СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR THE ENGINE (OPTIONS) AND THE ENGINE SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способам и системам для снижения выбросов твердых частиц с выхлопными газами в системе двигателя с наддувом посредством впрыска сжиженного нефтяного газа (LPG).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели могут быть выполнены с топливными форсунками непосредственного впрыска, которые впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр сгорания (непосредственный впрыск), и/или топливными форсунками впрыска во впускной канал, которые впрыскивают топливо в окно цилиндра (впрыск топлива во впускной канал). Непосредственный впрыск обеспечивает достижение более высокой эффективности использования топлива и более высокой выходной мощности в дополнение к лучшему задействованию эффекта охлаждения заряда впрыскиваемого топлива.
Кроме того, при холодном запуске двигателя, непосредственный впрыск топлива в рабочем такте или такте выпуска (также известный как вторичный впрыск топлива) или поздно в такте сжатия обеспечивает ускоренную активацию каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Один из примерных подходов для ускорения активации каталитического нейтрализатора выхлопных газов показан Нигаи и другими US 6,374,798 (опубл. 23.04.2002, МПК F02D 41/02, F02D 41/04). Здесь топливо впрыскивается в такте сжатия, когда требуется больший разогрев каталитического нейтрализатора, и в такте впуска, когда требуется меньший разогрев каталитического нейтрализатора.
Однако авторы в материалах настоящего описания выявили, что бензиновые двигатели с непосредственным впрыском вырабатывают большее количество выбросов твердых частиц (или сажи) при холодном запуске и прогреве двигателя вследствие диффузного распространения пламени, при котором топливо может не смешиваться в достаточной мере с воздухом перед сгоранием, а также вследствие смачивания стенки цилиндра. Поскольку непосредственный впрыск, по природе, является относительно поздним впрыском топлива может быть недостаточно времени для смешивания впрыснутого топлива с воздухом в цилиндре. Подобным образом, впрыснутое топливо может сталкиваться с меньшей турбулентностью при протекании через клапаны. Следовательно, могут быть карманы обогащенного сгорания, которые могут вырабатывать сажу локально, ухудшая выделение продуктов сгорания с выхлопными газами. Подобным образом, подача бензина в виде вторичного впрыска топлива или позднего впрыска в такте сжатия посредством форсунки непосредственного впрыска может приводить к повышенному смачиванию топливом поршня и значительному повышению выбросов твердых частиц на выхлопной трубе.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы в материалах настоящего описания выявили, что по меньшей мере некоторые из вышеуказанных проблем могут быть преодолены способами для системы двигателя, работающей с непосредственным впрыском газового топлива, такого как сжиженный нефтяной газ. Один из примерных способов включает в себя этапы, на которых осуществляют при холодном запуске двигателя сжигание первого количества газового топлива, впрыснутого в течение одного или более из такта впуска и такта сжатия первого события сгорания; и сжигание второго количества газового топлива, впрыснутого в рабочем такте первого события сгорания, отношение первого количества ко второму количеству регулируется, чтобы давать возможность богатого топливно-воздушного соотношения на свече зажигания для улучшенной стабильности двигателя наряду с поддержанием общего топливно-воздушного соотношения сгорания на стехиометрии в цилиндре. Таким образом, активация каталитического нейтрализатора может ускоряться, не ухудшая выбросов с выхлопными газами.
В одном из вариантов предложен способ, в котором большую часть первого количества газового топлива впрыскивают позже в такте сжатия по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов, оцениваемая при холодном запуске двигателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором второе количество газового топлива впрыскивают позже в рабочем такте по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов, оцениваемая при холодном запуске двигателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором второе количество газового топлива впрыскивают при множестве впрысков в рабочем такте, причем количество впрысков в рабочем такте основано на установке момента зажигания.
В одном из вариантов предложен способ, в котором количество впрысков в рабочем такте увеличивают по мере того как установку момента зажигания подвергают запаздыванию от максимального тормозного момента (MBT).
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором продолжают сжигание первого количества и второго количества в течение некоторого количества событий сгорания после первого события сгорания, причем количество событий сгорания основано на температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов относительно пороговой температуры.
В одном из вариантов предложен способ, в котором количество событий сгорания увеличивают с увеличением разности между температурой каталитического нейтрализатора выхлопных газов и пороговой температурой.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых по завершению некоторого количества событий сгорания сжигают газовое топливо на стехиометрии в такте впуска.
В одном из вариантов предложен способ, в котором газовое топливо хранят в топливном баке для жидкого топлива в виде сжиженного нефтяного газа (LPG).
В одном из вариантов предложен способ, в котором каждое из первого и второго количества топлива подается посредством непосредственного впрыска.
В одном из дополнительных аспектов предложен способ для двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
при холодном запуске двигателя
осуществляют непосредственный впрыск первого количества сжиженного нефтяного газа (LPG) на такте впуска события сгорания;
осуществляют непосредственный впрыск второго количества LPG на такте сжатия события сгорания;
сжигают первое и второе количества в такте сжатия; и
осуществляют непосредственный впрыск третьего количества LPG в рабочем такте, причем первое, второе и третье количества регулируют для поддержания общего топливно-воздушного соотношения выхлопных газов на стехиометрии.
В одном из вариантов предложен способ, в котором первое и второе количества сжигают на такте сжатия, при этом третье количество сжигают в выпускном окне.
В одном из вариантов предложен способ, в котором одно или более из первого, второго и третьего количества LPG подают в виде множества впрысков топлива.
В одном из вариантов предложен способ, в котором долю второго количества относительно первого количества увеличивают при уменьшении температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов при холодном запуске.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором при впрыске третьего количества топлива регулируют давление в топливной форсунке на основании одного или более из первого количества топлива, установки опережения зажигания третьего количества топлива и давления в цилиндре при впрыске третьего количества топлива.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором продолжают впрыск LPG в виде каждого из первого, второго и третьего количества впрыска до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не будет на или выше пороговой температуры.
В одном из дополнительных аспектов предложена система двигателя, содержащая:
цилиндр двигателя;
топливную форсунку непосредственного впрыска, присоединенную к цилиндру;
направляющую-распределитель для топлива, присоединенную выше по потоку от топливной форсунки;
топливный бак для хранения газового топлива под давлением в виде жидкости;
регулятор давления для регулировки давления газового топлива, подаваемого из топливного бака в направляющую-распределитель для топлива;
каталитический нейтрализатор выхлопных газов, присоединенный в выпускном канале двигателя; и
контроллер с машиночитаемыми командами для:
в состоянии холодного запуска двигателя, до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не будет на или выше пороговой температуры,
подачи газового топлива в виде множества впрысков, включая, по меньшей мере впрыск в такте сжатия и впрыск в рабочем такте; и
сжигания поданного топлива на стехиометрии.
В одном из вариантов предложена система, в которой множество впрысков включает в себя первый впрыск в такте впуска, второй впрыск в такте сжатия и третий впрыск в рабочем такте.
В одном из вариантов предложена система, в которой временные характеристики и соотношение первого, второго и третьего впрысков основаны на установке момента искрового зажигания.
В одном из вариантов предложена система, в которой соотношение второго впрыска в такте сжатия относительно первого впрыска в такте впуск возрастает, а установка момента второго впрыска в такте сжатия перемещается ближе к верхней мертвой точке (ВМТ) по мере того как установка момента зажигания подвергается запаздыванию от MBT, при этом установка момента впрыска в рабочем такте перемещается дальше после ВМТ по мере того как установка момента зажигания подвергается запаздыванию от MBT.
В виде примера, система двигателя может быть выполнена с системой подачи топлива на сжиженном нефтяном газе (LPG), и газовое топливо (например, LPG) может впрыскиваться непосредственно в камеру сгорания. В состоянии холодного запуска двигателя, такого как когда температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов находится ниже пороговой температуры или эффективности. Газовое топливо может подаваться в двигатель в виде одного или более из впрыска в такте впуска и впрыска в такте сжатия. Впрыск топлива может смещаться в больше степени в направлении впрыска в такте сжатия по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов при холодном запуске двигателя. По существу, впрыск в такте впуска может давать возможность хорошего смешивания, а во время активации каталитического нейтрализатора впрыск может быть обедненным. Впрыск в такте сжатия, в таком случае, может использоваться, так чтобы топливно-воздушное соотношение на свече зажигания находилось около стехиометрии, так чтобы смесь легче воспламенялась. По выбору, топливо также может впрыскиваться в виде одиночного или множества впрысков в рабочем такте и сжигаться в выпускном окне. Получающееся в результате повышение температуры и давления выхлопных газов сокращает время, до которого осуществляет активацию каталитический нейтрализатор. Количество топливо, впрыскиваемого в тактах впуска, сжатия и рабочем такте, может регулироваться, чтобы поддерживать общее топливно-воздушное соотношение выхлопных газов на или около стехиометрии. В дополнение, временные характеристики впрысков могут регулироваться на основании температуры каталитического нейтрализатора и установки момента зажигания. Например, по мере того как температура каталитического нейтрализатора в условиях холодного запуска снижается, впрыск в такте сжатия может выполняться ближе к верхней мертвой точке (ВМТ) такта сжатия наряду с тем, что впрыск(и) в рабочем такте выполняется дальше от ВМТ. В качестве еще одного примера, меньшая часть топлива может впрыскиваться в такте впуска наряду с тем, что большая часть топлива подается в такте сжатия и в виде вторичного впрыска (в рабочем такте). Стратегия разделенного впрыска топлива может продолжаться по мере того как возрастает температура или эффективность каталитического нейтрализатора. Когда каталитический нейтрализатор выхлопных газов прогрет в достаточной мере (например, находится на или выше температуры активации), вторичный впрыск может прерываться, и может возобновляться впрыск топлива в одном из такта впуска или такта сжатия. В качестве альтернативы, стратегия разделенного впрыска топлива может быть модифицирована, чтобы прерывать вторичный впрыск топлива (в рабочем такте) наряду с поддержанием впрысков топлива в тактах впуска и сжатия до тех пор, пока не активирован каталитический нейтрализатор.
Таким образом, посредством впрыска топлива в цилиндр после ВМТ такта сжатия, усиленное окисление углеводородов и окиси углерода дополнительно повышает температуру выхлопных газов наряду со снижением выбросов питающих газов. В общем и целом, эффективность активации каталитического нейтрализатора улучшается, не ухудшая его работу в виду наличия твердых частиц в выхлопных газах.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематичное изображение системы двигателя, выполненной с возможностью непосредственного впрыска газового топлива.
Фиг. 2 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую примерный способ регулировки профиля впрыска топлива при впрыске при холодном запуске.
Фиг. 3 показывает примерные профили впрыска топлива для условий холодного запуска двигателя.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее описание относится к системе двигателя, выполненной с возможностью подачи газового топлива непосредственным впрыском, такой как система двигателя по фиг. 1. Газовое топливо может подаваться в виде разделенного впрыска топлива, распределенного по многочисленным тактам события сгорания в цилиндре в условиях холодного запуска двигателя. Контроллер может быть выполнен с возможностью осуществления способа управления, такого как процедура по фиг. 2, чтобы подавать газовое топливо в виде одного или более из впрыска в такте впуска и такте сжатия, а также чтобы подавать часть топлива в виде вторичного впрыска в рабочем такте. Примерные профили впрыска топлива показаны со ссылкой на фиг. 3.
Фиг. 1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра 14 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, 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 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, выполненный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176 с приводом от выхлопных газов, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от выхлопных газов через вал 180, где устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. 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. Кроме того, впускной канал 144 может включать в себя датчик (не показан) давления на входе дросселя (TIP) выше по потоку от дросселя 162 для оценки давления на входе дросселя (TIP). 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 выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может быть любым пригодным датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), двухрежимный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями. Кроме того, устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов может содержать датчик температуры (не показан) для выдачи указания температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Двигатель 10 может включать в себя систему рециркуляции выхлопных газов (EGR), указанную в целом под 194. Система 194 EGR может включать в себя охладитель 196 EGR, расположенный вдоль трубопровода 198 EGR. Кроме того, система EGR может включать в себя клапан 197 EGR, расположенный вдоль трубопровода 198 EGR, для регулирования количества выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции во впускной коллектор 144.
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 регулирования установки момента открывания и закрывания и/или величины подъема соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответствующими датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут включать в себя электрический привод или кулачковый привод клапана, или их комбинацию. В примере кулачкового привода, 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.
Во время работы двигателя, каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается событию сгорания в цилиндре, содержащему четырехтактный цикл: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска, обычно, выпускной клапан 156 закрывается, а впускной клапан 150 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 146, поршень 138 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличивать объем внутри камеры 14 сгорания. Положение, в котором поршень 138 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 14 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). На такте сжатия, впускной клапан 150 и выпускной клапан 156 закрыты. Поршень 138 перемещается к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри камеры 14 сгорания. Точка, в которой поршень 138 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 14 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в виде верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания на такте впуска (и/или такта сжатия) события сгорания в цилиндре. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется на такте сжатия известным средством воспламенения, таким как свеча 192 зажигания, приводя к сгоранию. На такте расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 138 обратно в НМТ. Коленчатый вал 140 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, на такте выпуска, выпускной клапан 156 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор 148, и поршень возвращается в ВМТ. Таким образом, одиночное событие сгорания в цилиндре может включать в себя такт впуск, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Отметим, что вышеприведенное показано просто в виде примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительные или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана, или различные другие примеры.
В некоторых примерах, двигатель 10 может эксплуатироваться с вторичным впрыском топлива. Более точно, в дополнение к топливу, впрыскиваемому на такте впуска, как обсуждено выше, топливо также может впрыскиваться и в рабочем такте. Топливо, впрыскиваемое в рабочем такте, может окисляться в выпускном окне. В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться на такте выпуска. По выбору, топливо, впрыскиваемое на такте выпуска, может воспламеняться и сжигаться в выпускном окне. Впрыск второго количества топлива в рабочем такте (или такта выпуска) указывается ссылкой в материалах настоящего описания как вторичный впрыск топлива. Вторичный впрыск топлива преимущественно может использоваться для повышения температуры выхлопных газов, тем самым, ускоряя активацию каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Таким образом, при работе двигателя 10 с вторичным впрыском топлива, первое количество топлива может сжигаться на такте впуска и/или такта сжатия; а затем, второе количество топлива подается в рабочем такте того же самого события сгорания в цилиндре. Подробности работы двигателя 10 с вторичным впрыском топлива будут дополнительно конкретизированы на фиг. 2-3.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для воспламенения впрыскиваемого топлива и инициации 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 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 виде боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 первой топливной системой 172, которая может быть топливной системой высокого давления, включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В одном из примеров, как показано на фиг. 1, топливная система 172 может включать в себя топливный бак 182 со сжатым газом и датчик 184 давления топлива для выявления давления топлива в топливном баке 182.
Топливная форсунка 170 показана расположенной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в виде впрыска во впускной канал топлива (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI»), во впускное окно 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 из второй топливной системы 173, которая может быть жидкостной топливной системой (например, для бензина, этилового спирта или их комбинации), включающей в себя топливный бак, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В одном из примеров, как показано на фиг. 1, топливная система 173 может включать в себя топливный бак 183 и датчик 185 топлива, например, датчик уровня жидкости, для выявления величины запаса в топливном баке 182. 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 на такте сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. В альтернативном варианте осуществления, топливо из второй топливной системы дополнительно или в качестве альтернативы может подаваться в дополнительную топливную форсунку непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в камеру 14 сгорания.
Отметим, что одиночный формирователь 168 или 171 может использоваться для обеих систем впрыска топлива, или многочисленные формирователи, например, формирователь 168 для топливной форсунки 166 и формирователь 171 для топливной форсунки 170, могут использоваться, как изображено. Топливная система 172 может быть газовой топливной системой. В одном из примеров, газовое топливо может храниться в топливном баке для жидкого топлива в виде сжиженного нефтяного газа (LPG). В еще одном примере, газовое топливо может включать в себя CNG, водород, LPG, LNG, и т.д., или их комбинации. Следует принимать во внимание, что газовые виды топлива, в качестве указываемых ссылкой в материалах настоящего описания, являются видами топлива, которые являются газообразными в атмосферных условиях, но могут находиться в жидкой форме, в то время как под высоким давлением (в особенности, выше давления насыщения) в топливной системе. В сравнении, жидкие виды топлива, в качестве указываемых ссылкой в материалах настоящего описания, являются видами топлива, которые являются жидкими в атмосферных условиях. Несмотря на то, что фиг. 1 изображает двухтопливную систему, в некоторых примерах, однотопливные газовые системы могут использоваться для подачи газового топлива, такого как CNG, водород, LPG, LNG, и т.д., или их комбинаций в камеру сгорания непосредственным впрыском.
Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что изображенный вариант осуществления выполнен с возможностью подачи одно топливо посредством непосредственного впрыска, а другого топлива посредством впрыска во впускной канал, в кроме того дополнительных вариантах осуществления, система двигателя может включать в себя многочисленные форсунки впрыска во впускной канал, при этом каждое из газового топлива и жидкого топлива, подается в цилиндр посредством впрыска во впускной канал. Подобным образом, в других вариантах осуществления, система двигателя может включать в себя многочисленные форсунки непосредственного впрыска, при этом каждое из газового топлива и жидкого топлива подается в цилиндр посредством непосредственного впрыска.
Как представлено выше, во время определенных условий работы двигателя, таких как в условиях холодного запуска двигателя, где температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не находится выше температуры активации (или температуры активации), впрыск топлива может вызывать значительное повышение выбросов твердых частиц. Это происходит вследствие повышенного смачивания топливом поршня от непосредственного впрыска (жидкого) топлива позже в такте впуска или такте сжатия. Авторы выявили, что непосредственный впрыск газового топлива, такого как LPG, может улучшать условия охлаждения двигателя без существенного повышения выбросов твердых частиц. Более точно, испарение газового топлива, такого как LPG, подаваемого в цилиндр посредством непосредственного впрыска, дает топливу возможность впрыскиваться после верхней мертвой точки (ВМТ) в виде вторичного впрыска, тем самым, обеспечивая повышенное окисление углеводородов и окиси углерода и уменьшая выбросы питающих газов. В дополнение, повышенная температура выхлопных газов улучшает время активации каталитического нейтрализатора и эффективность каталитического нейтрализатора в условиях холодного запуска двигателя.
В одном из примеров, газовая топливная система 172 непосредственного впрыска (DI) может быть выполнена с возможностью подачи топлива в виде одного или более вторичных впрысков топлива в условиях холодного запуска двигателя, чтобы улучшать активацию каталитического нейтрализатора. Это происходит в дополнение к впрыску топлива (например, первого количества топлива) на такте впуска и/или такта сжатия для сжигания в цилиндре на такте сжатия. Вторичный впрыск топлива может включать в себя впрыск топлива (например, второго количества топлива) в рабочем такте события сгорания в цилиндре (например, после ВМТ такта сжатия). Вторичный впрыск топлива затем подвергается сгоранию в выпускном окне. Выделяемые раскаленные выхлопные газы затем используются для ускорения активации каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В некоторых случаях, зажигание может не быть необходимым. В случае, если зажигание необходимо, установка опережения зажигания может зависеть от положений установки фаз распределения выпускных клапанов. Например, установка опережения зажигания может быть в обычном диапазоне от ВМТ до 40 ATC. Дополнительные подробности касательно использования вторичного впрыска топлива для улучшения активации каталитического нейтрализатора посредством уменьшения продолжительности времени для приведения температуры устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов (например, температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов или каталитического нейтрализатора выхлопных газов) до пороговой температуры приведены со ссылкой на фиг. 2-3.
Возвращаясь к фиг. 1, контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в виде микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую 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 хладагента 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 MAP. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Кроме того, контроллер может принимать сигнал скорости вращения турбины (не показан) с датчика скорости вращения турбины (не показан), расположенного в турбине 176. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленной скоростью вращения двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 120, который также используется в виде датчика скорости вращения двигателя, может вырабатывать заданное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала. Дополнительно, установка момента зажигания, то есть, момент времени в течение события сгорания в цилиндре, когда свеча зажигания срабатывает в цилиндре для инициации сгорания, может регулироваться контроллером.
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.
Таким образом, система по фиг. 1 дает возможность способа двигателя, содержащего: при холодном запуске двигателя, сжигание первого количества газового топлива в течение одного или более из такта впуска и такта сжатия первого события сгорания, а затем, сжигание второго количества газового топлива в течение рабочего такта первого события сгорания. Здесь, отношение первого количества ко второму количеству регулируется для поддержания общее топливно-воздушное соотношение сгорания на стехиометрии. Таким образом, активация каталитического нейтрализатора ускоряется без повышения выбросов твердых частиц в выхлопных газах.
С обращением к фиг. 2, показан примерный способ 200 для выполнения впрыска топлива газового топлива во время события сгорания в цилиндре. Процедура включает в себя вторичный впрыск топлива в условиях холодного запуска двигателя, чтобы улучшать активацию каталитического нейтрализатора. Контроллер двигателя, такой как контроллер 12, показанный на фиг. 1, может выполнять способ 200 на основании команд, хранимых в нем.
На этапе 202, способ включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Таковые могут включать в себя, но не в качестве ограничения, скорость вращения и нагрузку двигателя, требование крутящего момента водителя, массовый расход воздуха, положение дросселя, давление наддува, абсолютное давление в коллекторе, температуру коллектора, температуру хладагента двигателя, барометрическое давление, температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов, положение педали, температуру окружающей среды, и т.д.
На этапе 204, на основании условий работы двигателя, может определяться, присутствуют ли условия холодного запуска двигателя. Например, холодный запуск двигателя может подтверждаться, если температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов находится ниже пороговой температуры (например, температуры активации), когда перезапускается двигатель. Если состояние холодного запуска двигателя не подтверждено, то есть, выполняется горячий запуск или горячий перезапуск двигателя, процедура переходит на этап 222, когда топливо подается на такте впуска. Количество подаваемого топлива может быть основано на требовании крутящего момента водителя и условиях скорости вращения-нагрузки двигателя. В некоторых примерах, на основании условий работы двигателя, топливо может, в качестве альтернативы или дополнительно, подаваться в такте сжатия. Таким образом, топливо может подаваться в виде впрыска только в такте впуска, впрыска только в такте сжатия или каждого из впрыска в такте впуска и впрыска в такте сжатия. Кроме того еще, на основании количества топлива, которое должно подаваться, сорта топлива, а также существующих условий работы двигателя, впрыск топлива может подаваться в виде одиночного впрыска (в такте впуска и/или в такте сжатия) или множества впрысков топлива (в такте впуска и/или в такте сжатия). Дополнительно, количество топлива, впрыскиваемое на этапе 222, может регулироваться, чтобы обеспечивать стехиометрическое топливно-воздушное соотношение сгорания. В альтернативных примерах, однако, количество впрыскиваемого топлива может регулироваться, чтобы давать обогащенное или обедненное топливно-воздушное соотношение по мере надобности.
На этапе 224, сжигание топлива, подаваемого в камеру сгорания, может инициироваться искровым воспламенением на такте сжатия. Например, процедура может включать в себя искровое воспламенение количества топлива в цилиндре свечой зажигания, такой как свеча 192 зажигания, показанная на фиг. 1. На этапе 226, подвергнутая сгоранию топливно-воздушная смесь может выпускаться в выпускной коллектор на такте выпуска. По существу, вторичный впрыск топлива может не выполняться во время горячих перезапусков двигателя.
Возвращаясь на этапе 204, если холодный запуск двигателя подтвержден, может использоваться профиль впрыска топлива, включающий в себя вторичный впрыск. По существу, во время периода прогрева двигателя, поскольку каталитический нейтрализатор не является работающим на своей оптимальной температуре, могут быть повышенные выбросы (например выбросы NOx или твердых частиц) из выхлопных газов. Таким образом, чтобы уменьшать время, требуемого для достижения пороговой температуры каталитического нейтрализатора, может выполняться вторичный впрыск топлива. Посредством выполнения вторичного впрыска топлива в условиях, когда температура каталитического нейтрализатора меньше, чем его оптимальная рабочая температура, дополнительное тепло из выхлопных газов может частично использоваться для прогрева каталитического нейтрализатора выхлопных газов до его рабочей температуры быстрее, чем когда вторичный впрыск топлива не выполняется. Как результат, пониженные выбросы в выхлопных газах могут достигаться в условиях холодного запуска. В дополнение, посредством использования газового топлива, быстрое испарение и связанные свойства охлаждения заряда газового топлива предоставляет возможность использоваться более поздним моментам времени впрыска топлива (например, позже в такте сжатия или за пределами такта сжатия) с уменьшенным смачиванием топливом поршня, а потому, пониженным формированием твердых частиц.
Более точно, на этапе 206, процедура включает в себя, во время первого события сгорания из состояния покоя холодного запуска двигателя, подачу первого количества газового топлива (такого как LPG) в камеру сгорания во время одного или более из такта впуска и такта сжатия события сгорания в цилиндре (например, цикла цилиндра). Первое количество газового топлива может подаваться в виде одиночного впрыска в такте впуска, множества впрысков в такте впуска, одиночного впрыска в такте сжатия, множества впрысков в такте сжатия или по меньшей мере одного впрыска в такте впуска и по меньшей мере одного впрыска в такте сжатия.
При использовании комбинации впрысков в такте впуска и такте сжатия, большее из первого количества топлива может подаваться позже в такте сжатия по мере того как возрастает необходимость активации каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Более точно, на этапе 208, большая часть первого количества топлива может подаваться в такте сжатия по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов, оцениваемая при холодном запуске двигателя. Например, 10% первого количества топлива может подаваться в виде впрыска в такте впуска наряду с тем, что оставшиеся 90% первого количества топлива могут подаваться в виде впрыска в такте сжатия. В качестве еще одного примера, 20% первого количества топлива может подаваться в виде впрыска в такте впуска наряду с тем, что оставшиеся 80% первого количества топлива могут подаваться в виде впрыска в такте сжатия. В некоторых вариантах осуществления, часть первого количества топлива, подаваемого в такте впуска, относительно такта сжатия (соотношение разделения) может зависеть от оборудования двигателя, такого как несущая способность топливной форсунки. Подобным образом, на этапе 209, количество впрысков топлива в такте сжатия может увеличиваться по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов, оцененная при холодном запуске двигателя. Например, количество впрыска топлива в такте сжатия может подаваться в виде 1-3 (или более) впрысков в такте сжатия. В дополнение к регулировке количества топлива, подаваемого в такте сжатия, также могут регулироваться временные характеристики топлива, подаваемого в такте сжатия. Например, по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов (то есть, по мере того как каталитический нейтрализатор становится холоднее), количество впрыска в такте сжатия может подаваться позже в такте сжатия, то есть, ближе к ВМТ такта сжатия. Подобным образом, в дополнение к регулировке количества топлива, подаваемого в такте впуска, также могут регулироваться временные характеристики топлива, подаваемого в такте впуска. Например, по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов (например, по мере того как холоднее температура), количество впрыска топлива в такте впуска может подаваться ближе к НМТ такта впуска. Посредством увеличения части топлива, подаваемого на такте сжатия, улучшается стабильность сгорания в двигателе. В дополнение, может использоваться значительное запаздывание установки момента зажигания, и/или повышенная энтальпия из двигателя может подаваться в каталитический нейтрализатор выхлопных газов. Посредством использования вторичного впрыска топлива с начальным впрыском (как обсужденный на этапе 212), топливо может подаваться позже в такте сжатия без смачивания поршня (столкновения) в холодных двигателях.
В одном из примеров, первое количество топлива может регулироваться, чтобы давать бедное топливно-воздушное соотношение. Затем, второе количество топлива, впрыскиваемое в рабочем такте (вторичного впрыска), может регулироваться для компенсации более бедного топливно-воздушного соотношения и создания общего стехиометрического (ли слегка обогащенного) топливно-воздушного соотношения. Регулировка второго количества топлива дополнительно обсуждена ниже на этапе 212.
В альтернативных вариантах осуществления, первое количество топлива может быть основано на количестве газового топлива, дающем стехиометрическое топливно-воздушное соотношение. Впрыскиваемое топливо может быть газовым топливом, таким как LPG, и топливо может впрыскиваться непосредственно в камеру сгорания системой непосредственного впрыска (DI), как описано на фиг. 1. Например, топливная форсунка непосредственного впрыска, такая как топливная форсунка 166, показанная на фиг. 1, может впрыскивать первое количество LPG в цилиндр двигателя (например, камеру сгорания) на такте впуска или такта сжатия события сгорания в цилиндре.
На этапе 210, процедура включает в себя сжигание подаваемого первого количества газового топлива, впрыснутого во время одного или более из такта впуска или такта сжатия первого события сгорания посредством искрового зажигания на такте сжатия цикла цилиндра. Например, контроллер может осуществлять искровое зажигание первого количества топлива свечой зажигания, такой как свеча 192 зажигания по фиг. 1, на такте сжатия. В одном из примеров, при холодном запуске двигателя, установка момента зажигания может подвергаться запаздыванию от MBT для увеличения подачи тепла выхлопных газов. Например, по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов, установка момента зажигания может подвергаться запаздыванию дальше от MBT. Однако, в альтернативных примерах, посредством использования вторичного впрыска (как обсуждено ниже) с меньшей величиной запаздывания установки момента зажигания, активация каталитического нейтрализатора может ускоряться наряду с навлечением меньшего повышения расхода топлива.
На этапе 212, процедура включает в себя подачу второго количества газового топлива в рабочем такте первого события сгорания. По существу, это может составлять вторичный впрыск топлива. Во время вторичного впрыска топлива, второе количество топлива может подаваться в камеру сгорания посредством непосредственного впрыска. То есть, второе количество топлива может подаваться во время второго впрыска топлива, второй впрыск топлива выполняется отдельно от первого впрыска топлива. В одном из примеров, второе количество топлива может быть меньшим, чем первое количество топлива.
В одном из примеров, газовое топливо может впрыскиваться в цилиндр в рабочем такте. Газовое топливо может храниться в топливном баке для жидкого топлива в виде сжиженного нефтяного газа (LPG). В качестве альтернативы, газовое топливо может включать в себя CNG, водород, LPG, LNG, и т.д., или их комбинации.
В одном из примеров, каждое из первого и второго количеств топлива подается посредством непосредственного впрыска. В альтернативных примерах, однако, по меньшей мере второе количество топлива подается посредством непосредственного впрыска.
Вследствие обедненной работы во время первого впрыска топлива, второе количество топлива может регулироваться, чтобы остаточный кислород после первого сгорания топлива мог потребляться во время сгорания второго количества топлива. По существу, общее топливно-воздушное соотношение события сгорания в цилиндре может поддерживаться на стехиометрии или слегка обогащенным. Таким образом, отношение первого количества топлива к второму количеству топлива может регулироваться для поддержания общее топливно-воздушное соотношение сгорания на стехиометрии. Второе количество топлива, подаваемое и сжигаемое в рабочем такте, может быть основано на температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Например, большее количество топлива может впрыскиваться в рабочем такте по мере того как разность между температурой каталитического нейтрализатора выхлопных газов и пороговой температурой (например, температурой активации) возрастает при холодном запуске. Второе количество топлива может подаваться в виде одиночного впрыска в рабочем такте или впрысков в рабочем такте. на этапе 213, количество впрысков в рабочем такте может регулироваться на основании установки момента зажигания. Например, по мере того как возрастает запаздывание установки момента зажигания (от MBT), количество впрысков в рабочем такте может увеличиваться. Например, количество впрысков топлива может возрастать (например, до 1-3 впрысков) после начального запуска двигателя по вхождению в режим активации каталитического нейтрализатора. Временные характеристики впрысков в рабочем такте также могут регулироваться на основании установки момента зажигания и температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Например, по мере того как температура каталитического нейтрализатора убывает, впрыск в рабочем такте может выполняться дальше за ВМТ такта сжатия.
В некоторых примерах, во время вторичного впрыска, контроллер также может управлять давлением топливной форсунки. Например, при впрыске топлива в рабочем такте, контроллер может повышать давление топлива (с 50 бар до 200 бар) для улучшения парообразования на топливной форсунке.
Впоследствии, на этапе 214, второе впрыснутое количество топлива может сжигаться или окисляться в выпускном окне (например, на такте выпуска). Второй впрыск топлива может воспламеняться искровым зажиганием, если условия работа таковы, что температура в выпуске не достаточна, чтобы начать воспламенение. Посредством выполнения вторичного впрыска топлива и окисления впрыснутого оконным впрыском топлива в выпускном окне, может вырабатываться дополнительное тепло выхлопных газов, которое может частично использоваться для прогрева каталитического нейтрализатора выхлопных газов до температуры активации. На этапе 216, подвергнутая сгоранию топливно-воздушная смесь может выпускаться в выпускной коллектор на такте выпуска.
На этапе 218, может определяться, находится ли температура (Tcat) каталитического нейтрализатора выхлопных газов на или выше пороговой температуры, такой как температура активации каталитического нейтрализатора. Если каталитический нейтрализатор выхлопных газов достаточно разогрет, то контроллер может прекращать вторичный впрыск топлива. То есть, контроллер может возобновлять впрыск топлива без вторичного впрыска топлива и возвращаться на этапе 222, чтобы впрыскивать топливо только в виде впрыска в такте впуска и/или сжатия. Вторичный впрыск топлива может завершаться посредством прекращения впрыска второго количества газового топлива, когда температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов возрастает выше пороговой температуры.
Если каталитический нейтрализатор выхлопных газов не был достаточно разогрет и активирован, процедура переходит на этап 220, на котором вторичный впрыск топлива поддерживается в течение некоторого количества событий сгорания после первого события сгорания от состояния покоя. Таким образом, контроллер возвращается на этап 206 и продолжает сжигать первое количество и второе количество топлива в течение некоторого количества событий сгорания, количество основано на температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов относительно пороговой температуры. Например, количество событий сгорания может увеличиваться с увеличением разности между температурой каталитического нейтрализатора выхлопных газов и пороговой температурой. После того, как количество событий сгорания истекло, контроллер может возобновлять сжигание газового топлива на стехиометрии, подавая топливо только в такте впуска.
Таким образом, вторичный впрыск топлива может использоваться для сокращения времени, необходимого, чтобы разжигался каталитический нейтрализатор. Посредством использования газового топлива для вторичного впрыска топлива, выработка сажи и твердых частиц может уменьшаться. Посредством окисления количества вторичного впрыска топлива, дополнительное тепло, вырабатываемое вторичным впрыском топлива, может эффективно использоваться для улучшения активации каталитического нейтрализатора.
В одном из примеров, система двигателя содержит цилиндр двигателя; топливную форсунку непосредственного впрыска, присоединенную к цилиндру; направляющую-распределитель для топлива, присоединенную выше по потоку от топливной форсунки; топливный бак для хранения газового топлива под давлением в виде жидкости; регулятор давления для регулировки давления газового топлива, подаваемого из топливного бака в направляющую-распределитель для топлива; и каталитический нейтрализатор выхлопных газов, присоединенный в выпускном канале двигателя. Система двигателя дополнительно включает в себя контроллер с машиночитаемыми командами для: в состоянии холодного запуска двигателя, до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора не находится на или выше пороговой температуры, подают газовое топливо в виде множества впрысков, включающих в себя по меньшей мере впрыск в такте сжатия и впрыск в рабочем такте; и сжигания поданного топлива на стехиометрии. Множество впрысков может включать в себя первый впрыск в такте впуска, второй впрыск в такте сжатия и третий впрыск в рабочем такте. Временные характеристики и соотношение первого, второго и третьего впрысков могут быть основаны на установке момента искрового зажигания. Например, соотношение второго впрыска в такте сжатия относительно первого впрыска в такте впуска может повышаться, и установка момента второго впрыска в такте сжатия может перемещаться ближе к ВМТ по мере того как установка момента зажигания подвергается запаздыванию от MBT. Кроме того, установка момента впрыска в рабочем такте может перемещаться дальше за ВМТ по мере того как установка момента зажигания подвергается запаздыванию от MBT.
Далее, с обращением к фиг. 3, многомерная характеристика 300 изображает примерные временные характеристики впрыска топлива и вторичного впрыска топлива, которые могут использоваться для улучшения активации каталитического нейтрализатора. Активация каталитического нейтрализатора может улучшаться посредством сокращения времени, требуемого для повышения температуры каталитического нейтрализатора. Многомерная характеристика 300 изображает установку фаз распределения впускных клапанов на графике 302, установку фаз распределения выпускных клапанов на графике 304, положение поршня на графике 306, примерный профиль впрыска топлива, используемый во время горячего запуска двигателя на профиле 410, и примерные профили впрыска топлива или два разных состояния холодного запуска на профилях 420 и 430. На каждом из профилей 410-430 впрыска топлива, количества и установки момента впрыска показаны в виде прямоугольников (307, 322-326, 332-334) наряду с тем, что события установки момента зажигания показаны в виде полос (308, 328, 336).
Во время запуска двигателя, в то время как двигатель подвергается проворачиванию коленчатого вала, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью регулировки профиля впрыска топлива у топлива, подаваемого в цилиндр. В частности, топливо может подаваться в виде первого профиля 410 во время горячего запуска двигателя, и в виде одного из второго профиля 420 или третьего профиля 430 при холодном запуске двигателя. В одном из примеров, при холодном запуске, топливоснабжение двигателя может инициироваться согласно профилю 420 или 430, а затем переключаться на профиль 410 (например, во время или вслед за проворачиванием коленчатого вала двигателя). Отличающиеся профили впрыска топлива при запуске двигателя могут включать в себя часть топлива, подаваемого в цилиндры в виде вторичного впрыска топлива в рабочем такте. В дополнение, топливо может впрыскиваться непосредственным впрыском в виде одиночного впрыска в такте впуска, одиночного впрыска в такте сжатия или их комбинации.
Многомерная характеристика 300 двигателя иллюстрирует положение двигателя по оси x в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD). Кривая 306 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 синусоидальными кривой 306, 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 304) и впускного клапана (сплошная кривая 302) 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.
Третий график (сверху) многомерной характеристики 300 изображает примерный профиль 410 впрыска топлива, который может использоваться во время проворачивания коленчатого вала двигателя. В изображенном примере, профиль 410 впрыска топлива может использоваться во время первого события сгорания после запуска двигателя. Здесь, запуск двигателя является горячим запуском двигателя. Контроллер двигателя выполнен с возможностью выдавать общее количество топлива в цилиндр в виде одиночного впрыска в такте впуска, изображенного под 307. В дополнение, искровое зажигание выдается близко к MBT, как изображено на этапе 308, например, на этапе 10 до верхней мертвой точки (TDC, ВМТ). Профиль 410 впрыска топлива не включает в себя вторичный впрыск топлива. В альтернативном примере, количество топлива может выдаваться в виде одиночного впрыска в такте сжатия.
Четвертый график (сверху) многомерной характеристики 300 изображает примерный профиль 420 впрыска топлива, который может использоваться во время проворачивания коленчатого вала двигателя. В изображенном примере, профиль 420 впрыска топлива может использоваться во время первого события сгорания после запуска двигателя. Здесь, запуск двигателя является холодным запуском двигателя. Контроллер двигателя выполнен с возможностью выдавать топливо в цилиндр в виде первого впрыска в такте впуска, изображенного под 322, и второго впрыска в такте сжатия, изображенного под 324. Первый впрыск 322 в такте впуска может включать в себя первое количество топлива, которое впрыскивается непосредственным впрыском с первой установкой момента на такте впуска. Второй впрыск в такте сжатия может включать в себя второе количество топлива, которое впрыскивается непосредственным впрыском с второй установкой момента на такте сжатия. Таким образом, при холодном запуске, большая часть впрыска может подаваться в такте сжатия по сравнению с тактом впуска.
В дополнение к подаче топлива в такте впуска и такте сжатия, топливо впрыскивается в виде вторичного впрыска топлива в рабочем такте, изображенного под 326. Количества 322, 324 и 326 впрыска регулируются, чтобы поддерживать общее топливно-воздушное соотношение сгорания на или около стехиометрии. В изображенном примере, профиль впрыска топлива включает в себя соотношение разделения впрыскиваемой массы топлива (то есть, соотношение впрыскиваемое в такте впуска топливо: топливо, которое впрыскивается в такте сжатия: топливо, которое впрыскивается непосредственным впрыском в рабочем такте), то есть устанавливается в 10:80:10. В альтернативных примерах, требуемая масса топлива для работы двигателя разделяется по мере надобности. В дополнение, искровое зажигание снабжается искрой, подвергнутой запаздыванию от MBT, как изображено на этапе 328, например, на 10 до верхней мертвой точки. Событие зажигания, выдаваемое в такте сжатия, используется для сжигания впрысков топлива, подаваемых в цилиндр в такте впуска и такте сжатия (322 и 324). Количество 326 впрыска топлива затем окисляется в выпускном окне на такте выпуска, выпуская раскаленные выхлопные газы в выпускной коллектор. Посредством использования запаздывания искрового зажигания в комбинации с вторичным впрыском топлива, температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быстро повышаться до температуры активации, улучшая рабочие характеристики двигателя при холодном запуске двигателя. Кроме того, посредством разделения подачи топлива на первый впрыск в такте впуска, второй впрыск в такте сжатия и третий впрыск в рабочем такте, температура активации каталитического нейтрализатора может достигаться без повышения выбросов твердых частиц (PM) с выхлопными газами и ухудшения стабильности сгорания в двигателе. Это предоставляет возможность улучшаться выбросам при запуске двигателя.
Пятый график (сверху) многомерной характеристики 300 изображает примерный профиль 430 впрыска топлива, который может использоваться во время проворачивания коленчатого вала двигателя. В изображенном примере, профиль 430 впрыска топлива может использоваться во время первого события сгорания после запуска двигателя. Здесь, запуск двигателя является холодным запуском двигателя, который является более холодным, чем холодный запуск двигателя профиля 420 впрыска топлива. Например, температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быть более низкой у профиля 430 по сравнению с профилем 420.
Контроллер двигателя выполнен с возможностью выдавать топливо в цилиндр в виде многочисленных (здесь, трех) впрысков в такте сжатия, изображенных на этапе 332. Например, множество впрысков 332 в такте сжатия может включать в себя первый впрыск в такте сжатия на 90 градусах до верхней мертвой точки, второй впрыск в такте сжатия на 45 градусах до верхней мертвой точки и третий впрыск в такте сжатия на 10 градусах до верхней мертвой точки. В зависимости от производительности контроллера и задания размеров (несущей способности) топливной форсунки, количество впрысков в такте сжатия, установки момента каждого впрыска и массы топлива, подаваемой в каждом впрыске в такте сжатия, может меняться. Таким образом, при холодном запуске, большая часть впрыска в такте сжатия может подаваться позже в такте сжатия.
В дополнение к подаче топлива в такте сжатия, топливо впрыскивается в виде многочисленных (здесь, трех) вторичных впрысков топлива в рабочем такте, изображенного под 334. Количества 332 и 334 впрыска регулируются, чтобы поддерживать общее топливно-воздушное соотношение сгорания на или около стехиометрии.
В дополнение, искровое зажигание снабжается искрой, подвергнутой запаздыванию от MBT, как изображено на этапе 336, например, на 10 до верхней мертвой точки. Событие зажигания, выдаваемое в такте сжатия, используется для сжигания впрысков топлива, подаваемых в цилиндр в такте сжатия (332). Количество 334 впрыска топлива затем окисляется в выпускном окне на такте выпуска, выпуская раскаленные выхлопные газы в выпускной коллектор. Посредством использования запаздывания искрового зажигания в комбинации с вторичным впрыском топлива, температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов может быстро повышаться до температуры активации, улучшая рабочие характеристики двигателя при холодном запуске двигателя. Кроме того, посредством разделения подачи топлива на множество впрысков в такте сжатия и множество впрысков в рабочем такте, температура активации каталитического нейтрализатора может достигаться без повышения выбросов твердых частиц (PM) с выхлопными газами и ухудшения стабильности сгорания в двигателе. Это предоставляет возможность улучшаться выбросам при запуске двигателя.
В одном из примеров, при холодном запуске двигателя, контроллер может непосредственно впрыскивать первое количество сжиженного нефтяного газа (LPG) на такте впуска события сгорания; непосредственно впрыскивать второе количество LPG на такте сжатия события сгорания; а затем, сжигать первое и второго количества в такте сжатия. Контроллер дополнительно может непосредственно впрыскивать третье количество LPG в рабочем такте, первое, второе и третье количества регулируются для поддержания общее топливно-воздушное соотношение выхлопных газов на стехиометрии. Здесь, первое и второе количества могут сжигаться на такте сжатия наряду с тем, что третье количество сжигается в выпускном окне на такте выпуска. Кроме того, одно или более из первого, второго и третьего количеств LPG могут подаваться в виде множества впрысков топлива. Например, топливо может подаваться в виде множества впрысков в такте впуска, множества впрысков в такте сжатия, множества впрысков в рабочем такте или их комбинации. Доля второго количества впрыска в такте сжатия относительно первого количества впрыска в такте впуска может увеличиваться по мере того как снижается температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов при холодном запуске. Контроллер может продолжать впрыск LPG в виде каждого из первого, второго и третьего количества впрыска при холодном запуске двигателя до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не находится на или выше пороговой температуры.
Во время вторичного впрыска, контроллер также может управлять давлением топливной форсунки. Например, при впрыске топлива в рабочем такте, контроллер может регулировать (например, повышать или понижать) давление топливной форсунки на основании одного или более из количества топлива, впрыскиваемого в рабочем такте, установки момента впрыска топлива, впрыскиваемого в рабочем такте, и давления в цилиндре одновременно с впрыском топлива в рабочем такте. В одном из примеров, давление топливной форсунки повышается для обеспечения максимального смешивания, которое является благотворным для уменьшения формирования сажи.
Таким образом, временные характеристики подачи вторичного впрыска топлива и установка момента зажигания, и энергия для сжигания вторичного впрыска топлива могут регулироваться, тем самым, выдавая дополнительную энергию выхлопных газов, которая может использоваться по меньшей мере частично для уменьшения запаздывания турбонагнетателя, когда повышение требования крутящего момента больше, чем пороговое значение, и/или для уменьшения продолжительности времени для активации каталитического нейтрализатора, когда температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов находятся ниже пороговой температуры.
Таким образом, выполнение вторично впрыска топлива во время переходных условий может сокращать продолжительность времени для разгона турбонагнетателя до требуемой скорости вращения и выдачи требуемого наддува. Дополнительно, выполнение вторичного впрыска топлива в условиях холодного запуска может сокращать продолжительность времени, чтобы каталитический нейтрализатор выхлопных газов разогревался до пороговой рабочей температуры. Посредством искрового зажигания топлива во время вторичного впрыска топлива, может уменьшаться потеря тепла в камеру сгорания. Кроме того, посредством использования топлива, такого как LPG, которое впрыскивается в газовой форме, может уменьшаться формирование сажи и твердых частиц. Таким образом, посредством впрыска и сжигания второго количества топлива на такте выпуска события сгорания в двигателе в ответ на запаздывание турбонагнетателя и/или температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов, достигается технический результат, тем самым, уменьшая запаздывание турбонагнетателя и улучшая активацию каталитического нейтрализатора.
Необходимо отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, 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 настоящего описания, 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 машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, 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 настоящего описания.
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. Следует понимать, 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.