрыска холодного запуска включает в себя, во время первого события сгорания после запуска двигателя и некоторое количество событий сгорания после запуска двигателя, выдачу более высокой доли непосредственно впрыскиваемого топлива относительно впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал. В дополнение, большее количество непосредственно впрыскиваемого топлива может подаваться в качестве впрыска в такте сжатия по сравнению с впрыском в такте впуска. Здесь, непосредственный впрыск топлива во время такта сжатия может преимущественно использоваться для улучшения испарения топлива и прогрева двигателя и каталитического нейтрализатора, тем самым, улучшая рабочие характеристики двигателя и каталитического нейтрализатора в условиях запуска двигателя.
Первый профиль впрыска топлива холодного запуска также может включать в себя первое соотношение топлива (соотношение величины впрыска во впускной канал относительно величины непосредственного впрыска), которое настраивается на основании оцененного содержания спирта топлива. Например, по мере того, как содержание спирта топлива возрастает, доля топлива, которое впрыскивается впрыском во впускной канал, может дополнительно понижаться, а доля непосредственно впрыскиваемого топлива может повышаться соответствующим образом. В качестве примера, когда впрыскиваемым топливом является E10 (имеющее более низкое содержание спирта), первое соотношение может включать в себя 35% впрыска во впускной канал: 65% непосредственного впрыска. В сравнении, когда впрыскиваемым топливом является E85 (имеющее более высокое содержание спирта), первое соотношение может включать в себя 10% впрыска во впускной канал: 90% непосредственного впрыска.
Первый профиль впрыска холодного запуска и соотношение холодного запуска могут дополнительно настраиваться на основании температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов. Например, по мере того, как возрастает разность между температурой каталитического нейтрализатора и пороговой температурой (например, температурой розжига) при холодном запуске (то есть, каталитический нейтрализатор является более холодным), может использоваться относительно меньший впрыск во впускной канал. Например, по мере того, как температура каталитического нейтрализатора возрастает, а кроме того, после того, как температура впускного клапана данного цилиндра повысилась выше порогового значения, доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может увеличиваться с определенным приращением.
Впрыск топлива с первым профилем впрыска может продолжаться в течение некоторого количества событий сгорания после запуска двигателя. На 214, температура впускного клапана для каждого цилиндра может повторно оцениваться, и может определяться, находится ли температура впускного клапана (IVT) в пределах следующего цилиндра для зажигания выше, чем пороговое значение. Пороговое значение может калиброваться на основании рабочих характеристик двигателя, как по выбросам, так и стабильности. Пороговое значение дополнительно может быть основано на содержании спирта впрыскиваемого топлива (например, впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал). Таким образом, по мере того, как содержание спирта впрыскиваемого топлива возрастает, пороговое значение может повышаться. Например, при эксплуатации двигателя на топливе с низким содержанием спирта, таком как этаноловая смесь, содержащая в себе 10% этилового спирта, пороговое значение может быть более низким, и смещение профиля впрыска в направлении более высокой доли впрыска топлива во впускной канал может выполняться при более низкой температуре впускного клапана. В сравнение, при эксплуатации двигателя на топливе, содержащем в себе более высокое содержание спирта, таком как этаноловая смесь, содержащая 85% этилового спирта, пороговое значение может быть более высоким, и смещение профиля впрыска в направлении более высокой доли впрыска топлива во впускной канал может выполняться при более высокой температуре впускного клапана. Посредством настройки порогового значения на основании содержания спирта топлива, профиль впрыска топлива может учитывать более высокую теплоту парообразования этаноловых видов топлива.
По существу, в вариантах осуществления, где первое топливо подается в цилиндр с помощью впрыска во впускной канал, а второе топливо подается в цилиндр с помощью непосредственного впрыска, соотношение впрыска топлива может настраиваться на основании содержания спирта впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал.
По существу, перед каждым событием сгорания в цилиндре, может оцениваться температура впускного клапана (IVT) цилиндра, который будет работающим. Если IVT для следующего цилиндра для зажигания определена находящейся ниже порогового значения, на 216, первый профиль впрыска холодного запуска с более низкой долей впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может продолжаться соотношением впрыска, настраиваемым на основании количества событий сгорания после запуска. В одном из примеров, по мере того, как возрастает количество событий сгорания после запуска двигателя, соотношение впрыска топлива (между впрыскиваемым непосредственным впрыском и впрыскиваемым впрыском во впускной канал топливом) может поддерживаться наряду с тем, что постепенно повышающаяся доля непосредственно впрыскиваемого топлива может подаваться в такте впуска относительно такта сжатия. Например, соотношение впрыска топлива может включать в себя DI в такте впуска: DI в такте сжатия: PFI со значением 35:30:35. В еще одном примере, по мере того, как возрастает количество событий сгорания после запуска двигателя, профиль впрыска холодного запуска может настраиваться, чтобы выдавать более высокую долю впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал относительно непосредственно впрыскиваемого топлива. Однако, увеличение впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал в ответ на увеличение количества событий сгорания может быть меньшим, чем соответствующее увеличение впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал, когда IVT возрастает выше порогового значения. По существу, всякий раз, когда профиль впрыска включает в себя увеличение количества впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал, количество впрыскиваемого непосредственным впрыском топлива может соответствующим образом уменьшаться, чтобы сохранять общую величину впрыска топлива.
Если IVT определена находящейся выше порогового значения в конкретном цилиндре, на 218, контроллер может осуществлять переход впрыска топлива в данном цилиндре двигателя на второй профиль впрыска, имеющий иное соотношение впрыска. Эксплуатация двигателя со вторым профилем впрыска включает в себя выдачу более высокой доли впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал относительно выдаваемой во время первого профиля впрыска. Повышение величины впрыска во впускной канал может быть основано по меньшей мере на IVT, а также на количестве событий сгорания в цилиндре. По существу, количество непосредственно впрыскиваемого топлива может уменьшаться относительно количества, выдаваемого во время первого профиля впрыска, по мере того, как возрастает величина впрыска во впускной канал.
Фиг. 6 демонстрирует примерное изменение доли топлива впрыска во впускной канал относительно доли топлива непосредственного впрыска по мере того, как IVT возрастает в данном цилиндре двигателя. Отображение 600 показывает температуру впускного клапана, графически изображенную по оси x, и количество впрыскиваемого топлива по оси y. График 602 представляет количество топлива, впрыскиваемого через форсунку впрыска во впускной канал, а график 604 представляет количество непосредственно впрыскиваемого топлива. Линия 603 представляет холодный запуск. При холодном запуске, когда IVT в данном цилиндре является более низким и находится ниже порогового значения, доля непосредственно впрыскиваемого топлива (график 604) является значительно более высокой, чем у впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал (график 602). Но, по мере того, как IVT для данного цилиндра возрастает, доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может увеличиваться с соответствующим уменьшением непосредственно впрыскиваемого топлива. Посредством использования более высокого соотношения впрыска во впускной канал по мере того, как возрастает температура впускного клапана, топливо может испаряться и распыляться во впускном канале цилиндра, поглощая тепло из впускных клапанов. Рабочие характеристики двигателя могут улучшаться с улучшенной экономией топлива и пониженными выбросами твердых частиц.
Возвращаясь к процедуре 200, на 218, соотношение впрыска топлива в данном цилиндре может непрерывно настраиваться на основании IVT. Например, на каждом событии сгорания в цилиндре, IVT может повторно оцениваться и, по мере того, как она возрастает сверх порогового значения, более высокой доле впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может даваться возможность для такого события сгорания в цилиндре. Более точно, доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может возрастать по мере того, как IVT повышается в течение цикла двигателя. В одном из примеров, когда IVT находится на или едва выше порогового значения, доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может иметь значение 20% общего количества впрыскиваемого топлива. По мере того, как IVT возрастает, доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может повышаться дальше до 100%. Это может включать в себя постепенное увеличение относительной длительности включения форсунки впрыска во впускной канал наряду с постепенным уменьшением относительной длительности включения форсунок непосредственного впрыска. Однако увеличение количеств впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может ограничиваться, в особенности на высоких числах оборотов, когда преимущества непосредственного впрыска перевешивают выгоды от впрыска во впускной канал. По существу, IVT для данного цилиндра может оцениваться в начале каждого события сгорания, и соотношение впрыска может дополнительно настраиваться.
В дополнение к увеличению доли топлива, впрыскиваемого через форсунку впрыска во впускной канал в данном цилиндре, установка момента впрыска во впускной канал может подвергаться запаздыванию в направлении открывания впускного клапана. Например, когда первый профиль впрыска используется во время холодного запуска, небольшая часть топлива может впрыскиваться через форсунку впрыска во впускной канал за 60 градусов до того, как поршень достигает положения верхней мертвой точки (ВМТ, TDC) такта выпуска. По мере того, как IVT возрастает выше порогового значения в том же самом цилиндре, и выполняется переход на второй профиль впрыска, большая доля топлива может впрыскиваться через форсунку впрыска во впускной канал за 30 градусов до того, как поршень достигает положения ВМТ такта выпуска.
Будет принято во внимание, что повышение соотношения впрыска во впускной канал у профиля впрыска холодного запуска (на 218) основано на каждом из IVT и количества событий сгорания. Таким образом, более высокая доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал относительно непосредственно впрыскиваемого топлива может подаваться по мере того, как IVT возрастает, и в то время как некоторое количество событий сгорания после запуска двигателя истекает до того, как достигнута пороговая температура. После этого, увеличение впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может быть основано на количестве событий сгорания после запуска двигателя. По существу, после того, как истекло пороговое количество событий сгорания после запуска двигателя, двигатель может переходить с профиля впрыска топлива холодного запуска на профиль впрыска топлива холостого хода двигателя.
Далее, возвращаясь на 206, если состояние холодного запуска двигателя не определено, на 208, может подтверждаться состояние горячего запуска. По существу, горячий запуск двигателя может включать в себя перезапуск двигателя, при этом, двигатель перезапускается вскоре после предыдущей остановки двигателя. В одном из примеров, состояние горячего запуска двигателя может подтверждаться, если температура двигателя и/или температура каталитического нейтрализатора находится выше порогового значения. Если горячий запуск не подтвержден, процедура 200 заканчивается.
Если, на 208, подтвержден горячий запуск, процедура 200 может эксплуатировать двигатель с профилем впрыска горячего запуска, который может определяться на основании числа оборотов двигателя и содержания спирта топлива, а кроме того, на основании температуры впускного клапана для каждого работающего цилиндра. Профиль может включать в себя более высокую долю впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал относительно профиля холодного запуска, чтобы использовать преимущества впускного клапана, являющегося достаточно горячим, чтобы испарять топливо, впрыснутое во впускной канал. Это соотношение впрыска может использоваться в особенности на низких числах оборотов двигателя, когда впрыск во впускной канал дает лучшие рабочие характеристики и более низкие выбросы. По мере того, как число оборотов двигателя повышается, количество топлива, впрыскиваемого через форсунку впрыска во впускной канал, может уменьшаться. Кроме того, количество топлива, впрыскиваемого через форсунку непосредственного впрыска, может увеличиваться, чтобы давать более высокую выходную мощность и эффективность использования топлива. Дополнительно, непосредственный впрыск топлива может использоваться для использования преимуществ его свойств охлаждения заряда.
Таким образом, контроллер может выполнять процедуру 200 для настройки соотношения впрыска топлива во время запуска двигателя. Первое соотношение впрыска во время холодных запусков может быть основано на числе оборотов двигателя, количестве событий сгорания и содержании спирта топлива. Здесь, доля топлива, подаваемого с помощью впрыска топлива во впускной канал, дополнительно может зависеть от температуры впускного клапана. При низких температурах двигателя, доля топлива, подаваемого с помощью впрыска во впускной канал, может быть более низкой относительно выдаваемой непосредственным впрыском топлива, чтобы улучшать выбросы. Впрыск меньшей доли впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал, когда впускной клапан является холодным, также может уменьшать образование лужиц топлива во впускном канале. По мере того, как IVT для цилиндра на каждом событии сгорания поднимается выше порогового значения, профиль впрыска может смещаться в направлении подачи более высокой доли топлива с помощью впрыска во впускной канал, где оно может испаряться, поглощая тепло из впускного клапана. Однако, на более высоких числах оборотов и нагрузках двигателя, большая доля непосредственного впрыска топлива может использоваться, чтобы выдавать более высокую выходную мощность. Профиль впрыска может дополнительно модифицироваться на основании содержания спирта топлива, чтобы учитывать разные теплоту парообразования и точки кипения топлива.
Фиг. 3 показывает многомерные характеристики 310 и 320, изображающие установку фаз клапанного распределения, положение поршня и профиль впрыска относительно положения двигателя, для одного из цилиндров двигателя. Во время запуска двигателя, в то время как двигатель подвергается проворачиванию коленчатого вала, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью настраивать профиль впрыска топлива у топлива, подаваемого в цилиндр. В частности, топливо может подаваться в качестве первого профиля во время запуска двигателя, а затем, переключаться на второй, иной профиль на основании IVT и количества событий сгорания. Профили впрыска топлива могут включать в себя долю топлива, подаваемого в цилиндр в качестве впрыска во впускной канал, и оставшуюся долю топлива, подаваемого в цилиндр в качестве непосредственного впрыска. Фиг. 3 показывает примерный профиль впрыска по мере того, как он меняется в зависимости от IVT и количества событий сгорания, в том же самом цилиндре. Профиль холодного запуска показан на многомерной характеристике 310, тогда как многомерная характеристика 320 показывает профиль впрыска на более позднем событии сгорания, в то время как IVT возрастает выше порогового значения.
Многомерные характеристики 310 и 320 иллюстрируют положение двигателя по оси x в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD). Кривая 308 изображает положения поршня (вдоль оси y), со ссылкой на их расположения от верхней мертвой точки (ВМТ) и/или нижней мертвой точки (НМТ), и кроме того, со ссылкой на их расположение в пределах четырех тактов (впуска, сжатия, рабочего и выпуска) цикла двигателя. Как указано синусоидальной кривой 308, поршень постепенно перемещается вниз от ВМТ, доходя до низшей точки в НМТ к концу рабочего такта. Поршень затем возвращается вверх, в ВМТ, к концу такта выпуска. Поршень затем вновь перемещается обратно вниз, по направлению к НМТ, в течение такта впуска, возвращаясь в свое исходное верхнее положение в ВМТ к концу такта сжатия.
Кривые 302 и 304 изображают установки фаз клапанного распределения для выпускного клапана (пунктирная кривая 302) и впускного клапана (сплошная кривая 304) во время нормальной работы двигателя. Как проиллюстрировано, выпускной клапан может открываться наравне с тем, как поршень доходит до нижней точки в конце рабочего такта. Выпускной клапан затем может закрываться, в то время как поршень завершает такт выпуска, оставаясь открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начался следующий такт впуска. Таким же образом, впускной клапан может открываться в или раньше начала такта впуска и может оставаться открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начался следующий такт сжатия.
В результате различий установки фаз между закрыванием выпускного клапана и открыванием впускного клапана, в течение короткой длительности, до окончания такта выпуска и после начала такта впуска, оба, впускной и выпускной, клапаны, могут быть открыты. Этот период, в течение которого оба клапана могут быть открыты, указывается ссылкой как положительное перекрытие 306 впускного и выпускного клапанов (или просто положительное перекрытие клапанов), представленное заштрихованной областью на пересечении кривых 302 и 304. В одном из примеров, положительное перекрытие 306 впускного и выпускного клапанов может быть устанавливаемым по умолчанию положением кулачков двигателя, присутствующих во время холодного запуска двигателя.
Третий график (сверху) многомерной характеристики 310 изображает примерный профиль впрыска топлива, который может использоваться при холодном запуске двигателя, во время проворачивания коленчатого вала двигателя, чтобы уменьшать количество выбросов отработавших газов при запуске двигателя, не ухудшая стабильность сгорания двигателя. Третий график (сверху) многомерной характеристики 320 изображает примерный профиль впрыска топлива, который может использоваться во время фазы холостого хода, когда температура впускного клапана (график 322) превысила минимальное пороговое значение (линию 321), и в то время как двигатель находится на или выше числа оборотов холостого хода. В качестве альтернативы, профиль впрыска может настраиваться на основании количества событий сгорания после запуска двигателя с частью топлива, впрыскиваемого впрыском во впускной канал (заштрихованный блок), и частью топлива, впрыскиваемого непосредственно (точечные блоки).
Как упомянуто ранее, многомерные характеристики 310 и 320 представляют разные события сгорания в одном и том же цилиндре, например, для цилиндра 1 в 4-цилиндровом рядном двигателе.
В примере, изображенном многомерной характеристикой 310, изображен профиль впрыска топлива, используемый во время первого события сгорания после запуска двигателя. Здесь, запуск двигателя является холодным запуском двигателя.
Контроллер двигателя выполнен с возможностью выдавать совокупное количество топливо в цилиндр в качестве первого впрыска во впускной канал, изображенного на 312 (заштрихованный блок), второго непосредственного впрыска, изображенного на 313 (точечный блок), и третьего непосредственного впрыска, изображенного на 314 (точечный блок). Первый впрыск во впускной канал 312 может включать в себя первую меньшую часть топлива (P1), которая впрыскивается впрыском во впускной канал с первыми временными характеристиками, CAD1. В частности, первая часть топлива подвергается впрыску во впускной канал во время события закрытого впускного клапана (то есть, во время такта выпуска). Затем, оставшаяся большая часть топлива непосредственно впрыскивается в течение многочисленных впрысков (здесь, двух впрысков). В частности, вторая часть топлива (D2) непосредственно впрыскивается в качестве первого впрыска в такте впуска с CAD2 наряду с тем, что третья часть топлива (D3) непосредственно впрыскивается в качестве второго впрыска в такте сжатия с CAD3. В одном из примеров, топливо может подаваться с соотношением 65:35 непосредственного впрыскиваемого к впрыскиваемому впрыском топлива во впускной канал.
Доля топлива, подаваемого в качестве впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска может быть основана на температуре впускного клапана (IVT). IVT может логически выводиться в начале события сгорания в данном цилиндре, и соотношение впрыска для такого события сгорания может выбираться на основании IVT, находящейся выше или ниже, чем пороговое значение. Более точно, IVT определяет долю впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал в соотношении впрыска. Например, в многомерной характеристике 310, IVT (график 322) постепенно повышается на протяжении события сгорания номер 1, но остается ниже порогового значения (линия 321), в то время как событие сгорания заканчивается в ВМТ такта сжатия. Поэтому, впускной клапан может не быть достаточно горячим, чтобы испарять впрыснутое впрыском во впускной канал топливо, и контроллер может выбирать меньшую долю топлива, которое должно впрыскиваться впрыском во впускной канал. В одном из примеров, при холодном запуске, подаваемая доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может иметь значение 10% наряду с тем, что 90% топлива может впрыскиваться непосредственным впрыском. В еще одном примере, топливо может не впрыскиваться через форсунку впрыска во впускной канал и может полностью подаваться форсункой непосредственного впрыска.
В изображенном примере многомерной характеристики 310, посредством впрыска во впускной канал меньшей части топлива и непосредственного впрыска большей части топлива, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов может быстро повышаться до температуры розжига без повышения выбросов твердых частиц и ухудшения стабильности сгорания в двигателе. Это уменьшает выбросы при запуске двигателя, тем временем, улучшая экономию топлива.
В примере, показанном на многомерной характеристике 320, изображен профиль впрыска топлива, используемый во время третьего события сгорания после запуска двигателя в том же самом цилиндре (например, цилиндре 1). Здесь, двигатель находится на числе оборотов холостого хода двигателя, и IVT превышает пороговое значение (линию 321) во время рабочего такта предыдущего события сгорания в данном цилиндре. Многомерная характеристика 320 является третьим событием сгорания в цилиндре, контроллер двигателя выполнен с возможностью выдавать общее количество топлива в цилиндр в качестве первой доли впрыска во впускной канал, изображенной под 316 (заштрихованный блок), и второй доли непосредственного впрыска, изображенной под 318 (точечный блок). Событие впрыска во время такта сжатия может быть деактивировано. Впрыск во впускной канал 316 может включать в себя первую часть топлива (P3), которая впрыскивается в CAD4 во время такта выпуска. В частности, первая часть топлива впрыскивается впрыском во впускной канал во время события закрытого впускного клапана, но позже в такте выпуска по сравнению с 312 в CAD1. Более точно, многомерная характеристика 320 изображает впрыск во впускной канал 316 на установке момента, подвергнутой запаздыванию в большей степени в направлении открывания впускного клапана относительно впрыска во впускной канал 312 на многомерной характеристике 310. Оставшаяся меньшая часть топлива (D4) впрыскивается непосредственно в CAD5 во время события открытого впускного клапана (то есть, во время такта впуска). В этом примере, CAD5 на многомерной характеристике 320 является такой же установкой момента, как CAD3 многомерной характеристики 310.
Доля топлива, подаваемого в качестве впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска, может быть основана на температуре впускного клапана (IVT). Например, на многомерной характеристике 320, IVT (график 322) находится выше, чем пороговое значение (линия 321), в то время как начинается такт выпуска. Поэтому впускной клапан может быть достаточно горяч, чтобы испарять и распылять впрыснутое впрыском во впускной канал топливо, и контроллер может выбирать большую долю топлива, которое должно впрыскиваться впрыском во впускной канал. Многомерная характеристика 320 изображает долю впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал (P3) в качестве значительно большей величины, чем доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал (P1) на многомерной характеристике 310, когда IVT находится ниже порогового значения. Многомерная характеристика 320 также показывает P3 в качестве являющейся слегка большей величиной, чем непосредственно впрыскиваемое топливо (D4). В одном из примеров, после того, как IVT находится выше, чем пороговое значение, подаваемая доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может настраиваться на 70% наряду с тем, что 30% топлива могут впрыскиваться непосредственным впрыском.
Будет принято во внимание, что выбранное соотношение впрыска дополнительно может быть основано на теплоте парообразования и температуре испарения топлива. Другие параметры могут включать в себя температуру топлива, установку фаз распределения впускных клапанов, временные характеристики впрыска и число оборотов двигателя. Температура клапана может использоваться для определения теплоемкости впускного клапана наряду с тем, что теплота парообразования и температура топлива дают количество тепла, которое забирается с клапана для испарения топлива. Время, имеющееся в распоряжении для испарения топлива, может определяться временем, имеющимся в распоряжении для каждого впрыска от момента времени, когда он впрыскивается, до момента времени, когда открывается впускной клапан. Это функция числа оборотов двигателя, временных характеристик впрыска и установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов. Поэтому, планирование впрыска топлива во впускной канал для получения максимальной выгоды может быть функцией всех параметров, перечисленных выше.
В варианте осуществления, описанном в материалах настоящей заявки, исходный профиль впрыска главным образом может планироваться в качестве функции количества событий сгорания и числа оборотов двигателя для данного типа топлива. Этот профиль может настраиваться в каждом цилиндре на основании температуры впускного клапана такого цилиндра. Посредством выбора соотношения впрыска топлива на основании температуры впускного клапана, при котором доля топлива, впрыскиваемого впрыском во впускной канал, возрастает по мере того, как поднимается IVT, могут использоваться выгоды, ассоциативно связанные с впрыском топлива во впускной канал. Впрыскиваемое впрыском во впускной канал топливо может испаряться быстрее и гомогенизироваться во впускном канале по мере того, как возрастает температура впускного клапана, тем самым улучшая выбросы.
Дополнительные модификации в отношении модели могут быть основаны на других входных сигналов. Например, профиль впрыска может быть модифицирован в качестве функции процентного содержания этилового спирта, содержащегося в топливе, чтобы учитывать расхождение теплоты парообразования и температуры испарения (точки кипения) топлива.
Далее, с обращением к фиг. 4, на которой многомерная характеристика 400 изображает примерное изменение величин впрыска топлива в 4-цилиндровом двигателе по мере того, как количества событий сгорания возрастают от холодного запуска. Изображенный пример предназначен для 4-цилиндрового рядного двигателя с последовательностью работы цилиндров 1-3-4-2.
Многомерная характеристика 400 иллюстрирует количество событий сгорания вдоль оси x и включает в себя графики соотношения впрыска для каждого цилиндра в 4-цилиндровом двигателе. Верхний график предназначен для Цилиндра 1, который работает первым, второй график (сверху) предназначен для Цилиндра 3, который работает вторым, третий график (сверху) предназначен для Цилиндра 4, который работает третьим, последний график предназначен для Цилиндра 2, который работает четвертым, вслед за чем цикл повторяется. Каждый впрыск включает в себя часть топлива, впрыснутого через форсунку впрыска во впускной канал (412), и часть топлива, впрыснутого через форсунку непосредственного впрыска (414). Часть впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал указана блоком с перекрестной диагональной штриховкой наряду с тем, что часть непосредственно впрыскиваемого топлива указана точечным блоком. График 422 представляет температуру впускного клапана (IVT), а линия 421 представляет собой пороговую температуру. Линия 423 разделяет события сгорания на первую фазу холодного запуска (слева) и вторую фазу холостого хода (справа).
При холодном запуске двигателя, в то время как цилиндр 1 подвергается первому событию сгорания в цилиндре, IVT находится значительно ниже, чем пороговое значение (421), и выбирается соотношение впрыска, которое включает в себя меньшую часть впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал и большую часть непосредственно впрыскиваемого топлива. Поскольку IVT во всех цилиндрах для первых 4 событий сгорания находится ниже порогового значения, исходный профиль впрыска топлива для всех цилиндров двигателя включает в себя соотношение впрыска с более высокой долей топлива, подаваемого с помощью непосредственного впрыска, относительно впрыска во впускной канал.
На событии сгорания номер 6, IVT в цилиндре 3 находится слегка ниже порогового значения (линия 421), и контроллер может увеличивать долю впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал на задаваемую приращениями величину. Более точно, IVT может активно контролироваться, и доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может постепенно увеличиваться по мере того, как IVT приближается к пороговому значению. В еще одном варианте осуществления, контроллер может поддерживать первый профиль впрыска, включающий в себя соотношение впрыска топлива с меньшей долей впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал, до тех пор, пока IVT в цилиндре 3 не достигает порогового значения. Профиль впрыска может подвергаться переходу на второй профиль и соотношение впрыска с большей долей впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал после того, как IVT превышает пороговое значение.
По существу IVT для каждого цилиндра может логически выводиться на основании факторов, таких как нагрузка цилиндра, температура охлаждающей жидкости и расположение конкретного цилиндра в блоке двигателя. Например, расположение цилиндра может находиться под влиянием его порядка работы, и его положение относительно охлаждающих контуров может определять величину переноса тепла в/из цилиндра. IVT для цилиндра 3 может возрастать быстрее, чем цилиндра 4, так как цилиндр 3 расположен во внутренней части блока двигателя по сравнению с наружным положением цилиндра 4. Однако, даже если цилиндр 2 находится во внутреннем положении в пределах блока двигателя, его температура может повышаться относительно более медленно вследствие его положения в порядке работы цилиндров.
К событию сгорания номер 9, IVT в цилиндре 1 превысило пороговое значение, и контроллер осуществляет переход цилиндра 1 на соотношение впрыска, при котором доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал повышена относительно исходного профиля холодного запуска, а доля непосредственно впрыскиваемого топлива понижена относительно исходного профиля холодного запуска. Это повышение может быть пропорциональным разности между IVT и пороговым значением. Более точно, чем выше разность между IVT и пороговым значение, тем больше доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал. Однако, увеличение доли впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может ограничиваться его воздействием на рабочие характеристики двигателя.
К событию сгорания номер 10, каталитический нейтрализатор выбросов мог достичь розжига, и двигатель далее может работать на числе оборотов холостого хода, после чего, доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал повышается, даже если IVT в цилиндре не превысила пороговое значение. Таким образом, доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал повышается в цилиндре 4 на событии сгорания номер 11, даже если IVT в цилиндре 4 находится ниже, чем пороговое значение. Однако увеличение количества впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал в ответ на нарастание событий сгорания может быть меньшим, чем соответствующее увеличение впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал, когда IVT цилиндра 4 превышает пороговое значение. Цилиндр 2 на событии сгорания номер 12, поэтому, принимает более высокую долю впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал, чем цилиндр 4 на событии сгорания номер 11, поскольку IVT в цилиндре 2 находится выше, чем пороговое значение.
Дополнительно, цилиндры 1, 2 и 3 работают на относительно большей доле впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал после события 8 сгорания, тогда как цилиндр 4 работает на относительно меньшей доле впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал на событии 11 сгорания. Это происходит потому, что IVT в цилиндре 4 находится значительно ниже, чем пороговое значение, тогда как IVT в остальных цилиндрах превысила пороговое значение.
На событии сгорания номер 13, профиль впрыска в цилиндре 1 полностью переводится на профиль холостого хода, так как IVT находится выше, чем пороговое значение, а количество событий сгорания возросло достаточно, чтобы двигатель достиг числа оборотов холостого хода. Профиль впрыска холостого хода включает в себя соотношение впрыска, при котором количество впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал находится значительно выше, чем количество, подаваемое через форсунку впрыска во впускной канал во время холодного запуска. Соотношение впрыска в цилиндре 4 на событии сгорания номер 15 продолжает быть соотношением у первого профиля холодного запуска, даже если двигатель является работающим в фазе холостого хода, поскольку IVT в цилиндре 4 находится на пороговом значении. Поэтому, цилиндры 1, 2 и 3 могут работать с иным профилем впрыска (например, для холостого хода) по сравнению с цилиндром 4 до тех пор, пока IVT в цилиндре 4 не превосходит пороговое значение. Кроме того, цилиндр 1 подвергается переходу на профиль холостого хода раньше, чем цилиндр 4. Более точно, цилиндр 1 подвергается переходу на профиль холостого хода через 12 событий сгорания в цилиндре, тогда как цилиндр 4 может подвергаться переходу гораздо позже, например, через 18 событий сгорания в двигателе (не показано на фиг. 4). Впрыск топлива в цилиндрах 2 и 3 подвергается переходу на профиль холостого хода позже, чем в цилиндре 1, но раньше, чем в цилиндре 4. Таким образом, первый цилиндр может переводиться на профиль впрыска холостого хода раньше относительно второго цилиндра, при этом первый цилиндр может подвергаться переходу через первое, меньшее количество событий сгорания после запуска двигателя, а второй цилиндр может подвергаться переходу через второе, большее количество событий сгорания после запуска двигателя.
Далее, со ссылкой на фиг. 5, на которой показана многомерная характеристика, изображающая другой вариант осуществления изменений соотношения впрыска в двух отдельных цилиндрах по мере того, как возрастают количества событий сгорания. Многомерная характеристика 500 изображает примерное изменение в двух цилиндрах 4-цилиндрового рядного двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2.
Многомерная характеристика 500 показывает количество событий сгорания вдоль оси x и включает в себя графики соотношения впрыска для цилиндра по оси y. Верхний график представляет цилиндр 1, который работает первым, а второй график (сверху) представляет цилиндр 4, который работает третьим в последовательности. Первое соотношение впрыска представлено блоками 508 и 510, а второе соотношение впрыска представлено блоками 512 и 514. Каждый впрыск включает в себя часть топлива, впрыснутого через форсунку впрыска во впускной канал (блок с перекрестной диагональной штриховкой), и часть топлива, впрыснутого через форсунку непосредственного впрыска (точечный блок). График 522 представляет температуру впускного клапана (IVT), а линия 521 представляет собой минимальную пороговую температуру.
В примере, показанном на фиг. 5, контроллер использует два предопределенных профиля впрыска для данного содержания спирта в топливе: первый профиль впрыска для состояния холодного запуска и второй профиль для того, когда IVT в цилиндре находится выше, чем пороговое значение. Первый профиль впрыска включает в себя соотношение впрыска, при котором доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал является более низкой, а второй профиль впрыска содержит более высокую долю впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал.
Цилиндры 1 и 4 эксплуатируются с первым профилем впрыска (508 и 510) до события сгорания номер 9, когда IVT в цилиндре 1 превышает пороговое значение (линию 521). Соотношение впрыска в цилиндре 1 затем подвергается переходу на второй профиль (512 и 514) с большей долей впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал. Однако цилиндр 4 продолжает эксплуатироваться с первым профилем впрыска с меньшим соотношением впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал до события 16 сгорания, когда его IVT поднимается выше порогового значения. Поэтому, на и после события 16 сгорания, оба цилиндра, 1 и 4, эксплуатируются с вторым профилем впрыска.
В варианте осуществления, описанном выше, соотношение впрыска топлива остается прежним до тех пор, пока IVT не превосходит пороговое значение. В других вариантах осуществления, описанных в ссылке на фиг. 2, 3 и 4, соотношение впрыска может изменяться постепенно, по мере того, как возрастают количества событий сгорания, и IVT приближается к пороговому значению. Более точно, доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал может возрастать от первой меньшей доли, используемой при холодном запуске, по мере того, как возрастает количество событий сгорания после запуска двигателя, до тех пор, пока не достигнуто пороговое значение IVT.
В дополнительных представлениях, контроллер двигателя может настраивать соотношение первого топлива, подаваемого в цилиндр с помощью непосредственного впрыска, относительно второго топлива, подаваемого в цилиндр с помощью впрыска во впускной канал, на основании температуры впускного клапана цилиндра, а кроме того, на основании содержания спирта впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал. Например, по мере того, как возрастает температура впускного клапана цилиндра, количество второго топлива, которое впрыскивается впрыском во впускной канал, может увеличиваться наряду с тем, что количество первого топлива, которое впрыскивается непосредственным впрыском, может уменьшаться, тем временем, поддерживая выходной крутящий момент двигателя. В еще одном примере, по мере того, как содержание спирта впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал возрастает, доля топлива, которое впрыскивается непосредственно, может увеличиваться. Доля впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал затем может повышаться по мере того, как возрастает температура впускного клапана данного цилиндра.  Кроме того, в еще одном представлении, во время холодного запуска двигателя, цилиндр может снабжаться топливом только с помощью непосредственного впрыска в течение первого количества циклов сгорания. Затем, как только температура впускного клапана достаточно высока, цилиндр может снабжаться топливом с помощью по меньшей мере впрыска во впускной канал (с тем же самым топливом или другим топливом) в течение второго количества событий сгорания.
Таким образом, двигатель, содержащий систему двух топливных форсунок с форсунками оконного и непосредственного впрыска, может эксплуатироваться, чтобы получать пользу от планирования долей топлива. Контроллер может планировать количество топлива, подаваемого форсункой впрыска во впускной канал, для каждого цилиндра на основании температуры впускного клапана в цилиндре, числа оборотов двигателя и содержания спирта топлива. Посредством настройки доли впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал на основании температуры впускного клапана, могут быть получены улучшения выбросов и экономии топлива. Выбор меньшей доли впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал во время холодных запусков, когда температура впускного клапана находится ниже порогового значения, может понижать выбросы твердых частиц. Дополнительно, могут уменьшаться образование лужиц и потери топлива во впускном канале. Посредством увеличения доли впрыскиваемого впрыском топлива во впускной канал, когда температура впускного клапана возрастает, экономия топлива может улучшаться, так как топливо, распыляемое во впускном канале, эффективно испаряется и гомогенизируется. В общем и целом, может достигаться улучшение рабочих характеристик двигателя.
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 постоянной 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 постоянную память машинно-читаемого 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.