СПОСОБЫ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ДЕТОНАЦИОННОГО СГОРАНИЯ
METHODS FOR PREVENTION OF DETONATION COMBUSTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка относится к способам и системам для использования текучей среды предотвращения детонационного сгорания для предотвращения детонационного сгорания в двигателе внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Альтернативные виды топлива были разработаны, чтобы сдерживать растущие цены традиционных видов топлива и для снижения выбросов в отработавших газах. Например, спиртовые и спиртосодержащие топливные смеси были признаны в качестве привлекательных видов топлива, в частности, для автомобильных применений. Различные системы двигателя могут использоваться со спиртовыми видами топлива с применением различных технологий двигателей и технологий впрыска. Кроме того, различные подходы могут использоваться для управления такими двигателями на спиртовом топливе, чтобы использовать в своих интересах эффект охлаждения заряда высокооктанового спиртового топлива, в частности, для принятия мер в ответ на работу двигателя с детонацией.
Например, в двигателях, сконфигурированных форсунками непосредственного впрыска для подачи топлива или альтернативной текучей среды предотвращения детонационного сгорания в цилиндры двигателя, длительность импульса непосредственного впрыска может настраиваться, чтобы удовлетворять целям предотвращения детонационного сгорания. Один из примерных подходов показан Сурниллой и другими в US 8127745. В нем, объем текучей среды предотвращения детонационного сгорания, который должен непосредственно впрыскиваться, определяется на основании требуемой величины ослабления детонации, объема текучей среды предотвращения детонационного сгорания, который имеется в распоряжении, расхода форсунки, а также охлаждения заряда и октанового числа впрыскиваемой текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Длительность импульса непосредственного впрыска затем настраивается на основании определенного объема.
Однако изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальные проблемы у такого подхода. В качестве примера, регулировки форсунки настраиваются на основании значений (например, расхода через форсунку, охлаждения заряда и октанового числа текучей среды предотвращения детонационного сгорания, и т.д.), которые типично определяются при номинальных условиях. Однако фактические условия на форсунке непосредственного впрыска могут быть очень разными. Например, температурные условия на форсунке непосредственного впрыска, когда форсунка активизируется первый раз, могут быть сильно отличными от условий, когда форсунка была ненадолго активизирована. Более точно, температура форсунки может повышаться во время периодов, где форсунка непосредственного впрыска не является выполняющей впрыск, поскольку впрыск вещества может охлаждать форсунку. Таким образом, при эксплуатации на средних нагрузках двигателя, где текучая среда предотвращения детонационного сгорания обычно не используется, цилиндр может снабжаться топливом с использованием форсунки впрыска во впускные каналы наряду с тем, что температура наконечника форсунки у форсунки непосредственного впрыска цилиндра может становиться существенно более высокой (например, около 260°C). Если топливо впрыскивается вскоре после этого (например, на более высоких нагрузках двигателя) для ослабления детонации, топливо будет находиться при повышенной температуре. Для сравнения, во время нормальной работы двигателя температуры форсунок непосредственного впрыска могут быть существенно более низкими (например, около 100°C). По существу, при или около комнатной температуры текучие среды предотвращения детонационного сгорания, такие как этиловый спирт, имеют более высокую теплоту парообразования. Теплота парообразования, а потому, потенциал охлаждения заряда, в таком случае уменьшается с повышением температуры. Следовательно, когда использование текучей среды предотвращения детонационного сгорания возобновляется (спустя период не использования форсунки), длительность импульса, рассчитанная на основании номинальных значений, может не давать достаточного ослабления детонации вследствие потенциально пониженного массового расхода и уменьшенного охлаждения заряда.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из примеров некоторые из вышеприведенных проблем могут быть по меньшей мере частично решены способом для двигателя, содержащим непосредственный впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания в цилиндр двигателя, и настройку параметра впрыска непосредственного впрыска на основании температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска. Настроенный параметр впрыска может включать в себя длительность импульса впрыска, объем впрыска, давление в системе непосредственного впрыска или их комбинацию. Таким образом, регулировки ослабляющего детонацию непосредственного впрыска могут настраиваться на основании оценки в реальном времени потенциала охлаждения заряда впрыскиваемой текучей среды предотвращения детонационного сгорания.
В качестве примера в ответ на детонацию (или в ожидании детонации), система управления двигателя может определять начальную регулировку впрыска для непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания на основании номинальных условий эксплуатации. Это может включать в себя начальный объем текучей среды, который должен впрыскиваться, длительность импульса впрыска, момент впрыска, и т.д. Система управления затем может настраивать начальные регулировки на основании оцененной или логически выведенной температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска. Например, ожидаемая температура текучей среды может оцениваться или логически выводиться на основании периода бездействия форсунки после последнего впрыска, объема текучей среды предотвращения детонационного сгорания, впрыснутого при последнем впрыске, условий двигателя во время периода бездействия, тепловой массы форсунки, переноса тепла от сгорания на форсунку, переноса тепла от форсунки в охлаждающую жидкость, переноса тепла от форсунки в текучую среду предотвращения детонационного сгорания, оцененной температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания в общей направляющей-распределителе для топлива выше по потоку от форсунки, и т.д.
По мере того, как возрастает длительность после последнего впрыска из форсунки непосредственного впрыска, в то время как форсунка впрыска во впускные каналы продолжает впрыскивать топливо в цилиндр двигателя, температура форсунки непосредственного впрыска может повышаться. Это может вынуждать температуру текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска также возрастать, а эффект охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания снижаться. Поэтому, система управления может настраивать начальные регулировки впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания с поправочным коэффициентом на основании оцененного повышения температуры (и/или являющегося результатом уменьшения эффекта охлаждения заряда). Поправка также может применяться к ожидаемому массовому расходу текучей среды предотвращения детонационного сгорания через раскаленную форсунку на основании оцененного давления паров текучей среды предотвращения детонационного сгорания при повышенной температуре. На основании поправки, может настраиваться длительность импульса непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Например, по мере того, как возрастает оцененная температура текучей среды при выпуске, длительность импульса впрыска может увеличиваться. Дополнительно, или по выбору, могут повышаться объем впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания и/или давление в системе непосредственного впрыска. В дополнение, предсказанная нехватка ослабления детонации может компенсироваться посредством настройки одного или более других рабочих параметров двигателя. Например, оставшееся ослабление детонации может обеспечиваться посредством настроек момента зажигания, настроек наддува, настроек фазирования кулачков, настроек EGR (рециркуляции выхлопных газов), и т.д.
Таким образом, масса текучей среды предотвращения детонационного сгорания может настраиваться посредством настройки регулировок впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания в ожидании изменений эффективности ослабления детонации, обусловленных нагреванием текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки. Посредством оценки ожидаемой температуры текучей среды во время выпускания на основании условий форсунки, такой как на основании того, была ли форсунка уже активирована или неработающей, падение эффекта охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания может предсказываться, и настройки компенсации ослабления детонации могут производиться надлежащим образом. Посредством увеличения длительности импульса непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания при повышенных температурах форсунки, эффективность ослабления детонации текучей среды при выпуске может улучшаться. В дополнение, могут уменьшаться засорение и термическая деградация форсунки. Посредством лучшего принятия мер в ответ на детонацию в двигателе, могут улучшаться рабочие характеристики двигателя.
Более конкретно, в настоящей заявке раскрыт способ для двигателя, состоящий в том, что: осуществляют непосредственный впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания в цилиндр двигателя; и настраивают параметр впрыска непосредственного впрыска на основании температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска.
В дополнительном аспекте параметр впрыска является длительностью импульса, и настройка включает в себя то, что, по мере того как температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска возрастает, увеличивают длительность импульса непосредственного впрыска.
В другом дополнительном аспекте величина увеличения длительности импульса основана на составе текучей среды предотвращения детонационного сгорания, в том числе, содержании спиртов текучей среды предотвращения детонационного сгорания.
В еще одном дополнительном аспекте длительность импульса непосредственного впрыска дополнительно настраивается на основании того, была ли предварительно активирована или деактивирована форсунка непосредственного впрыска, причем длительность импульса впрыска топлива дополнительно увеличивается, если форсунка непосредственного впрыска была предварительно деактивирована.
В еще одном дополнительном аспекте температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска оценивается на основании каждого из тепловой массы форсунки непосредственного впрыска, числа оборотов и нагрузки двигателя, переноса тепла от форсунки непосредственного впрыска в текучую среду предотвращения детонационного сгорания, переноса тепла от форсунки непосредственного впрыска в охлаждающую жидкость двигателя и температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания в направляющей-распределителе для топлива выше по потоку от форсунки непосредственного впрыска.
В еще одном дополнительном аспекте параметр впрыска включает в себя одно или более из длительности импульса, давления в системе непосредственного впрыска и объем впрыска; и при этом, непосредственный впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания происходит в ответ на детонацию в двигателе.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что компенсируют нехватку ослабления детонации, являющуюся результатом настройки длительности импульса, посредством того, что настраивают один или более альтернативных параметров эксплуатации двигателя.
В еще одном дополнительном аспекте один или более альтернативных параметров эксплуатации двигателя включают в себя уровень наддува, изменяемый момент впрыска, изменяемые фазы газораспределения, момент искрового зажигания и EGR.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что, в ответ на отклик детонации, обновляют состав текучей среды предотвращения детонационного сгорания, повторно калибруют один или более альтернативных параметров эксплуатации двигателя и обновляют параметры температурной модели текучей среды предотвращения детонационного сгорания.
В еще одном дополнительном аспекте непосредственный впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания происходит в ответ на температуру форсунки непосредственного впрыска, находящуюся выше пороговой температуры.
Также в настоящей заявке раскрыт способ для цилиндра двигателя, состоящий в том, что: во время первого условия, когда происходит детонация, а форсунка непосредственного впрыска уже активирована, осуществляют непосредственный впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания с первой длительностью импульса; и во время второго условия, когда происходит детонация, а форсунка непосредственного впрыска была предварительно деактивирована, осуществляют непосредственный впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания с второй длительностью импульса, большей, чем первая длительность импульса.
В дополнительном аспекте, во время первого условия, детонация происходит, когда цилиндр двигателя снабжается топливом каждой из форсунки впрыска во впускные каналы и форсунки непосредственного впрыска, и при этом, во время второго условия, детонация происходит, когда двигатель снабжается топливом только форсункой впрыска во впускные каналы.
В другом дополнительном аспекте, во время первого условия, форсунка непосредственного впрыска находится на первой, более низкой температуре, и, во время второго условия, форсунка непосредственного впрыска находится на второй, более высокой температуре.
В еще одном дополнительном аспекте, во время первого условия, предсказанная температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания при выпуске из форсунки непосредственного впрыска является первой, более низкой температурой, и, во время второго условия, предсказанная температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания при выпуске из форсунки непосредственного впрыска является второй, более высокой температурой.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что, во время первого условия, поддерживают момент искрового зажигания на MBT, а во время второго условия, осуществляют запаздывание момента зажигания от MBT, причем запаздывание зажигания настраивается на основании разницы между требуемым разбавлением в двигателе и разбавлением в двигателе, обеспечиваемым непосредственным впрыском текучей среды предотвращения детонационного сгорания при второй длительности импульса.
Кроме того раскрыт способ для двигателя, состоящий в том, что: временно увеличивают длительность импульса впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания из форсунки непосредственного впрыска в цилиндр двигателя на основании того, что форсунка была предварительно деактивирована.
В дополнительном аспекте величина увеличения длительности импульса впрыска основана на первом количестве циклов двигателя, в течение которых форсунка была предварительно деактивирована, и где увеличение завершается после второго количества впрысков текучей среды предотвращения детонационного сгорания из форсунки непосредственного впрыска, причем второе количество впрысков основано на первом количестве циклов двигателя.
В другом дополнительном аспекте величина увеличения дополнительно основана на содержании этанола текучей среды предотвращения детонационного сгорания, и где увеличение является большим, чем впрыскивалось бы, чтобы ослабить детонацию, если форсунка непосредственного впрыска предварительно работала.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что настраивают одно или более из уровня наддува, момента зажигания и EGR во время впрыска на основании разности между требуемым разбавлением в двигателе и разбавлением в двигателе, обеспечиваемым текучей средой предотвращения детонационного сгорания.
В еще одном дополнительном аспекте впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания происходит в ответ на упреждающее указание детонации, при этом упомянутый способ дополнительно состоит в том, что, в ответ на ответное указание детонации, обновляют состав текучей среды предотвращения детонационного сгорания, и дополнительно настраивают одно или более из наддува, момента зажигания и EGR.
Будет понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании, которое следует. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта патентования, объем которого определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Кроме того, заявленный объект патентования не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Объект патентования настоящего раскрытия будет лучше понятен по прочтению последующего подробного описания неограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 показывает вид с частичным разрезом камеры сгорания двигателя;
фиг. 2 показывает график, изображающий примерную зависимость между потенциалом охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания и температурой текучей среды;
фиг. 3 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру, которая может быть реализована для настройки регулировок впрыска для непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания на основании температуры текучей среды во время выпускания.
фиг. 4 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру, которая может быть реализована для периодического приведения в действие форсунки непосредственного впрыска во время условий бездействующей форсунки для снижения нагрева текучей среды предотвращения детонационного сгорания;
фиг. 5 показывает примерную настройку для впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Предложены способы и системы для улучшения предотвращения детонационного сгорания в двигателе, таком как двигатель по фиг. 1. Регулировки впрыска для непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания могут настраиваться на основании оцененной температуры текучей среды во время выпускания, чтобы компенсировать изменения эффективности охлаждения заряда текучей среды при повышенных температурах (фиг. 2). Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру управления, такую как примерная процедура по фиг. 3, чтобы определять начальную регулировку для непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания на основании вероятности детонации и номинальных условий текучей среды. Контроллер в таком случае может предсказывать температуру текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска на основании условий форсунки, таких как, является ли форсунка уже активированной или деактивирована, температуры форсунки, переноса тепла от форсунки в текучую среду, и т.д. В ответ на предсказание повышенной температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпускания, могут настраиваться регулировки впрыска, такие как длительность импульса непосредственного впрыска. В дополнение, один или более других рабочих параметров двигателя могут настраиваться для компенсации любой нехватки детонации, являющейся результатом нагретой текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Примерная настройка впрыска показана на фиг. 5. Контроллер также может выполнять процедуру, такую как процедура по фиг. 4, чтобы время от времени эксплуатировать форсунку непосредственного впрыска во время условий, когда впрыск текучей среды от детонации не требуется, чтобы поддерживать температуру форсунки, а также температуру текучей среды предотвращения детонационного сгорания ниже соответственных пороговых значений. Таким образом, изменения эффективности охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания, обусловленные переносом тепла с нагретой форсунки непосредственного впрыска, могут компенсироваться лучше.
Фиг. 1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может принимать параметры управления из системы управления, включающей в себя контроллер 12, и входные данные 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 (в материалах настоящей заявки также «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, стартерный электродвигатель 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 двигателями 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 впускным каналами 142 и 144, и турбиной 176 с приводом от выхлопной системы, скомпонованной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от выхлопной системы 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 выхлопной системы, 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 выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный кислородный датчик или датчик EGO (который изображен), HEGO (подогреваемый EGO), 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.
Температура отработавших газов может измеряться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может выводиться на основании условий эксплуатации двигателя, таких как число оборотов, нагрузка, топливо-воздушное соотношение (AFR), запаздывание искрового зажигания, и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может вычисляться по одному или более датчиков 128 отработавших газов. Может быть принято во внимание, что температура отработавших газов, в качестве альтернативы, может оцениваться любой комбинацией способов оценки температуры, перечисленных в материалах настоящей заявки.
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 приведения в действие кулачков через систему 151 кулачкового привода. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 через систему 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), изменения момента впрыска (VCT), изменения фаз газораспределения (VVT) и/или изменения подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Работа впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками положения клапана (не показаны) и/или, соответственно, датчиками 155 и 157 положения распределительного вала. В альтернативных вариантах осуществления, впускной и/или выпускной клапан могут управляться посредством клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT. Кроме того, в еще других вариантах осуществления впускной и выпускной клапаны могут управляться системой привода или приводом золотникового клапана либо системой привода или приводом изменения фаз газораспределения.
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 форсунок для выдачи текучей среды предотвращения детонационного сгорания в него. В некоторых вариантах осуществления, текучая среда предотвращения детонационного сгорания может быть топливом, при этом, форсунка также указывается ссылкой как топливная форсунка. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине 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, также 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 топливные баки, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, момент 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, топливные баки могут иметь преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12. Будет приниматься во внимание, что, в альтернативном варианте осуществления, форсунка 166 может быть форсункой впрыска во впускные каналы, выдающей топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14.
Также будет принято во внимание, что, несмотря на то, что в одном из вариантов осуществления, двигатель может приводиться в действие посредство впрыскивания переменной смеси топлива или текучей среды предотвращения детонационного сгорания через одиночную форсунку непосредственного впрыска; в альтернативных вариантах осуществления, двигатель может приводиться в действие посредством использования двух форсунок (форсунки 166 непосредственного впрыска и форсунки впрыска во впускные каналы) и изменения относительного объема впрыска из каждой форсунки.
Топливо может подаваться форсункой в цилиндр в течение одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительный объем топлива или текучей среды предотвращения детонационного сгорания, подаваемых из форсунки, может меняться в зависимости от условий эксплуатации, таких как температура воздушного заряда, как описано ниже. Кроме того, для одиночного события сгорания, многочисленные впрыски подаваемого топлива могут выполняться за 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 баки в топливной системе 8 могут удерживать топливо или текучие среды предотвращения детонационного сгорания с разными качествами, такие как разные составы. Эти различия могут включать в себя разное содержание спиртов, разное содержание воды, разное октановое число, разную теплоту испарения, разные топливные смеси, разные содержания воды и/или их комбинации, и т.д. В одном из примеров текучие среды предотвращения детонационного сгорания с разными содержаниями спиртов могли бы включать в себя одно топливо, являющееся бензином, и другое, являющееся этиловым спиртом или метиловым спиртом. В еще одном примере, двигатель может использовать бензин в качестве первого вещества, и спиртосодержащую топливную смесь, такую как E85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта и 15% бензина) или M85 (которая является приблизительно 85% метилового спирта и 15% бензина) в качестве второго вещества. Другие спиртосодержащие виды топлива могли бы быть смесью спирта и воды, смесью спирта, воды и бензина, и т.д. В еще одном другом примере, оба топлива могут быть спиртовыми смесями, при этом, первое топливо может быть спиртобензиновой смесью с более низким соотношением спирта, чем спиртобензиновая смесь второго топлива с более высоким соотношением спирта, к примеру, E10 (которое имеет значение приблизительно 10% этилового спирта) в качестве первого топлива и E85 (которое имеет значение приблизительно 85% этилового спирта) в качестве второго топлива. Дополнительно, первое и второе топливо также могут различаться по другим качествам топлива, таким как различие по температуре, вязкости, октановому числу, скрытому теплосодержанию парообразования, и т.д.
Более того, характеристики топлива у топлива или текучей среды предотвращения детонационного сгорания, хранимых в топливном баке, могут часто меняться. В одном из примеров водитель может пополнять топливный бак с помощью E85 в один день, а E10 в следующий, и E50 в следующий. Изменения пополнения бака изо дня в день, таким образом, могут давать в результате частое изменение составов топлива, тем самым, оказывая влияние на состав топлива, подаваемого в форсунку 166.
Несмотря на то, что не показано, будет приниматься во внимание, что двигатель 10 дополнительно может включать в себя один или более каналов рециркуляции отработавших газов для отведения по меньшей мере части отработавших газов с выпуска двигателя на впуск двигателя. По существу, посредством рециркуляции некоторого количества отработавших газов, может находиться под влиянием разбавление для двигателя, которое может улучшать рабочие характеристики двигателя, снижая детонацию в двигателе, пиковые температуры и давления сгорания в цилиндре, потери на дросселирование и выбросы NOx. Один или более каналов EGR могут включать в себя канал LP-EGR, присоединенный между впуском двигателя выше по потоку от компрессора турбонагнетателя и выпуском двигателя ниже по потоку от турбины, и сконфигурированы для обеспечения EGR низкого давления (LP). Один или более каналов EGR, кроме того, могут включать в себя канал HP-EGR, присоединенный между впуском двигателя ниже по потоку от компрессора и выпуском двигателя выше по потоку от турбины, и сконфигурирован для обеспечения EGR высокого давления (HP). В одном из примеров поток HP-EGR может выдаваться во время условий, таких как отсутствие наддува турбонагнетателя, наряду с тем, что поток LP-EGR может выдаваться во время условий, таких как при наличии наддува турбонагнетателя и/или когда температура отработавших газов находится выше порогового значения. Поток LP-EGR через канал LP-EGR может настраиваться посредством клапана LP-EGR наряду с тем, что поток HP-EGR через канал HP-EGR может настраиваться посредством клапана HP-EGR (не показан).
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, дежурную 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. Кроме того, другие датчики могут включать в себя датчики уровня топлива и датчики состава топлива, присоединенные к топливному баку(ам) топливной системы.
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. Примерные процедуры конкретизированы в материалах настоящей заявки на фиг. 3-4.
Во время выбранных условий эксплуатации двигателя, таких как при низких числах оборотов двигателя и в условиях высокой нагрузки, может происходить работа двигателя с детонацией. В одном из примеров работа двигателя с детонацией может подвергаться принятию ответных мер посредством осуществления запаздывания момента искрового зажигания, в материалах настоящей заявки также указываемой ссылкой как запаздывание зажигания. Посредством осуществления запаздывания момента искрового зажигания от MBT (максимального тормозного момента), пиковое давление и температура цилиндра могут понижаться, тем самым, уменьшая частоту возникновения детонации. В качестве еще одного примера, детонация в двигателе может подвергаться принятию ответных мер посредством впрыска (например, непосредственного впрыска через форсунку непосредственного впрыска) текучей среды предотвращения детонационного сгорания в цилиндр. Текучая среда предотвращения детонационного сгорания может быть топливом с высоким действующим октановым содержанием, таким как этаноловое топливо. По существу, действующее октановое содержание впрыскиваемого топлива может состоять из различных компонентов, представляющих различные характеристики подавления детонации топлива, таких как комбинация присущего октанового числа текучей среды, эффекта разбавления текучей среды и эффекта испарения текучей среды. Таким образом, например, топливная смесь с этиловым спиртом (такая как E85) может непосредственно впрыскиваться в цилиндр, чтобы использовать преимущество присуще высокого октанового числа топлива и эффекта охлаждения заряда этанолового топлива.
Другие примерные текучие среды предотвращения детонационного сгорания включают в себя бензин, этиловый спирт, метиловый спирт, жидкость для стеклоочистителя, другие спирты, вода и их комбинации. По существу, для увеличения эффекта охлаждения заряда впрыскиваемой текучей среды предотвращения детонационного сгорания, непосредственный впрыск может выполняться в ответ на детонацию или в ответ на упреждающее указание (или вероятность) детонации. Здесь, непосредственным впрыском текучей среды предотвращения детонационного сгорания в цилиндр через форсунку непосредственного впрыска, охлаждение испарением текучей среды усиливается, и действующее октановое число текучей среды, впрыскиваемой в цилиндр, может быстро повышаться, тем самым, снижая предел детонации. На основании объема текучей среды предотвращения детонационного сгорания, непосредственно впрыскиваемого в цилиндр, объем топлива, который подвергается впрыску во впускные каналы, может настраиваться, из условия чтобы общий объем топлива, подаваемого через топливные форсунки, удовлетворял стехиометрическим требованиям.
По существу, текучая среда предотвращения детонационного сгорания может непосредственно впрыскиваться в ответ на указание детонации в цилиндре или на основании упреждающей вероятности детонации. Здесь, на основании преобладающих условий эксплуатации двигателя, может определяться величина разбавления в двигателе, требуемая для уменьшения детонации. На основании требуемого разбавления в двигателе (то есть, требуемой величине ослабления детонации), а кроме того, на основании расхода форсунки непосредственного впрыска, а также охлаждения заряда и октановой характеристики текучей среды предотвращения детонационного сгорания, определяется длительность импульса непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Несмотря на то, что значения оцениваются при номинальных условиях эксплуатации, изобретатели в материалах настоящей заявки осознали, что фактические условия на форсунке могут быть значительно иными. Более точно, температура наконечника форсунки может быть существенно более высокой, когда форсунка непосредственного впрыска активируется впервые (например, после периода холостого хода или после периода деактивации), по сравнению с температурой наконечника форсунки, когда форсунка уже активирована и работает (например, для выдачи топлива в цилиндр двигателя). Например, когда двигатель является работающим на от средних до высоких нагрузках, где вероятность детонации низка, и впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания не част, цилиндр может снабжаться топливом только через форсунку непосредственного впрыска, и сгорание в цилиндре может заставлять температуру наконечника форсунки повышаться до такой же высокой, как 260°C. Первое топливо или текуча среда предотвращения детонационного сгорания, которые должны впрыскиваться, как только вновь требуется ослабление детонации, будут находиться при сходной (повышенной) температуре, которая находится существенно выше, чем температуры форсунок непосредственного впрыска во время регулярной работы форсунки (например, около 100°C). По существу, теплота испарения текучей среды предотвращения детонационного сгорания может уменьшаться с повышением температуры. Таким образом, эффективность по детонации впрыскиваемой текучей среды (например, этилового спирта) может меняться на основании температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска.
В дополнение, давление паров этилового спирта приближается к 63 бар около 240°C, какое означает, что, когда впрыскивается, оно может интенсивно мгновенно вскипать. Такое мгновенное вскипание может изменять форму факела распыла топлива и увеличивать массовый расход топливной форсунки.
Фиг. 2 показывает многомерную регулировочную характеристику 200, изображающую примерную зависимость между внутренней энергии текучей среды предотвращения детонационного сгорания (в жидком и парообразном состояниях) и температурой. Многомерная регулировочная характеристика 200 изображает изменение внутренней энергии текучей среды предотвращения детонационного сгорания, в то время как в парообразном состоянии (при 0,1 бар) выше температуры на графике 204, и изменение внутренней энергии текучей среды предотвращения детонационного сгорания, в то время как в жидком состоянии (при 100 бар) выше температуры на графике 202.
Как показано, при более низких температурах, таких как при T1 (например, 40°C), парообразное состояние текучей среды имеет гораздо большую внутреннюю энергию (выше на большую величину ΔE1), чем жидкое состояние текучей среды. Это означает, что, при более низкой температуре T1, жидкому состоянию текучей среды предотвращения детонационного сгорания необходимо поглощать энергию из ее окружения, чтобы испаряться. Это поглощение энергии ведет к охлаждению заряда, повышая эффективность ослабления детонации текучей среды на более низких температурах. В сравнении, при более высоких температурах, таких как при T2 (например, 170°C), парообразное состояние текучей среды имеет внутреннюю энергию, которая близка к внутренней энергии жидкого состояния (выше на меньшую величину ΔE2). Это означает, что при более высоких температурах T2, жидкое состояние текучей среды предотвращения детонационного сгорания имеет по существу такую же внутреннюю энергию, как холодный пар, который требуется, а потому, не нуждается в том, чтобы поглощать много энергии из своего окружения, чтобы испаряться. Уменьшенное поглощение энергии ведет к ослабленному охлаждению заряда и более низкой эффективности ослабления детонации текучей среды при более высоких температурах.
Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали, что объединенный эффект уменьшенной эффективности охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания, а также уменьшенного массового расхода форсунки непосредственного впрыска (вследствие мгновенного вскипания текучей среды) может приводить к недостаточному ослаблению детонации, сопровождающему непосредственный впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания при повышенных температурах. В частности, в течение первого количества непосредственных впрысков, когда использование текучей среды предотвращения детонационного сгорания возобновляется (вслед за периодом деактивации или бездействия), где длительность импульса впрыска основана на номинальных условиях, достаточное ослабление детонации может не обеспечиваться, и могут продолжать существовать детонационные возмущения. Как конкретизировано в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 3, контроллер двигателя может удлинять длительность импульса непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания, если температура форсунки непосредственного впрыска повышается (или если ожидается, что температура текучей среды против детонации при выпуске должна повышаться). Например, контроллер может удлинять длительность импульса на основании того, насколько долго форсунка была бездействующей (каковое определяет подъем температуры на форсунке). Как дополнительно конкретизировано со ссылкой на фиг. 4, контроллер также может время от времени эксплуатировать форсунку непосредственного впрыска во время условий, когда не происходит детонация, и когда не запрашивается впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания, с тем чтобы понижать температуру текучей среды предотвращения детонационного сгорания в направляющей-распределителе для топлива выше по потоку от форсунки, с тем чтобы улучшать эффективность охлаждения заряда текучей среды при выпуске.
Далее, с обращением к фиг. 3, показана примерная процедура 300 для настройки длительности импульса впрыска текучей среды против детонации на основании температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска. Как конкретизировано ранее, ожидаемый подъем температуры текучей среды (и температуры форсунки) может логически выводиться на основании того, была ли форсунка предварительно активирована или деактивирована. Посредством настройки длительности импульса, ослабление детонации может лучше подвергаться принятию ответных мер с использованием текучей среды предотвращения детонационного сгорания.
На 302, могут оцениваться и/или измеряться условия эксплуатации двигателя. Таковые, например, могут включать в себя число оборотов двигателя, требуемый крутящий момент, MAP, BP, ECT, температуру каталитического нейтрализатора, температуру всасываемого воздуха, момент зажигания, наддув, и т.д. На 304, упреждающая вероятность детонации в двигателе может определяться на основании оцененных условий эксплуатации двигателя. На 306, требуемое разбавление в двигателе может определяться на основании оцененных условий эксплуатации двигателя, а также определенной упреждающей вероятности детонации. На 308, могут определяться начальные регулировки впрыска для непосредственного впрыска имеющейся в распоряжении текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Определенные начальные регулировки могут включать в себя объем впрыска, длительность импульса впрыска, момент впрыска, и т.д. Начальные регулировки могут определяться на основании требуемого разбавления в двигателе, а также номинальных регулировок текучей среды предотвращения детонационного сгорания и форсунки. То есть, длительность импульса определяется на основании номинальных значений температуры форсунки непосредственного впрыска и номинальных значений охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания.
На 310, может определяться, активирована ли уже форсунка непосредственного впрыска. По существу, температура форсунки (например, температура наконечника форсунки) может отклоняться от номинальных условий, если форсунка была предварительно деактивирована. В частности, поскольку впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания (такой как этиловый спирт) охлаждает форсунку непосредственного впрыска, температура форсунки может подниматься, в то время как форсунка деактивирована. Подъем температуры форсунки, к тому же, может приводить к соответствующему увеличению температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки, но, также в общей направляющей-распределителе для топлива выше по потоку от форсунки. Таким образом, если определено, что форсунка непосредственного впрыска была предварительно активирована, то, на 311, процедура включает в себя непосредственный впрыск определенного объема текучей среды предотвращения детонационного сгорания (то есть, с начальными регулировками), чтобы обеспечивать ослабление детонации.
Если взамен определено, что форсунка непосредственного впрыска была предварительно деактивирована, то, на 312, процедура включает в себя определение периода бездействия форсунки после предыдущего впрыска. Например, процедура может определять количество циклов двигателя, в течение которых форсунка ранее была деактивирована. В одном из примеров форсунка непосредственного впрыска в течение цикла двигателя могла быть бездействующей или деактивированной вследствие условий двигателя, не требующих непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания. В качестве альтернативы, форсунка непосредственного впрыска в течение цикла двигателя могла быть бездействующей или деактивированной вследствие условий двигателя, требующих только впрыска во впускные каналы топлива. В материалах настоящей заявки, процедура может определять продолжительность (время, количество циклов двигателя и т.д.), в течение которой форсунка непосредственного впрыска не была в употреблении, или продолжительность, в течение которой находилась в употреблении только форсунка впрыска во впускные каналы.
На 314, процедура включает в себя определение условий эксплуатации двигателя во время периода бездействия форсунки непосредственного впрыска. На 316, на основании длительности периода бездействия (то есть, длительности, в течение которой форсунка была деактивированной), а также условий эксплуатации двигателя (например, условий сгорания в двигателе) во время периода бездействия, когда форсунка непосредственного впрыска не была в употреблении, но форсунка впрыска во впускные каналы находилась в употреблении, может оцениваться температура форсунки непосредственного впрыска. Как конкретизировано выше, температура форсунки непосредственного впрыска может подниматься, в то время как форсунка деактивирована. Процедура может определять повышение температуры форсунки (от номинальных условий) на основании длительности периода бездействия, а также условий двигателя во время периода бездействия.
На 318, процедура включает в себя оценку или предсказание температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска. Оценка может быть основана на каждом из тепловой массы форсунки непосредственного впрыска, числа оборотов и нагрузки двигателя, переноса тепла от форсунки непосредственного впрыска в текучую среду предотвращения детонационного сгорания, переноса тепла от форсунки непосредственного впрыска в охлаждающую жидкость двигателя и температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания в направляющей-распределителе для топлива выше по потоку от форсунки непосредственного впрыска. Оценка дополнительно может быть основана на природе текучей среды предотвращения детонационного сгорания (то есть, типе текучей среды предотвращения детонационного сгорания, составе текучей среды и т.д.). В качестве примера, температура может оцениваться на основании октанового числа текучей среды предотвращения детонационного сгорания. В еще одном примере, температура может оцениваться на основании содержания спиртов (например, содержания этанола) текучей среды предотвращения детонационного сгорания.
На 320, процедура включает в себя настройку начальных регулировок впрыска текучей среды против детонации на основании температуры по предсказанной температуре текучей среды предотвращения детонационного сгорания. То есть, могут настраиваться один или более параметров впрыска. Настраиваемые параметры, например, могут включать в себя длительность импульса впрыска, давление впрыска и объем впрыска. В одном из конкретных примеров, длительность импульса непосредственного впрыска может настраиваться на основании оцененной температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска. Настройка может включать в себя, по мере того как температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска возрастает, увеличение длительности импульса непосредственного впрыска. Величина увеличения длительности импульса дополнительно может быть основана на составе текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Например, увеличение может быть основано на содержании спиртов (например, содержании этанола) текучей среды предотвращения детонационного сгорания. В то время как увеличивается длительность импульса непосредственного впрыска, впрыск во впускные каналы топлива может уменьшаться соответствующим образом. Таким образом, длительность импульса непосредственного впрыска настраивается на основании того, была ли форсунка непосредственного впрыска предварительно активирована или деактивирована, причем, длительность импульса непосредственного впрыска увеличивается, если форсунка непосредственного впрыска была предварительно деактивирована.
Будет принято во внимание, что несмотря на то, что фиг. 3 обсуждает настройку длительности импульса непосредственного впрыска, в альтернативных вариантах осуществления, один или более других параметров впрыска у непосредственного впрыска могут настраиваться для изменения массы текучей среды предотвращения детонационного сгорания на основании оцененной температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из форсунки непосредственного впрыска. В частности, объем впрыска или масса текучей среды предотвращения детонационного сгорания может повышаться посредством увеличения длительности импульса и поддержания давления в системе непосредственного впрыска в одном из примеров в то время как в альтернативных примерах, увеличение массы текучей среды предотвращения детонационного сгорания может достигаться повышением давления в системе непосредственного впрыска и сохранением длительности импульса. Кроме того, в дополнительных примерах, увеличение массы текучей среды предотвращения детонационного сгорания может достигаться увеличением каждого из длительности импульса и давления в системе DI.
На 322, может определяться, есть ли нехватка по детонации. Более точно, может определяться, есть ли нехватка ослабления детонации, являющаяся результатом настроенной длительности импульса впрыска текучей среды от детонации. Например, даже с увеличенной длительностью импульса впрыска, которая учитывает падение эффективности охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания при более высоких температурах, достаточное ослабление детонации может не обеспечиваться. Таким образом, если определена нехватка по детонации, на 324, процедура включает в себя компенсацию нехватки ослабления детонации (являющейся результатом настроенной длительности импульса текучей среды предотвращения детонационного сгорания при повышенной температуре) посредством настройки одного или более альтернативных рабочих параметров двигателя. Один или более альтернативных рабочих параметров двигателя могут включать в себя уровень наддува, изменяемый момент впрыска, изменяемые фазы газораспределения, момент искрового зажигания и EGR. Например, уровень наддува может снижаться, момент зажигания может подвергаться запаздыванию, и/или может повышаться величина EGR.
По существу, регулировки, используемые для детонации, могли быть основаны на упреждающей вероятности детонации. Если нехватка по детонации не определена на 322, или после компенсации нехватки по детонации на 324, или после впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания с определенными вначале регулировками на 311, процедура переходит на 326, чтобы определять, есть ли какое-нибудь ответное указание детонации. Если отклика детонации нет, процедура может заканчиваться. Иначе, на 328, процедура включает в себя обновление деталей касательно текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Например, в ответ на отклик детонации, состав текучей среды предотвращения детонационного сгорания может обновляться, и один или более альтернативных рабочих параметров двигателя могут повторно калиброваться. В еще одном примере, отклик детонации может использоваться для настройки температурной модели текучей среды против детонации. Будет принято во внимание, что, несмотря на то, что вышеприведенный пример показывает определение начальных и обновленных регулировок впрыска для непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания в ответ на упреждающую вероятность детонации (то есть, в ожидании детонации и до того, как детонация возникает), в альтернативных примерах, начальные регулировки могут определяться в ответ на (фактическое) показание детонации, и начальные регулировки могут обновляться в ответ на температуру форсунки непосредственного впрыска, находящуюся выше пороговой температуры во время впрыска.
В одном из примеров контроллер двигателя может увеличивать длительность импульса впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания из форсунки непосредственного впрыска в цилиндр двигателя на основании того, что форсунка была предварительно деактивирована. Величина увеличения длительности импульса непосредственного впрыска может быть основан на количестве циклов двигателя, в течение которых форсунка была предварительно деактивирована, а кроме того, на основании содержания этанола текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Длительность импульса сопутствующего впрыска во впускные каналы топлива может настраиваться соответствующим образом, чтобы поддерживать стехиометрию на выпуске. Контроллер, в таком случае, может настраивать одно или более из уровня наддува, момента зажигания и EGR во время впрыска на основании разности между требуемым разбавлением в двигателе и разбавлением в двигателе, обеспечиваемым текучей средой предотвращения детонационного сгорания. В настоящем примере, впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания может происходить в ответ на упреждающее указание детонации. В ответ на дальнейшее ответное указание детонации, состав текучей среды предотвращения детонационного сгорания может обновляться, и может дополнительно настраиваться одно или более из наддува, момента зажигания и EGR.
Дополнительно будет принято во внимание, что, в некоторых примерах, в дополнение к настройке длительности импульса непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания в ответ на температуры форсунки, контроллер двигателя может время от времени активировать и эксплуатировать форсунку непосредственного впрыска, во время условий, когда впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания, в ином случае не требовался бы (например, условий без детонации), с тем чтобы понижать температуру на форсунке. При действии таким образом, температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания при выпуске из форсунки непосредственного впрыска снижается, и зависящие от температуры потери эффективности охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания также снижаются. Примерная процедура для выполнения такой операции далее конкретизирована со ссылкой на процедуру 400 по фиг. 4.
На 402, процедура включает в себя оценку условий эксплуатации двигателя, в том числе, например, числа оборотов двигателя, требуемого крутящего момента MAP, BP, ECT, температуры каталитического нейтрализатора, температуры всасываемого воздуха, момента искрового зажигания, наддува, и т.д. На 404, процедура включает в себя подтверждение, является ли форсунка непосредственного впрыска бездействующей. По существу, бездействие форсунки включает в себя деактивацию форсунки и отсутствие впрыска топлива или текучей среды предотвращения детонационного сгорания в цилиндр наряду с тем, что форсунка впрыска во впускные каналы того же самого цилиндра продолжает впрыскивать топливо в цилиндр. Если форсунка непосредственного впрыска не является бездействующей, процедура может заканчиваться. Иначе, если форсунка непосредственного впрыска является неработающей, то, на 406, период бездействия форсунки непосредственного впрыска может определяться и сравниваться с пороговым значением, чтобы определять, является ли период бездействия большим, чем пороговый период. Пороговый период может включать в себя пороговую длительность после последнего впрыска через форсунку непосредственного впрыска, или пороговое количество циклов двигателя после последнего впрыска через форсунку непосредственного впрыска.
Если форсунка непосредственного впрыска была бездействующей дольше, чем пороговый период, то, на 408, процедура включает в себя оценку температуры форсунки непосредственного впрыска на основании периода бездействия, а также на основании условий эксплуатации двигателя во время периода бездействия. Как конкретизировано ранее, поскольку впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания (или топлива) вызывает охлаждение на форсунке непосредственного впрыска, температуры форсунки может возрастать, в то время как форсунка непосредственного впрыска деактивирована, но наряду с тем, что форсунка впрыска во впускные каналы по-прежнему продолжает впрыскивать топливо в осуществляющий сгорание цилиндр. Таким образом, по мере того, как период бездействия увеличивается, температура форсунки непосредственного впрыска может возрастать.
На 410, процедура включает в себя предсказание температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания в форсунке. Например, может предсказываться температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпуска из (горячей) форсунки. В качестве альтернативы, может оцениваться температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания в общей направляющей-распределителе для топлива выше по потоку от (горячей) форсунки.
На 412, регулировки впрыска для «впрыска регулирования температуры» могут определяться на основании предсказанной температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания. По существу, это включает в себя регулировки впрыска для впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания в ответ на повышенную температуру форсунки, но не в ответ на детонацию. Определяемые регулировки впрыска, например, могут включать в себя объем текучей среды, который должен впрыскиваться, момент впрыска, а также длительность импульса впрыска. В материалах настоящей заявки, по мере того как температура форсунки непосредственного впрыска возрастает, и возрастает предсказанная температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания, длительность импульса непосредственного впрыска может увеличиваться. Увеличение может дополнительно настраиваться на основании состава, теплоемкости и/или октановой характеристики текучей среды предотвращения детонационного сгорания (например, содержания этилового спирта или других спиртов текучей среды предотвращения детонационного сгорания), с тем чтобы поддерживать температуру форсунки непосредственного впрыска ниже пороговой температуры. При действии таким образом, температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания также может поддерживаться внутри диапазона, за пределами которого эффективность охлаждения заряда текучей среды снижается. Регулировка впрыска форсунки впрыска во впускные каналы может настраиваться соответствующим образом, с тем чтобы поддерживать топливо-воздушное соотношение отработавших газов в или около стехиометрии. На 414, процедура включает в себя непосредственный впрыск текучей среды предотвращения детонационного сгорания на основании определенных регулировок.
В качестве примера, в то время как форсунка непосредственного впрыска, присоединенная к цилиндру двигателя деактивирована, и наряду с тем, что форсунка впрыска во впускные каналы, присоединенная к цилиндру двигателя, активна и впрыскивает топливо в цилиндр, контроллер может избирательно активировать форсунку непосредственного впрыска, присоединенную к цилиндру, и непосредственно впрыскивать текучую среду предотвращения детонационного сгорания в цилиндр в ответ на температуру форсунки непосредственного впрыска. В материалах настоящей заявки, непосредственный впрыск некоторого объема текучей среды предотвращения детонационного сгорания выполняется без приема указания детонации в цилиндре (и без приема упреждающего или ответного указания детонации). Непосредственный впрыск в ответ на температуру форсунки непосредственного впрыска может включать в себя, в то время как температура форсунки непосредственного впрыска превышает пороговую температуру, увеличение длительности импульса непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания. Длительность импульса непосредственного впрыска, кроме того, может быть основана на октановой характеристике текучей среды предотвращения детонационного сгорания и оцененной температуре текучей среды предотвращения детонационного сгорания в направляющей-распределителе для топлива выше по потоку от форсунки непосредственного впрыска. Затем, во время работы двигателя на обеих, форсунке непосредственного впрыска и форсунке впрыска во впускные каналы, снабжающих топливом цилиндр, контроллер может непосредственно впрыскивать текучую среду предотвращения детонационного сгорания в цилиндр в ответ на возникновение детонации в цилиндре. В то время, длительность импульса непосредственного впрыска может быть основана на длительности бездействия форсунки непосредственного впрыска (для снижения температуры форсунки).
Далее, с обращением к фиг. 5, многомерная регулировочная характеристика 500 показывает примерную настройку непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания на основании температуры текучей среды предотвращения детонационного сгорания во время выпускания, в качестве логически выведенной из длительности бездействия форсунки непосредственного впрыска. Многомерная регулировочная характеристика 500 изображает топливоснабжение цилиндра посредством впрыска во впускные каналы на графике 502 и топливоснабжение того же самого цилиндра с помощью непосредственного впрыска на графике 504. Изменения момента искрового зажигания относительно MBT показаны на графике 508.
В изображенном примере, перед t1, на основании условий эксплуатации двигателя, цилиндр двигателя может быть принимающим топливо посредством каждого из непосредственного и впрыска во впускные каналы (графики 502, 504), причем, соотношение впрысков настраивается на основании условий двигателя, чтобы поддерживать отработавшие газы в стехиометрии. То есть, могут активироваться форсунки как впрыска во впускные каналы, так и непосредственного впрыска. В дополнение, момент зажигания может поддерживаться по существу около MBT (график 508).
В t1, в ответ на указание детонации, объем топлива или текучей среды предотвращения детонационного сгорания (например, этанолового топлива), который непосредственно впрыскивается в цилиндр через форсунку непосредственного впрыска, увеличивается, чтобы принять меры в ответ на детонацию. Объем топлива (например, бензинового топлива), который подвергается впрыску во впускные каналы в цилиндр через форсунку впрыска во впускные каналы, уменьшается соответствующим образом. В ответ на указание детонации, принимаемое, в то время как форсунка непосредственного впрыска была активирована, текучая среда предотвращения детонационного сгорания может непосредственно впрыскиваться в цилиндр с детонацией с первой, менее продолжительной длительностью импульса. В материалах настоящей заявки, более низкая температура на форсунке и более низкая температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания могут давать эффективности охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания возможность быть более высокой, поэтому, делая необходимой менее продолжительную длительность импульса впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания.
На t2, вследствие изменения условий эксплуатации двигателя (например, изменения условий числа оборотов и нагрузки двигателя), непосредственный впрыск топлива или текучей среды предотвращения детонационного сгорания в цилиндр двигателя не запрашивается. Например, двигатель может быть работающим на средних нагрузках, где детонация бывает нечастой. В качестве альтернативы, двигатель может быть работающим в условиях, где впрыск во впускные каналы обеспечивает больший выигрыш рабочих характеристик двигателя. То есть, форсунка впрыска во впускные каналы может оставаться активированной, в то время как форсунка непосредственного впрыска является неиспользуемой или деактивированной. Форсунка непосредственного впрыска остается деактивированной или неработающей в течение длительности между t2 и t3.
В t3, принимается указание детонации. В то время как форсунка непосредственного впрыска деактивирована между t2 и t3, температура форсунки непосредственного впрыска может повышаться существенно выше номинальной рабочей температуры. Вследствие повышения температуры форсунки непосредственного впрыска, температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания в направляющей-распределителе для топлива выше по потоку от форсунок может возрастать, к тому же, наряду с повышением ожидаемой температуры текучей среды во время выпуска из форсунки. По существу, это может заставлять падать эффективность охлаждения заряда текучей среды. Таким образом, в t3, в ответ на указание детонации, текучая среда предотвращения детонационного сгорания может непосредственно впрыскиваться в детонирующий цилиндр. Однако, вследствие того, что форсунка непосредственного впрыска была предварительно деактивирована, ожидаемая температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания при выпуске из форсунки поднимается (с более низкой эффективностью охлаждения заряда), текучая среда предотвращения детонационного сгорания может непосредственно впрыскиваться с второй, большей длительностью импульса. Эта более продолжительная длительность импульса (показанная сплошным графиком 504) может быть большей, чем длительность импульса впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания, которая, в ином случае, применялась бы для ослабления детонации, если бы форсунка уже была бы активированной (как показано пунктирным графиком 506). В материалах настоящей заявки, более высокая температура на форсунке и более высокая температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания могут уменьшать эффективность охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания, поэтому, делая необходимой более продолжительную длительность импульса впрыска текучей среды. В дополнение, для компенсации нехватки по детонации, являющейся результатом настроенной длительности импульса, момент зажигания может подвергаться запаздыванию (график 508). В одном из примеров нехватка по детонации может компенсироваться комбинированием большего количества текучей среды предотвращения детонационного сгорания с подвергнутой запаздыванию искрой. В качестве альтернативы, нехватка по детонации может компенсироваться исключительно осуществлением запаздывания искры после того, как был достигнут предел по объему текучей среды против детонации (такой как 100% топливоснабжения).
Длительность импульса непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания из форсунки непосредственного впрыска в цилиндр двигателя может временно увеличиваться на основании того, что форсунка непосредственного впрыска была предварительно деактивирована. Например, непосредственный впрыск на увеличенной длительности импульса может продолжаться в течение 10 циклов двигателя, после чего, увеличение может прекращаться. В одном из примеров величина увеличения длительности импульса впрыска может быть основана на первом количестве циклов двигателя, в течение которых форсунка была предварительно деактивирована, и увеличение длительности импульса непосредственного впрыска может прекращаться после второго количества впрысков текучей среды предотвращения детонационного сгорания из форсунки непосредственного впрыска, при этом, второе количество впрысков основано на первом количестве циклов двигателя.
Таким образом, во время первого условия, когда происходит детонация, и форсунка непосредственного впрыска уже активирована (детонация происходит в t1), контроллер непосредственно впрыскивает текучую среду предотвращения детонационного сгорания, когда происходит детонация, и форсунка непосредственного впрыска была предварительно деактивирован (детонация происходит в t3), контроллер непосредственно впрыскивает текучую среду предотвращения детонационного сгорания с второй длительностью импульса, более продолжительной, чем первая длительность импульса. Здесь, во время первого условия, детонация происходит, когда цилиндр двигателя снабжается топливом каждой из форсунок впрыска во впускные каналы и непосредственного впрыска, а во время второго условия, детонация происходит, когда двигатель снабжается топливом исключительно форсункой впрыска во впускные каналы. В дополнение, во время первого условия, форсунка непосредственного впрыска находится на первой, более низкой температуре, наряду с тем, что, во время второго условия, форсунка непосредственного впрыска находится на второй, более высокой температуре. Подобным образом, во время первого условия, предсказанная температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания при выпуске из форсунки непосредственного впрыска является первой, более низкой температурой, наряду с тем, что, во время второго условия, предсказанная температура текучей среды предотвращения детонационного сгорания при выпуске из форсунки непосредственного впрыска является второй, более высокой температурой. Контроллер, во время первого условия, может поддерживать момент искрового зажигания на MBT наряду с тем, что, во время второго условия, контроллер может осуществлять запаздывание момента искрового зажигания от MBT. Применяемое запаздывание зажигания может настраиваться на основании разницы между требуемым разбавлением в двигателе и разбавлением в двигателе, обеспечиваемым непосредственным впрыском текучей среды предотвращения детонационного сгорания при второй длительности импульса.
Таким образом, зависящее от температуры снижение эффективности охлаждения заряда текучей среды предотвращения детонационного сгорания может учитываться лучше. Посредством настройки регулировок непосредственного впрыска текучей среды предотвращения детонационного сгорания на основании оцененного или ожидаемого повышения температуры форсунки непосредственного впрыска, изменения температуры и эффективности ослабления детонации текучей среды могут предсказываться и компенсироваться. Посредством настройки длительности импульса впрыска текучей среды на основании того, была ли форсунка предварительно активирована или деактивирована, эффективность ослабления детонации текучей среды при выпуске может предсказываться точнее, и может улучшаться ослабление детонации, обеспечиваемое текучей средой. В дополнение, могут уменьшаться засорение и термическая деградация форсунки. Посредством лучшего принятия мер в ответ на детонацию в двигателе, могут улучшаться рабочие характеристики двигателя.
Отметим, что примерные процедуры управления, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. 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 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 или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель 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. Кроме того, одна или более различных конфигураций системы могут использоваться в комбинации с одной или более описанных диагностических процедур. Объект патентования настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.