СПОСОБ ПРОДУВКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
ICE EXHAUST GAS PURGING PROCESS (VERSIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к продувке выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Продувка выхлопных газов в двигателях внутреннего сгорания используется для очистки цилиндра сгорания от раскаленных продуктов выхлопных газов и перезарядки цилиндра свежим всасываемым воздухом. Продувка обеспечивает возможность удаления свежим воздухом большей части остаточных раскаленных выхлопных газов из объема пространства очистки, и получающееся в результате снижение температуры ослабляет склонность к детонации, таким образом, предоставляя возможность большего опережения зажигания, которое повышает крутящий момент. Более того, уменьшение количества остаточных выхлопных газов освобождает большее пространство для смеси свежего воздуха/топлива, что дополнительно повышает крутящий момент. Продувка обычно используется на европейском рынке, но большинство двигателей с турбонаддувом, продаваемых на рынке США, калиброваны под использование гораздо меньшей продувки вследствие заботы о выбросах.
x
Традиционная продувка или «прочистка» свежим воздухом используется, когда давление во впускном коллекторе выше, чем давление в выпускном коллекторе. Это является типичным у двигателей с турбонаддувом вплоть до приблизительно 2000-2500 оборотов в минуту (RPM). Двигатели с турбонаддувом и tiVCT (спаренной независимой регулируемой установкой фаз кулачкового распределения) могут добиваться выигрышей по детонации и крутящему моменту на низких скоростях вращения с использованием продувки. Однако традиционная продувка может давать в результате прохождение насыщенного кислородом свежего воздуха через выпускной клапан и в систему последующей очистки выхлопных газов, приводя к повышенным выбросам. Избыток кислорода в выхлопных газах частично обусловлен потоком воздуха, используемым для традиционной продувки выхлопных газов, осуществляющей поток через выпускной клапан при перекрытии клапанов. В некоторых случаях это перекрытие предоставляет возможность всасывания воздуха непосредственно в выхлопные газы до того, как происходит рабочий такт. Этот несгоревший кислород проделывает свой путь в выхлопные газы и может изменять химию каталитических нейтрализаторов последующей очистки выхлопных газов. В частности, повышенный кислород уменьшает восстановительную способность каталитического нейтрализатора, таким образом, ослабляя восстановление оксидов азота (NO) перед вентиляцией выхлопных газов в атмосферу. Более того, традиционная продувка осуществляется на падении давления от впускного коллектора к выпускному коллектору, чтобы возбуждать поток продувочного воздуха через цилиндр. В некоторых условиях работы этот перепад давлений отсутствует, уменьшая окно благоприятной возможности для продувки выхлопных газов.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из аспектов изобретения предложен способ, включающий в себя этапы, на которых:
осуществляют наддув всасываемого воздуха двигателя в цилиндр; и
впрыскивают некоторое количество продувочной текучей среды в цилиндр на основании количества остаточных выхлопных газов.
В одном из вариантов предложен способ, в котором продувочная текучая среда является одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла.
В одном из вариантов предложен способ, в котором впрыск количества одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла в цилиндр осуществляют посредством форсунки непосредственного впрыска.
В одном из вариантов предложен способ, в котором впрыск количества одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла дополнительно включает в себя этап, на котором впрыскивают количество одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла во второй половине такта выпуска.
В одном из вариантов предложен способ, в котором впрыск количества одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла в цилиндр осуществляют посредством форсунки впрыска во впускной канал.
В одном из вариантов предложен способ, в котором впрыск количества одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла дополнительно включает в себя этап, на котором впрыскивают количество одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла при перекрытии клапанов, причем факел распыла впрыска нацелен за открытый клапан по меньшей мере частично в цилиндр.
В одном из вариантов предложен способ, в котором впрыск количества одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла дополнительно включает в себя этап, на котором впрыскивают количество одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла в конце такта выпуска непосредственно перед тактом впуска и открыванием впускного клапана.
В одном из вариантов предложен способ, в котором воду впрыскивают через форсунку непосредственного впрыска во второй половине такта впуска после того, как сгорание завершено на более чем 90%, причем впрыскиваемая вода испаряется в цилиндре и выталкивает добавочные остаточные выхлопные газы цилиндра за открытый выпускной клапан, при этом воду впрыскивают в ответ на количество остаточных выхлопных газов, большее чем пороговое значение, и степень перекрытия клапанов у впускного и выпускного клапанов ниже порогового значения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором количество одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла увеличивают в ответ на увеличенное количество остаточных выхлопных газов и дополнительно увеличивают в ответ на детонацию.
В одном из дополнительных аспектов предложен способ, включающий в себя этапы, на которых:
если перекрытие клапанов ниже порогового значения, впрыскивают некоторое количество одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла в цилиндр на такте выпуска для увеличения продувки; и
если перекрытие клапанов выше порогового значения, не впрыскивают одно из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла в цилиндр на такте выпуска.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых осуществляют наддув всасываемого воздуха двигателя в цилиндр выше давления выхлопных газов с перекрытием клапанов ниже порогового значения и регулируют регулируемую установку фаз клапанного распределения для формирования по меньшей мере некоторого перекрытия клапанов ниже порогового значения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором дополнительно двигатель выполняет сгорание топлива, иного чем одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла на такте выпуска цикла цилиндра, при этом указанную продувку выполняют при нагрузках двигателя выше верхнего порогового значения, при котором двигатель ограничивается по детонации.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором регулируют регулируемую установку фаз клапанного распределения для осуществления запаздывания закрывания впускного клапана, когда уровень текучей среды в резервуаре, содержащем в себе одно из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла, ниже порогового значения и выявлена детонация.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором уменьшают наддув всасываемого воздуха двигателя, когда уровень текучей среды в резервуаре, содержащем в себе одно из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла, ниже порогового значения и выявлена детонация.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором осуществляют запаздывание искрового зажигания, когда уровень текучей среды в резервуаре, содержащем в себе одно из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла, ниже порогового значения и выявлена детонация.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором регулируют количество одного из воды и омывателя ветрового стекла, впрыскиваемого в цилиндр, на основании количества остаточных выхлопных газов.
В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ для двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
впрыскивают некоторое количество текучей среды в цилиндр, основанное на плотности и объеме остаточных выхлопных газов в цилиндре, причем текучая среда содержит воду; и
регулируют количество на основании обратной связи с датчика двигателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором датчик двигателя является датчиком детонации, и регулировка количества текучей среды на основании обратной связи с датчика двигателя дополнительно включает в себя этап, на котором увеличивают количество впрыскиваемой текучей среды в ответ на детонацию.
В одном из вариантов предложен способ, в котором датчик двигателя является датчиком кислорода выхлопных газов, и регулировка количества текучей среды на основании обратной связи с датчика двигателя дополнительно включает в себя этап, на котором увеличивают количество впрыскиваемой текучей среды в ответ на избыточный кислород.
В одном из вариантов предложен способ, в котором датчик двигателя является датчиком температуры выхлопных газов, и регулировка количества текучей среды на основании обратной связи с датчика двигателя дополнительно включает в себя этап, на котором увеличивают количество впрыскиваемой текучей среды в ответ на высокую температуру.
В одном из вариантов предложен способ, в котором датчик двигателя является датчиком состава выхлопных газов, и регулировка количества текучей среды на основании обратной связи с датчика двигателя дополнительно включает в себя этап, на котором уменьшают количество впрыскиваемой текучей среды в ответ на составляющие в выхлопных газах.
В настоящем описании раскрыты система и способ впрыска продувочной текучей среды, такой как вода или текучая среда омывателя ветрового стекла, непосредственно в цилиндр или посредством впрыска во впускной канал для продувки паром, которая может достигаться без избыточного кислорода в системе выпуска. Впрыскиваемая текучая среда быстро испаряется в высокотемпературных остаточных выхлопных газах, и/или когда капельки сталкиваются с горячими металлическими поверхностями в камере сгорания. Относительно небольшое количество текучей среды может испаряться в относительно большой объем пара, таким образом, вытесняя остаточные выхлопные газы и выталкивая за открытые выпускные клапаны. Использование пара для продувки убавляет всасываемый воздух, выпускаемый через выпускной клапан, по сравнению с традиционной продувкой, которая использует поток воздуха на перепаде давлений для вытеснения остаточных выхлопных газов. Более того, так как настоящее изобретение предполагает расширение жидкости в пар, чтобы вытеснять остаточные выхлопные газы, продувка паром может происходить, даже когда давление во впускном коллекторе ниже, чем давление в выпускном коллекторе. Этот способ является адаптируемым к впрыску во впускной канал или непосредственному впрыску и может быть совместимым с различными видами топлива, в том числе дизельным, бензиновым и этаноловым, в качестве примеров.
В изобретении предложен способ двигателя, включающий в себя этап, на котором осуществляют впрыск некоторого количества одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла в цилиндр сгорания на основании плотности и объема остаточных выхлопных газов. Продувка впрыска во впускной канал или непосредственного впрыска водой или жидкостью омывателя ветрового стекла может уменьшать проблему с выбросами вследствие избыточного кислорода в системе последующей очистки выхлопных газов. В отличие от традиционной продувки способ по настоящему изобретению также может использоваться в двигателях без tiVCT, и даже когда давление во впускном коллекторе ниже, чем давление выхлопных газов, к примеру, при более высокой скорости вращения в минуту или при низкой скорости вращения в минуту и средневысокой нагрузке, когда детонация является требующим решения вопросом. Более того, продувка паром может снижать температуру цилиндра сгорания и, таким образом, ослаблять детонацию.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
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. Кроме того, авторы в материалах настоящего описания выявили недостатки, отмеченные в нем, и не признают их в качестве известных.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает примерный цилиндр двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 2 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую способ впрыска продувочной текучей среды.
Фиг. 3 показывает временные характеристики впрыска продувочной текучей среды для непосредственного впрыска во впускной канал.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую регулировки в отношении количества впрыскиваемой продувочной текучей среды.
Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую вариант осуществления способа, в котором двигатель оборудован регулируемой установкой фаз клапанного распределения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении подробно описан впрыск жидкости для продувки паром. В одном из вариантов осуществления продувочная текучая среда подвергается позднему непосредственному впрыску на такте выпуска. В альтернативном варианте осуществления с использованием впрыска во впускной канал, текучая среда впрыскивается при перекрытии клапанов или непосредственно перед тактом впуска. При впрыске во впускной воздушный канал жидкость или пар без труда забирается через впускной клапан, где он действует таким же образом, как непосредственно впрыскиваемая текучая среда. В обоих вариантах осуществления жидкость быстро испаряется по мере того, как сталкивается с раскаленными выхлопными газами или горячими поверхностями. Небольшое количество жидкости расширяется по мере того, как оно испаряется, и вытесняет остаточные выхлопные газы, выталкивая их за открытый выпускной клапан или клапаны. Тепло отводится из горячего цилиндра как посредством вытеснения раскаленных остаточных продуктов выхлопных газов, так и благодаря охлаждению испарением. Таким образом, впрыск продувочной текучей среды также может снижать предрасположенность к детонации, и способ по настоящему изобретению может быть адаптирован для подавления детонации. Более того, настоящее изобретение может использоваться в двигателе с или без регулируемой установки фаз клапанного распределения, и даже когда давление во впускном коллекторе ниже, чем давление в выпускном коллекторе.
Система и способ по настоящему изобретению описаны ниже со ссылкой на фигуры. Фиг. 1 показывает примерный цилиндр двигателя в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 2 подробно описывает способ по настоящему изобретению в виде блок-схемы последовательности операций способа. Фиг. 3 схематично изображает временные характеристики впрыска. Фиг. 4 изображает регулировку количества продувочной текучей среды, впрыскиваемой в ответ на различные обратные связи с датчиков двигателя. Фиг. 5 схематично изображает способ в соответствии с настоящим изобретением, как он имеет отношение к двигателю, оборудованному регулируемой установкой фаз клапанного распределения.
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 настоящего описания 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, выполненный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176 с приводом от выхлопной системы, расположенной 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 выполнено в виде турбонагнетателя. Однако в других примерах, таких, 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 выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к датчику 129 температуры выхлопных газов и датчик 127 составляющей выхлопных газов у выпускного канала 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. В альтернативном варианте осуществления эти датчики могут не быть расположенными смежными друг с другом и могут быть распределены по выпускному каналу 148. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания топливно-воздушного соотношения в выхлопных газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик количества кислорода в выхлопных газах), двухрежимный кислородный датчик или датчик EGO (который изображен), HEGO (подогреваемый EGO), 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. Датчик 128 выхлопных газов, датчик 129 температуры выхлопных газов и датчик 127 составляющей выхлопных газов выдают входные сигналы в контроллер 12 через порты 108 ввода/вывода.
Температура выхлопных газов может измеряться одним или более датчиков температуры, таких как датчик 129 температуры выхлопных газов, расположенный в выпускном канале 148. В качестве альтернативы температура выхлопных газов может логически выводиться на основании условий работы двигателя, таких как скорость вращения, нагрузка, топливно-воздушное соотношение (AFR), запаздывание искрового зажигания и т.д. Кроме того, температура выхлопных газов может вычисляться по одному или более датчиков 128 выхлопных газов. Может быть принято во внимание, что температура выхлопных газов в качестве альтернативы может оцениваться любой комбинацией способов оценки температуры, перечисленных в материалах настоящего описания.
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 некоторую форму регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT), такую как одна или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), такой как спаренная независимая регулируемая установка фаз кулачкового распределения (tiVCT), и/или регулируемого 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 приведения в действие клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.
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, 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 выполнен с одной или более форсунками для обеспечения продувочной текучей среды в него. 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, 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. 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 временные характеристики непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени на такте 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 170 впрыска во впускной канал, указанной в качестве варианта пунктирной линией, выдающей топливо во впускное отверстие выше по потоку от цилиндра 14. Как форсунка 166 непосредственного впрыска, так и вариант с форсункой 170 впрыска во впускной канал также могли бы быть выполнены с возможностью впрыскивать продувочную текучую среду, такую как вода или текучая среда омывателя ветрового стекла, из резервуара 9 продувочной текучей среды. В случае впрыска во впускной канал продувочной текучей среды факел распыла текучей среды впрыска нацелен на клапан, в направлении цилиндра, чтобы, когда впускной клапан открывается, факел распыла нацеливался за открытый клапан, по меньшей мере частично в цилиндр. В качестве альтернативы устройство впрыска продувочной текучей среды может быть расположено на определенном расстоянии от топливной форсунки и выполнено с возможностью осуществлять непосредственный впрыск или впрыск во впускной канал продувочной текучей среды.
Топливо может подаваться форсункой в цилиндр в течение одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива или продувочной текучей среды, подаваемых из форсунки, может меняться в зависимости от условий работы, таких как температура воздушного заряда, объем и плотность остаточных выхлопных газов, как описано ниже. Кроме того, для одиночного события сгорания многочисленные впрыски подаваемого топлива могут осуществляться за каждый цикл. Многочисленные впрыски могут осуществляться в течение такта сжатия, такта впуска или любой надлежащей их комбинации.
Как описано выше, фиг. 1 показывает один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), устройства впрыска продувочной текучей среды, свечи зажигания и т.д.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую 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; сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124; и сигнал детонации (KS) с датчика 181 детонации. Датчик 181 детонации в качестве альтернативы может быть расположенным на головке блока цилиндров или может быть датчиком для выявления вибраций от детонации на коленчатом валу 140. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи показания 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.
Фиг. 2 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую способ 200 в соответствии с настоящим изобретением. Способ 200 может осуществляться контроллером 12 двигателя. На этапе 202 оценивается или измеряется количество остаточных выхлопных газов в цилиндре 14. Количество остаточных выхлопных газов может быть основано на оценках плотности и объема, которые могут вычисляться контроллером 12 на основании входных сигналов с датчика 124 MAP, датчика 116 температуры, датчика 129 температуры выхлопных газов или на основании условий работы, таких как топливно-воздушное соотношение, нагрузка, скорость вращения и т.д. Температура и давление остаточных выхлопных газов могут использоваться для расчета плотности остаточных выхлопных газов. Объем остаточных выхлопных газов может оцениваться на основании условий работы двигателя и других входных данных. На этапе 204 плотность и объем остаточных выхлопных газов могут использоваться для расчета количества впрыскиваемой текучей среды. Количество текучей среды, которая должна впрыскиваться, будет меняться в зависимости от количества остаточных выхлопных газов, так как различается сила давления газов, необходимая, чтобы выгонять отличающиеся количества остаточных выхлопных газов из цилиндра 14. Количество впрыскиваемой текучей среды возрастает в зависимости от количества остаточных выхлопных газов, присутствующих в цилиндре. Регулировка величины впрыска текучей среды на основании рассчитанного количества остаточных выхлопных газов может ограничивать избыточное потребление продувочной текучей среды. Более того, если количество остаточных выхлопных газов ниже порогового значения, впрыск продувочной текучей среды может не происходить. Количество впрыскиваемой продувочной текучей среды посредством впрыска во впускной канал может оцениваться по существу таким же образом.
На этапе 206 определяется, является ли нагрузка двигателя большей, чем верхнее пороговое значение. Если нагрузка двигателя не больше, чем верхнее пороговое значение («Нет» на этапе 206), способ переходит на этапе 208, где продувочная текучая среда не впрыскивается до тех пор, пока нагрузка двигателя не больше, чем верхнее пороговое значение. Если на этапе 206 нагрузка двигателя больше, чем верхнее пороговое значение («Да»), способ переходит на этапе 210.
На этапе 210 определяется, ограничен ли двигатель по детонации. Если на этапе 210 двигатель не является ограниченным по детонации («Нет»), способ переходит на этапе 212, где не происходит никакого впрыска продувочной текучей среды до тех пор, пока двигатель не ограничен по текучей среде. Если на этапе 210 двигатель ограничен по текучей среде («Да»), способ переходит на этап 214.
На этапе 214 определяется, находится ли степень перекрытия клапанов ниже заданного порогового значения. Если степень перекрытия клапанов не ниже заданного порогового значения («Нет»), способ переходит на этап 216, где продувочная текучая среда не впрыскивается до тех пор, пока перекрытие клапанов не ниже порогового значения. Если перекрытие клапанов ниже порогового значения («Да» на этапе 214), способ переходит на этап 218.
Впрыск продувочной текучей среды может происходить в присутствии некоторого перекрытия клапанов и фактически впрыск во впускной канал продувочной текучей среды может происходить при перекрытии клапанов. Регулировки в отношении регулируемой установки фаз клапанного распределения могут производиться для формирования некоторого перекрытия клапанов ниже порогового значения, если должен использоваться впрыск продувочной текучей среды.
На этапе 218 определяется, является ли время выбранным временем впрыска. Если оно не является выбранным временем впрыска («Нет» на этапе 218), способ переходит на этап 220, где нет впрыска продувочной текучей среды до тех пор, пока время не достигает выбранного времени впрыска. Выбранное время впрыска определяется типом впрыска. Если продувочная текучая среда подвергается непосредственному впрыску, такому как посредством форсунки 66 непосредственного впрыска, может происходить поздний впрыск продувочной текучей среды на такте выпуска. Поздний непосредственный впрыск воды или текучей среды омывателя ветрового стекла на такте выпуска не может быть слишком ранним, или количество остаточных выхлопных газов будет более высоким, и потребуется большее количество текучей среды. К тому же он не может быть слишком поздним, или текучая среда не будет иметь времени для полного испарения и вытеснения остаточных газов до открывания впускных клапанов. Что касается впрыска во впускной канал, такого как посредством форсунки 170 впрыска во впускной канал, впрыск продувочной текучей среды может происходить при перекрытии клапанов, когда впускной клапан 150 открывается очень рано на такте впуска, или даже когда впускной клапан 150 закрыт перед самым тактом впуска. Жидкость или пар поступает в цилиндр 14 через открытый впускной клапан, чтобы добиваться продувки паром некоторым образом, подобным непосредственно впрыскиваемой текучей среде. Временные ограничения на впрыск во впускной канал воды или текучей среды омывателя ветрового стекла не настолько строги. Ранний впрыск имеет небольшой недостаток, поэтому мог бы использоваться простой алгоритм управления, например, для сохранения начала воспламенения (SOI) или окончания воспламенения (EOI) на или возле установки момента открывания впускного клапана или с постоянным смещением от нее.
Точные управляющие воздействия могут приводить к успешной реализации способа. Установка момента и величина впрыска, обе регулируются для достижения равновесия между достаточной продувкой и чрезмерным потреблением продувочной текучей среды.
Если на этапе 218 время является выбранной установкой момента впрыска («Да»), способ переходит на этап 222, где продувочная текучая среда впрыскивается непосредственно в цилиндр 14 или подвергается впрыску во впускной канал во впускной воздушный канал 146. Способ затем переходит на этап 224, где обратная связь выдается в контроллер 12 касательно впрыска продувочной текучей среды. Способ 400 по фиг. 4 дает подробности по обратной связи, выдаваемой в контроллер 12 двигателя на основании впрыска и последующей регулировки количества текучей среды будущего впрыска. Дополнительно, обратная связь по температуре и давлению в качестве оцененных или измеренных датчиком 124 MAP или датчиком 116 температуры также может выдаваться и использоваться при регулировке временных характеристик впрыска, или чтобы указывать, закончилась ли продувочная текучая среда, или впрыск продувки претерпел неудачу в других обстоятельствах. После того, как обратная связь по впрыску текучей среды выдана в контроллер 12 двигателя на этапе 224, способ 200 затем осуществляет возврат.
Фиг. 3 иллюстрирует временные характеристики впрыска продувочной текучей среды посредством непосредственного впрыска. На 300 перекрытие 301 клапанов ниже порогового значения, и происходит впрыск продувочной текучей среды. Это происходит в противоположность 310, где перекрытие 311 клапанов не ниже порогового значения, и впрыск продувочной текучей среды не происходит. На 302 открывание выпускного и впускного клапанов с низким перекрытием 301 показаны для двух циклов сгорания. На 304 впрыск топлива спланирован во времени рано на такте впуска вслед за закрыванием выпускного клапана. Впрыск продувочной текучей среды, будь то вода или текучая среда омывателя ветрового стекла, виден на 306. Впрыск продувочной текучей среды спланирован во времени во второй половине такта выпуска перед открыванием впускного клапана для непосредственного впрыска продувочной текучей среды. Впрыск продувочной текучей среды может происходить во второй половине такта выпуска после того, как сгорание завершено больше, чем на 90%. Такая установка момента непосредственно перед открыванием впускного клапана также может быть действенной для впрыска во впускной канал продувочной текучей среды. Впрыск во впускной канал продувочной текучей среды также может происходить при перекрытии клапанов.
На 310 в целом указана противоположная ситуация, где продувочная текучая среда не впрыскивается, так как перекрытие клапанов не ниже порогового значения. Открывание выпускного и впускного клапанов с перекрытием 311 клапанов не ниже порогового значения видно на 312. На 314 показан ранний впрыск топлива на такте впуска после того, как закрылся выпускной клапан. Отсутствие впрыска продувочной текучей среды показано на 316, в то время как перекрытие клапанов ниже порогового значения.
Фиг. 4 подробно описывает способ регулировки количества продувочной текучей среды, впрыскиваемой на основании обратной связи из предыдущего впрыска продувочной текучей среды. Способ 400 начинается на этапе 402, где выполняется способ 200 по фиг. 2. На этапе 404 конкретизирован последний этап 212 способа. Обратная связь выдается в контроллер 12 двигателя на основании предыдущего впрыска продувочной текучей среды. Эта обратная связь может включать в себя входной сигнал с датчика 181 детонации, датчика кислорода выхлопных газов, такого как датчик 128 выхлопных газов, датчик 129 температуры выхлопных газов или датчик 127 составляющей выхлопных газов. В некоторых вариантах осуществления все из этих датчиков могут не присутствовать, и обратная связь может выдаваться с существующих датчиков или на основании оценок посредством контроллера 12 двигателя на основании условий работы двигателя.
x
Если на этапе 406 детонация сверх порогового значения обнаружена датчиком 181 детонации («Да»), количество продувочной текучей среды при последующем впрыске увеличивается на этапе 408, чтобы дополнительно продувать и охлаждать цилиндр и помогать предотвращать детонацию. Если «нет» на этапе 406, способ переходит на этап 410, где определяется, находится ли содержание кислорода выхлопных газов выше, чем пороговое значение, в качестве обнаруженного датчиком 128 выхлопных газов. Если температура выхлопных газов выше, чем пороговое значение на этапе 410 («Да»), количество впрыскиваемой текучей среды при последующем впрыске увеличивается на этапе 412, чтобы дополнительно продувать камеру сгорания, таким образом, избегая избыточного кислорода в каталитическом нейтрализаторе и уменьшая выбросы NO.
Если на этапе 410 содержание кислорода выхлопных газов не выше порогового значения, способ 400 переходит на этап 414, где определяется, находится ли температура выхлопных газов выше порогового значения. Если температура выхлопных газов выше порогового значения («Да»), количество продувочной текучей среды в последующем впрыске увеличивается на этапе 416, чтобы дополнительно продувать и охлаждать цилиндр и в конечном счете охлаждать продукты выхлопных газов.
Если на этапе 414 температура выхлопных газов не выше порогового значения, способ переходит на этап 418, где определяется, находится ли составляющая выхлопных газов выше порогового уровня. Датчик составляющей выхлопных газов, такой как датчик 127 составляющей, может использоваться, чтобы указывать, присутствует ли избыточная продувочная текучая среда или ее парообразные компоненты в выхлопных газах. Датчик составляющей выхлопных газов, например, мог бы выявлять пары воды, пары метилового спирта или некоторую другую компоненты продувочной текучей среды. Если уровень составляющей выше порогового значения на этапе 418 («Да»), количество текучей среды, впрыскиваемой при последующем впрыске продувочной текучей среды, уменьшается на этапе 420, чтобы избегать избыточного потребления продувочной текучей среды. Способ 400 затем осуществляет возврат.
Следует понимать, что хотя перечислены последовательно, этапы 406, 410, 414 и 420 могут происходить в измененном порядке или одновременно. В дополнение могут быть добавлены регулировки для количества впрыскиваемой продувочной текучей среды. Например, если на этапе 414 температура выхлопных газов выше порогового значения, и на этапе 406 детонация выше порогового значения, увеличение количества впрыскиваемой текучей среды может быть большим, чем если бы были выявлены высокая температура выхлопных газов или детонация сами по себе. К тому же, хотя здесь упрощенно описан в качестве одиночного порогового значения, каждое выявление может иметь многочисленные пороговые значения, соответствующие отличающейся регулировке величины в отношении количества впрыскиваемой текучей среды. Более того, дополнительные датчики, не перечисленные выше, могут присутствовать и использоваться для обеспечения обратной связи, чтобы регулировать величину или временные характеристики впрыска для продувки паром. В дополнение к обратной связи со специфичных датчиков корректировки в отношении впрыска могут производиться над оценками свойств выхлопных газов на основании условий работы двигателя, таких как MAP, скорость вращения двигателя, топливно-воздушное соотношение и т.д.
Продувка выхлопных газов посредством способа по настоящему изобретению может повышать крутящий момент, предоставляя возможность для опережения зажигания в силу пониженной температуры цилиндра или посредством очистки камеры сгорания от остатков выхлопных газов, допускающей большее пространство для свежей топливно-воздушной смеси. Более того, впрыск продувочной текучей среды может предотвращать или ослаблять детонацию и/или преждевременное воспламенение. Точное регулирование количества текучей среды, впрыскиваемой в ответ на вышеуказанную обратную связь, дает различные преимущества способу в соответствии с настоящим изобретением. Установка момента впрыска может синхронизироваться с перекрытием клапанов, впрыск в правильный момент времени и с перекрытием клапанов ниже порогового значения может обеспечивать благоприятный исход впрыска продувочной текучей среды, уменьшая выбросы и усиливая положительные эффекты продувки выхлопных газов посредством способа по настоящему изобретению. Кроме того, регулирование количества текучей среды, впрыскиваемой в ответ на различную обратную связь, может гарантировать, что продувка выхлопных газов эффективна наряду с минимизацией количества необходимой текучей среды, сохраняя текучую среду для будущего впрыска и предотвращая накопление продувочных жидкости или пара в цилиндре, масляном поддоне или системе выпуска.
При обращении к фиг. 5, описан вариант осуществления способа 500 для управления впрыском продувочной текучей среды в двигателе, оснащенном регулируемой установкой фаз клапанного распределения (VVT). Двигатель 10 по фиг. 1 может быть совместим со способом 500, если системы 151 и 153 кулачкового привода, например, включают в себя парную независимую регулируемую установку фаз распределительного вала (tiVCT) и/или переключение профиля кулачка (CPS), и/или регулируемый подъем клапана (VVL). В способе 500 установка фаз клапанного распределения может координироваться с впрыском продувочной текучей среды. На этапе 502 оценивают, является ли происходящим продувка посредством впрыска текучей среды. Если «Да» на этапе 502, впрыск продувочной текучей среды осуществляется согласно способу 200 по фиг. 2 с дополнительной координацией VVT на этапе 504. Координация VVT с впрыском для продувки включает в себя регулирование установки фаз клапанного распределения для низкого перекрытия и низкого захватываемого объема (например, закрытия выпускного клапана около верхней мертвой точки). Если продувка посредством впрыска текучей среды не является происходящей («Нет» на этапе 502), способ затем переходит на этап 506. Впрыск посредством продувочной текучей среды мог не происходить в ситуациях ошибки системы, или если обнаружено, что уровень текучей среды резервуара 9, содержащего в себе одно из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла, ниже порогового уровня. На этапе 506 в отсутствие продувки посредством впрыска текучей среды VVT регулируется для избежания детонации. Это может включать в себя осуществление запаздывания закрытия впускного клапана и/или ограниченное использование традиционной продувки выхлопных газов, которая использует положительное давление из впускного коллектора для продувания выхлопных газов через проем выпускного клапана. На этапе 508 оценивается, было ли избегание детонации успешным, посредством определения, является ли детонация большей, чем пороговое значение. Это может определяться датчиком 181 детонации. Если детонация не больше, чем пороговое значение («Нет» на этапе 508), способ затем осуществляет возврат. Если детонация больше, чем пороговое значение («Да» на этапе 508), дополнительные этапы подавления детонации выполняются на этапе 510. Таковые могут включать в себя уменьшение наддува в двигателе с наддувом и/или осуществление запаздывания искрового зажигания в двигателе с искровым зажиганием. Следует понимать, что они являются всего лишь примерами дополнительных этапов подавления детонации, а способы и система по настоящему изобретению могут быть осуществлены в двигателях без наддува и/или двигателях без искрового зажигания. Более того, двигатель без VVT может использовать запаздывание зажигания или уменьшенный наддув для подавления детонации, если впрыск продувочной текучей среды допускает ошибку, или недостаточен для предотвращения детонации. Более того, хотя способ 500 описывает способ, специфичный для варианта осуществления, в котором двигатель оборудован VVT, следует понимать, что VVT не обязательна для продувки паром, и преимуществом настоящего изобретения является приспосабливаемость к двигателям с или без VVT.
Настоящее изобретение описывает способ, включающий в себя этапы, на которых осуществляют наддув всасываемого воздуха двигателя в цилиндр; и впрыскивают некоторое количество одного из воды и текучей среды омывателя ветрового стекла в цилиндр на основании количества остаточных выхлопных газов. Вода или текучая среда омывателя ветрового стекла испаряются при соприкосновении с раскаленными выхлопными газами и горячими металлическими компонентами, и расширенный объем паров вытесняет остаточные выхлопные газы. Способ является легко адаптируемым к непосредственному или впрыску во впускной канал и может использоваться с или без регулируемой установки фаз кулачкового распределения, даже когда давление во впускном коллекторе выше, чем давление в выпускном коллекторе.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, 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 изобретения включает в себя все новейшие и неочевидные 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.