КОНТРОЛЛЕР И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CONTROLLER AND CONTROL METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к контроллеру и способу управления для двигателя внутреннего сгорания, сконфигурированного, чтобы управлять двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Уровень техники
В публикации WO 2013/051109 описан пример двигателя сгорания для двигателя внутреннего сгорания. В двигателе внутреннего сгорания контроллер инструктирует клапану для впрыска топлива выполнять предварительный впрыск, прежде чем поршень достигает верхней мертвой точки такта сжатия, и затем инструктирует клапану для впрыска топлива выполнять основной впрыск, когда поршень достигает окружающего пространства верхней мертвой точки такта сжатия. Когда топливо впрыскивается в цилиндр посредством предварительного впрыска, предварительно смешанное сгорание выполнятся в цилиндре, тем самым, увеличивая температуру в цилиндре. Когда основной впрыск выполняется в состоянии, в котором температура в цилиндре является достаточно высокой, в цилиндре выполняется диффузионное горение.
Вышеописанный контроллер оценивает задержку зажигания, которая является продолжительностью периода от момента времени, в который клапан впрыска топлива начинает впрыск топлива, до момента времени, в который сгорание топлива начинается. Дополнительно, предварительно определенное вычислительное уравнение, включающее в себя скорость вращения двигателя и коэффициент нагрузки двигателя в качестве переменных, используется для получения целевого значения задержки зажигания, которое является целью для задержки зажигания. Затем, степени открытия сопловых лопаток устройства наддува регулируются так, что задержка зажигания становится целевым значением задержки зажигания.
Увеличения в степенях открытия сопловых лопаток устройства наддува уменьшают давление наддува устройства наддува. Когда давление наддува уменьшается, задержка зажигания увеличивается.
Таким образом, вышеописанный контроллер увеличивает степени открытия сопловых лопаток, когда задержка зажигания короче целевого значения задержки зажигания. Напротив, контроллер уменьшает степени открытия сопловых лопаток, когда задержка зажигания продолжительней целевого значения задержки зажигания.
Во время работы двигателя создается шум сгорания, который является шумом, формируемым вследствие сгорания в цилиндре. В некоторых случаях, во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, уровень шума горения изменяется, даже если давление наддува регулируется, чтобы сохранять задержку зажигания равной целевому значению задержки зажигания.
В области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, даже если предварительно смешанное горение начинается прежде диффузионного горения, диффузионное горение начинается, в то время как предварительно смешанное горение все еще выполняется.
Сущность изобретения
Первый аспект предоставляет контроллер для двигателя внутреннего сгорания. Контроллер выполнен с возможностью управлять двигателем внутреннего сгорания с самовоспламенением от сжатия, включающим в себя клапан для впрыска топлива, который впрыскивает топливо в цилиндр, и инструктировать клапану для впрыска топлива выполнять основной впрыск после инструктирования клапану для впрыска топлива выполнять предварительный впрыск. Контроллер включает в себя блок управления клапаном и блок вычисления целевого значения. Блок управления клапаном выполнен с возможностью управлять клапаном для впрыска топлива, так что расхождение уменьшается между задержкой зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр посредством основного впрыска, и целевым значением задержки зажигания, целевое значение задержки зажигания является целью для задержки зажигания. Блок вычисления целевого значения выполнен с возможностью вычислять целевое значение задержки зажигания, так что целевое значение задержки зажигания уменьшается, когда воспламеняемость топлива в цилиндре увеличивается во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, воспламеняемость топлива в цилиндре оценивается на основе параметра, который изменяет воспламеняемость.
Известно, что шум сгорания, который является шумом, получающимся в результате сгорания топлива в цилиндре, увеличивается, когда скорость предварительно смешанного горения увеличивается.
Посредством выполнения различных экспериментов и моделирований изобретатель обнаружил, что скорость предварительно смешанного горения уменьшается, когда воспламеняемость топлива в цилиндре уменьшается.
Согласно традиционным изысканиям и новым изысканиям изобретателя, скорость предварительно смешанного горения уменьшается, когда воспламеняемость топлива в цилиндре уменьшается, тем самым, увеличивая шум сгорания.
Изобретатель также обнаружил, что во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, пропорциональная доля предварительно смешанного горения в диффузионном горении и предварительно смешанном горении увеличивается, когда задержка зажигания топлива в цилиндре увеличивается, тем самым, увеличивая шум сгорания.
Таким образом, в вышеописанной конфигурации, целевое значение задержки зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр посредством основного впрыска, вычисляется на основе воспламеняемости топлива в цилиндре, которая оценивается на основе параметров, которые изменяют воспламеняемость топлива в цилиндре. Т.е., целевое значение задержки зажигания вычисляется так, что целевое значение задержки зажигания уменьшается, когда оцененная воспламеняемость топлива в цилиндре увеличивается. Клапан для впрыска топлива управляется так, что расхождение уменьшается между задержкой зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр посредством основного впрыска, и целевым значением задержки зажигания.
Как описано выше, когда воспламеняемость топлива увеличивается, скорость предварительно смешанного горения увеличивается, и шум сгорания имеет тенденцию увеличиваться. В вышеописанной конфигурации целевое значение задержки зажигания уменьшается, когда воспламеняемость топлива увеличивается. Таким образом, если воспламеняемость топлива увеличивается, увеличение в пропорциональной доле предварительно смешанного горения в диффузионном горении и предварительно смешанном горении может быть ограничено посредством уменьшения целевого значения задержки зажигания. Т.е., даже если воспламеняемость топлива увеличивается, увеличение в шуме сгорания может быть ограничено. Это ограничивает изменение в уровне шума сгорания, получающегося в результате изменения в скорости предварительно смешанного горения, т.е., изменения в воспламеняемости. Таким образом, когда рабочее состояние двигателя сохраняется в некотором состоянии, изменение в уровне шума сгорания может быть ограничено, даже если изменение происходит в параметрах, которые изменяют воспламеняемость топлива в цилиндре.
Таким образом, вышеописанная конфигурация ограничивает изменение в уровне шума сгорания во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются.
Когда парциальное давление топлива в цилиндре увеличивается, воспламеняемость топлива в цилиндре имеет тенденцию увеличиваться. Т.е., парциальное давление топлива в цилиндре является одним примером вышеописанных параметров. Таким образом, блок вычисления целевого значения может быть сконфигурирован, чтобы оценивать воспламеняемость топлива в цилиндре, так что воспламеняемость увеличивается, когда парциальное давление топлива в цилиндре увеличивается.
Также, когда парциальное давление кислорода в цилиндре увеличивается, воспламеняемость топлива в цилиндре имеет тенденцию увеличиваться. Т.е., парциальное давление кислорода в цилиндре является одним примером вышеописанных параметров. Таким образом, блок вычисления целевого значения может быть сконфигурирован, чтобы оценивать воспламеняемость топлива в цилиндре, так что воспламеняемость увеличивается, когда парциальное давление кислорода в цилиндре увеличивается.
Также, когда температура в цилиндре увеличивается, воспламеняемость топлива в цилиндре имеет тенденцию увеличиваться. Т.е., температура в цилиндре является одним примером вышеописанных параметров. Таким образом, блок вычисления целевого значения может быть сконфигурирован, чтобы оценивать воспламеняемость топлива в цилиндре, так что воспламеняемость увеличивается, когда температура в цилиндре увеличивается.
Контроллер для двигателя внутреннего сгорания может включать в себя блок вычисления индекса, который вычисляет индекс воспламеняемости топлива на основе парциального давления топлива в цилиндре, парциального давления кислорода в цилиндре и температуры в цилиндре. В этом случае, является предпочтительным, чтобы блок вычисления целевого значения был сконфигурирован, чтобы вычислять целевое значение задержки зажигания на основе индекса, вычисленного посредством блока вычисления индекса.
τ0 является индексом, Pfuel является парциальным давлением топлива в цилиндре, O2 является парциальным давлением кислорода в цилиндре, T является температурой в цилиндре, M(T) является функцией, которая включает в себя температуру в цилиндре в качестве переменной, и A, B и C являются константами модели. С помощью, например, следующего уравнения, блок вычисления индекса может вычислять вышеописанный индекс, на котором отражаются параметры. Индекс, вычисленный таким образом, является длительностью задержки зажигания топлива, когда выполняется единственный впрыск. Индекс уменьшается, когда воспламеняемость топлива увеличивается. Вычисление целевого значения задержки зажигания на основе индекса предоставляет возможность целевому значению задержки зажигания уменьшаться, когда воспламеняемость топлива увеличивается.
Уменьшение в объеме впрыска топлива для предварительного впрыска продлевает задержку зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр посредством основного впрыска. Таким образом, блок управления клапаном может быть сконфигурирован, чтобы аппроксимировать задержку впрыска топлива, впрыснутого в цилиндр посредством основного впрыска, в целевое значение задержки зажигания, регулируя объем впрыска топлива для предварительного впрыска.
Задержка зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр посредством основного впрыска, может быть продлена посредством задержки начального момента времени предварительного впрыска, т.е., посредством регулировки начального момента времени предварительного впрыска. Таким образом, блок управления клапаном может быть сконфигурирован, чтобы аппроксимировать задержку зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр посредством основного впрыска, в целевое значение задержки зажигания, регулируя начальный момент времени предварительного впрыска.
Второй аспект предоставляет способ управления двигателем внутреннего сгорания. Контроллер управляет двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, включающим в себя клапан для впрыска топлива, который впрыскивает топливо в цилиндр. Способ включает в себя выполнение предварительного впрыска с помощью клапана для впрыска топлива, выполнение основного впрыска после предварительного впрыска, управление клапаном для впрыска топлива, так что расхождение уменьшается между задержкой зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр посредством основного впрыска, и целевым значением задержки зажигания, целевое значение задержки зажигания является целью для задержки зажигания, и вычисление целевого значения задержки зажигания, так что целевое значение задержки зажигания уменьшается, когда воспламеняемость топлива в цилиндре увеличивается во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, воспламеняемость топлива в цилиндре оценивается на основе параметра, который изменяет воспламеняемость.
Другие признаки и аспекты будут очевидны из последующего подробного описания, чертежей и формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематичный чертеж, показывающий конфигурацию контроллера для двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления и конфигурацию двигателя внутреннего сгорания, управляемого посредством контроллера.
Фиг. 2 - схема, моделирующая струю топлива, впрыснутого из клапана для впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процедуру для приведения в действие клапана для впрыска топлива.
Фиг. 4 - график, показывающий соотношение между скоростью предварительно смешанного горения и уровнем шума сгорания.
Фиг. 5 - график, показывающий соотношение между воспламеняемостью топлива в цилиндре и скоростью предварительно смешанного горения.
Фиг. 6 - график, показывающий соотношение между задержкой зажигания топлива в цилиндре и уровнем шума сгорания.
Фиг. 7 - график, показывающий соотношение между индексом воспламеняемости топлива и целевым значением задержки зажигания.
Фиг. 8 - график, показывающий соотношение между индексом воспламеняемости топлива и целевым значением задержки зажигания в модификации.
Повсюду на чертежах и в подробном описании одинаковые ссылочные номера ссылаются на одинаковые элементы. Чертежи могут не быть в масштабе, и относительный размер, пропорции и изображение элементов на чертежах могут быть преувеличены для ясности, иллюстрации и удобства.
Подробное описание изобретения
Это описание обеспечивает исчерпывающее понимание описываемых способов, устройств и/или систем. Модификации и эквиваленты описанных способов, устройств и/или систем являются очевидными обычному специалисту в области техники. Последовательности операций являются примерными и могут быть изменены, как очевидно обычному специалисту в области техники, за исключением операций, обязательно происходящих в определенном порядке. Описания функций и конструкций, которые являются хорошо известными обычному специалисту в области техники, могут быть пропущены.
Примерные варианты осуществления могут иметь различные формы и не ограничиваются описанными примерами. Однако, описанные примеры являются полными и законченными и передают полные рамки изобретения обычному специалисту в области техники.
Контроллер 60 для двигателя 10 внутреннего сгорания согласно варианту осуществления будет теперь описан со ссылкой на фиг. 1-7.
Фиг. 1 показывает контроллер 60 настоящего варианта осуществления и двигатель 10 внутреннего сгорания, который управляется посредством контроллера 60. Контроллер 60 включает в себя схемы обработки. Двигатель 10 внутреннего сгорания является двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя цилиндры 11 и приводимое в действие выхлопными газами устройство 12 наддува. Двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя впускной канал 21. Впускной канал 21 включает в себя, в порядке от верхнего по потоку конца в направлении потока воздуха, воздушный фильтр 22, компрессор 13 для устройства 12 наддува, промежуточный охладитель 23 и дроссельную заслонку 24. Во впускном канале 21 воздух, отфильтрованный посредством воздушного фильтра 22, доставляется в состоянии сжатия посредством крыльчатки 13a компрессора, которая включена в компрессор 13. Воздух, сжатый таким образом, охлаждается посредством промежуточного охладителя 23. Объем всасываемого воздуха, который является объемом воздуха, вводимого в цилиндры 11 через впускной канал 21, регулируется посредством управления степенью открытия дроссельной заслонки 24.
Двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя клапаны 26 для впрыска топлива. Число клапанов 26 для впрыска топлива является таким же, что и число цилиндров 11. Каждый клапан 26 для впрыска топлива непосредственно впрыскивает топливо в соответствующий цилиндр 11. Каждый клапан 26 для впрыска топлива снабжается топливом от устройства 27 подачи топлива. Устройство 27 подачи топлива включает в себя подающий насос 29 и аккумуляторную топливную систему 30 высокого давления. Подающий насос 29 используется, чтобы нагнетать топливо, хранящееся в топливном баке, через канал 28 подачи. Топливо, находящееся под давлением посредством подающего насоса 29, временно хранится в аккумуляторной топливной системе 30 высокого давления. Топливо в аккумуляторной топливной системе 30 высокого давления подается к каждому клапану 26 для впрыска топлива. Когда топливо впрыскивается из клапанов 26 для впрыска топлива в цилиндры 11, топливо подвергается воздействию сжатого воздуха и зажигается.
Отработавший газ, сформировавшийся посредством сгорания топлива в цилиндрах 11, выпускается в выхлопной канал 36. Выхлопной канал 36 включает в себя, в порядке от верхнего по потоку конца в направлении потока отработавшего газа, турбину 14 для устройства 12 наддува и устройство 37 удаления выхлопа. Устройство 37 удаления выхлопа улавливает твердые частицы в отработавшем газе, чтобы удалять отработавший газ.
Турбина 14 оснащается крыльчаткой 14a турбины. Крыльчатка 14a турбины соединяется с крыльчаткой 13a компрессора посредством соединительного вала 15. Таким образом, когда крыльчатка 14a турбины вращается посредством крутящего момента потока отработавшего газа, крыльчатка 13a компрессора вращается синхронно с вращением крыльчатки 14a турбины. В результате, компрессор 13 повышает давление воздуха. Турбина 14 включает в себя отверстие обдува отработавшим газом для крыльчатки 14a турбины. Это отверстие снабжается регулируемым соплом 16, которое изменяет площадь отверстия для отверстия обдува отработавшим газом в зависимости от изменения в степени открытия сопла. Регулировка степени открытия сопла для регулируемого сопла 16 регулирует расход отработавшего газа, обдувающего крыльчатку 14a турбины.
Двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя EGR-устройство 40, которое вынуждает некоторую часть отработавшего газа, протекающего по выхлопному каналу 36, рециркулировать через впускной канал 21 в качестве EGR-газа. EGR-устройство 40 включает в себя EGR-канал 41, который вынуждает отработавший газ забираться из фрагмента выхлопного канала 36, расположенного выше по потоку от турбины 14, и устройство 42 регулировки расхода EGR, которое регулирует расход EGR-газа через EGR-канал 41 по направлению к впускному каналу 21. EGR-канал 41 соединяет фрагмент впускного канала 21, расположенный ниже по потоку от дроссельной заслонки 24, с фрагментом выхлопного канала 36, расположенным выше по потоку от турбины 14. EGR-канал 41 снабжается EGR-охладителем 43, который охлаждает EGR-газ, протекающий через EGR-канал 41. Когда клапан устройства 42 регулировки расхода EGR является открытым, EGR-газ, который протек из выхлопного канала 36 в EGR-канал 41, охлаждается посредством EGR-охладителя 43 и затем вводится во впускной канал 21 через устройство 42 регулировки расхода EGR.
Контроллер 60 принимает сигналы от различных типов датчиков, таких как датчик 101 давления на впуске, датчик 102 температуры на впуске, расходомер 103 воздуха, датчик 104 температуры воды, датчик 105 давления наддува, датчик 106 угла поворота коленчатого вала и датчик 107 давления топлива.
Датчик 101 давления на впуске обнаруживает давление Pim на впуске, которое является давлением воздуха, протекающего на участке впускного канала 21, расположенном ниже по потоку от дроссельной заслонки 24, и выводит сигнал, соответствующий обнаруженному давлению Pim на впуске. Датчик 102 температуры на впуске обнаруживает температуру Thim на впуске, которая является температурой воздуха, протекающего на участке впускного канала 21, расположенном ниже по потоку от промежуточного охладителя 23, и выводит сигнал, соответствующий обнаруженной температуре Thim на впуске. Расходомер 103 воздуха обнаруживает объем GA всасываемого воздуха, который является расходом воздуха, протекающего на участке впускного канала 21, расположенном выше по потоку от компрессора 13, и выводит сигнал, соответствующий обнаруженному объему GA всасываемого воздуха. Датчик 104 температуры воды обнаруживает температуру Thw воды, которая является температурой охлаждающей жидкости двигателя, протекающей через блок цилиндров двигателя 10 внутреннего сгорания, и выводит сигнал, соответствующий обнаруженной температуре Thw воды. Датчик 105 давления наддува обнаруживает давление BP наддува устройства 12 наддува и выводит сигнал, соответствующий обнаруженному давлению BP наддува. Датчик 105 давления наддува обнаруживает относительное давление в качестве давления BP наддува. Ориентиром для относительного давления является атмосферное давление. Датчик 106 угла поворота коленчатого вала обнаруживает скорость NE вращения двигателя, которая является скоростью вращения выходного вала двигателя 10 внутреннего сгорания, и выводит сигнал, соответствующий обнаруженной скорости NE вращения двигателя. Датчик 107 давления топлива обнаруживает давление Pcr в аккумуляторной топливной системе высокого давления, которое является давлением топлива в аккумуляторной топливной системе 30 высокого давления, и выводит сигнал, соответствующий обнаруженному давлению Pcr в аккумуляторной топливной системе высокого давления.
Контроллер 60 управляет работой двигателя на основе выходных сигналов датчиков 101-107.
Контроллер 60 включат в себя блок 61 управления клапаном, блок 62 вычисления индекса и блок 63 вычисления целевого значения в качестве функциональных блоков.
Блок 61 управления клапаном управляет приведением в действие клапана 26 для впрыска топлива. Более конкретно, при инструктировании зажигания топлива в цилиндре 11, блок 61 управления клапаном инструктирует клапану 26 для впрыска топлива выполнять предварительный впрыск и основной впрыск. Предварительный впрыск является впрыском топлива, выполняемым, прежде чем поршни, перемещающиеся взад и вперед в соответствующих цилиндрах 11, достигают верхней мертвой точки такта сжатия. Основной впрыск является впрыском топлива, выполняемым после предварительного впрыска и выполняемым, прежде чем поршни достигают окружающего пространства верхней мертвой точки такта сжатия. Когда топливо впрыскивается в цилиндр 11 посредством предварительного впрыска, предварительно смешанное горение выполнятся в цилиндре 11, тем самым, увеличивая температуры в цилиндре 11. С температурами в цилиндрах 11, увеличиваемыми таким образом, выполняется основной впрыск. В результате, диффузионное горение выполняется в цилиндре 11. В некоторых случаях, диффузионное горение начинается в состоянии, в котором предварительно смешанное горение, которое началось раньше, все еще выполняется. Область, где диффузионное горение начинается в состоянии, в котором предварительно смешанное горение все еще выполняется, называется областью, где предварительно смешанное горение и диффузионное горение, оба выполняются.
Когда работа двигателя выполняется в области, где предварительно смешанное горение и диффузионное горение, оба выполняются, блок 61 управления клапаном управляет клапаном 26 для впрыска топлива, чтобы аппроксимировать задержку τ зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска, к целевому значению τtrg задержки зажигания. Задержка τ зажигания является продолжительностью периода с момента времени, в который клапан 26 для впрыска топлива начинает впрыскивать топливо, до момента времени, в которой сгорание топлива начинается. Целевое значение τtrg задержки зажигания является целью задержки зажигания.
Блок 62 вычисления индекса выполнен с возможностью вычислять индекс τ0 воспламеняемости топлива в цилиндре 11 на основе параметров, которые изменяют воспламеняемость топлива в цилиндре 11. Воспламеняемость топлива ссылается на то, как легко топливо воспламеняется. Индекс τ0, вычисленный посредством блока 62 вычисления индекса, является интервалом времени задержки зажигания топлива, когда блок 62 вычисления индекса инструктирует клапану 26 для впрыска топлива выполнять одиночный впрыск. Индекс τ0 уменьшается, когда воспламеняемость топлива в цилиндре 11 увеличивается.
Параметры, которые изменяют воспламеняемость топлива в цилиндре 11, включают в себя, например, температуру Thim на впуске, давление Pim на впуске, объем рециркуляции EGR-газа, давление BP наддува, температуру Thw воды, которая является температурой охлаждающей жидкости двигателя, температуру наружного воздуха и внешнее атмосферное давление.
Например, блок 62 вычисления индекса вычисляет индекс τ0 с помощью следующего уравнения Аррениуса (1). В уравнении (1) Pfuel является парциальным давлением топлива в цилиндре 11 в момент времени, когда основной впрыск заканчивается, O2 - парциальное давление кислорода в цилиндре 11 в момент времени, когда основной впрыск заканчивается, и T - температура в цилиндре 11 в момент времени, когда основной впрыск начинается. M(T) -это функция, которая включает в себя температуру T в цилиндре 11 в качестве переменной. Т.е., функция M(T) предоставляет возможность получения большего значения, когда температура T в цилиндре 11 становится более высокой. Например, экспоненциальная функция следующего уравнения (2) может быть использована для функции M(T). В этом случае, константа D модели задается так, что результат вычисления уравнения (2) становится больше, когда температура T в цилиндре 11 становится более высокой. Например, константа D модели задается в отрицательное значение. Дополнительно, A, B и C в уравнении (1) являются константами модели, которые были заданы заранее посредством экспериментов и моделирований. Более конкретно, константа B модели задается так, что индекс τ0 уменьшается, когда парциальное давление Pfuel топлива увеличивается. Константа C модели задается так, что индекс τ0 уменьшается, когда парциальное давление O2 кислорода увеличивается. Например, константы B и C модели задаются в положительные значения. Константа A модели задается так, что индекс τ0 уменьшается как произведение B-ой степени парциального давления Pfuel топлива, C-ой степени парциального давления O2 кислорода и M(T). Например, константа A модели задается в положительное значение.
Парциальное давление Pfuel топлива вычисляется как произведение концентрации Cfuel топлива в цилиндре 11 и давление Pcy в цилиндре, которое является давлением в цилиндре 11. Концентрация Cfuel топлива является значением, соответствующим соотношению φ компонентов струи топлива в момент времени, в который основной впрыск заканчивается. Соотношение φ компонентов струи топлива в момент времени, в который основой впрыск заканчивается, вычисляется на основе командного значения объема впрыска, когда клапану 26 для впрыска топлива инструктируется выполнять основной впрыск.
Отношение φ компонентов струи топлива является отношением компонентов в струе топлива, впрыскиваемой из клапана 26 для впрыска топлива в цилиндр 11. Например, отношение φ компонентов струи топлива может быть получено делением стехиометрического отношения воздух-топливо на отношение воздух-топливо струи. Отношение воздух-топливо струи является отношением воздух-топливо в струе топлива, впрыскиваемой из клапана 26 для впрыска топлива в цилиндр 11. Отношение воздух-топливо струи может быть получено делением объема воздуха в струе на объем топлива в струе. Объем воздуха в струе вычисляется на основе объема V струи в момент времени, в который основной впрыск заканчивается, и концентрация Cox кислорода в цилиндре 11.
Способ для вычисления объема V струи будет теперь описан со ссылкой на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, струя топлива, впрыскиваемого из клапана 26 для впрыска топлива в цилиндр 11, является гипотетически коническим. В этом случае, объем V струи может быть вычислен с помощью известного уравнения Хироясу. Следующие реляционные уравнения (3) и (4) используются для вычисления длины S факела струи. Реляционное уравнение (3) используется, когда время t впрыска топлива меньше времени tc разделения. Реляционное уравнение (4) используется, когда время t впрыска топлива больше или равно времени tc разделения. Время tc разделения является временем для того, чтобы топливо, впрыскиваемое из клапана 26 для впрыска топлива, перешло из жидкого состояния в газообразное.
В реляционных уравнениях (3) и (4) ΔP является разностью между давлением Pcr аккумуляторной топливной системы высокого давления и давлением Pcy в цилиндре. Давление Pcy в цилиндре может быть оценено на основе объема воздуха, заполняющего цилиндр 11, и позиции поршня в цилиндре 11. Когда цилиндр 11 снабжается датчиком, который обнаруживает давление в цилиндре 11, обнаруженное значение датчика может быть использовано в качестве давления Pcy в цилиндре. Дополнительно, в реляционных уравнениях (3) и (4), ρf - это плотность топлива, ρa - плотность воздуха, а d0 - диаметр отверстия для впрыска клапана 26 для впрыска топлива.
Следующее реляционное уравнение (5) используется, чтобы вычислять угол θ струи. В реляционном уравнении (5) μa - это коэффициент вязкости воздуха, который был задан заранее.
Следующее реляционное уравнение (6) используется, чтобы вычислять объем V струи.
Концентрация Cox кислорода вычисляется на основе объема воздуха, введенного в цилиндр 11, и объема EGR-газа, введенного в цилиндр 11. Например, объем GA всасываемого воздуха, который обнаруживается посредством расходомера 103 воздуха, может быть использован в качестве объема воздуха, вводимого в цилиндр 11. Пропорциональная доля кислорода в воздухе больше пропорциональной доли кислорода в EGR-газе. Таким образом, концентрация Cox кислорода вычисляется, так что концентрация Cox кислорода уменьшается, когда объем EGR-газа, рециркулирующего во впускном канале 21 через EGR-устройство 40, увеличивается.
Когда степень открытия клапана устройства 42 регулировки расхода EGR и расход отработавшего газа в выхлопном канале 36 поддерживаются фиксированными, объем рециркуляции EGR-газа, рециркулирующего во впускном канале 21 через EGR-устройство 40, может быть вычислен на основе расхода отработавшего газа в выхлопном канале 36 и степени открытия клапана устройства 42 регулировки расхода EGR. Расход отработавшего газа является значением, соответствующим объему GA всасываемого воздуха и скорости NE вращения двигателя.
Когда, по меньшей мере, одно из степени открытия клапана устройства 42 регулировки расхода EGR и расхода отработавшего газа изменяется, возникает задержка реакции от изменения в изменении в объеме рециркуляции EGR-газа. В настоящем варианте осуществления, когда, по меньшей мере, одно из степени открытия клапана и расхода отработавшего газа изменяется, карта используется для оценки того, до какой степени изменение в объеме рециркуляции задерживается. Таким образом, когда, по меньшей мере, одно из степени открытия клапана и степени расхода отработавшего газа изменяется, карта используется для оценки объема рециркуляции.
Парциальное давление O2 кислорода в цилиндре 11 в реляционном уравнении (1) вычисляется как произведение концентрации Cox кислорода и давления Pcy в цилиндре в цилиндре 11.
Дополнительно, температура T в цилиндре 11, когда основной впрыск начинается, может быть оценена на основе температуры Thim на впуске и температуры Thw воды. Когда цилиндр 11 снабжается датчиком, который обнаруживает температуру в цилиндре 11, обнаруженное значение датчика может быть использовано в качестве температуры T в цилиндре 11.
Как описано выше, Pfuel, O2 и T в реляционном уравнении (1) изменяются в зависимости от температуры воздуха, протекающего через впускной канал 21, давления воздуха, протекающего через впускной канал 21, объема рециркуляции EGR-газа и температуры Thw воды. Таким образом, парциальное давление Pfuel топлива, парциальное давление O2 кислорода и температура T в цилиндре 11 также являются примерами параметров, которые изменяют воспламеняемость топлива в цилиндре 11. Дополнительно, индекс τ0, который вычисляется с помощью вышеописанного уравнения (1), является значением, основанным на параметрах, которые изменяют воспламеняемость топлива в цилиндре 11.
Блок 63 вычисления целевого значения выполнен с возможностью оценивать воспламеняемость топлива в цилиндре 11 на основе индекса τ0, который вычисляется посредством блока 62 вычисления индекса. Блок 63 вычисления целевого значения вычисляет целевое значение τtrg задержки зажигания, так что целевое значение τtrg задержки зажигания уменьшается, когда воспламеняемость, оцененная на основе индекса τ0, увеличивается. В настоящем варианте осуществления следующее реляционное уравнение (7) используется, чтобы вычислять целевое значение τtrg задержки зажигания. Таким образом, целевое значение τtrg задержки зажигания может увеличиваться монотонно в индексе τ0. Т.е., целевое значение τtrg задержки зажигания может уменьшаться монотонно относительно увеличения в воспламеняемости, оцененной на основе индекса τ0. F11 и F12 в реляционном уравнении (7) являются константами, которые были заданы на основе экспериментов и моделирований. Например, константа F11 является положительным значением.
Последовательность процессов впрыска топлива во время работы двигателя в области, где выполняются оба диффузионного горения и предварительно смешанное горение, теперь будет описана со ссылкой на фиг. 3.
Перед последовательностью процессов, показанной на фиг. 3, будет выполнено описание способа для оценки того, выполняется ли работа двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются. В настоящем варианте осуществления оценка выполняется на основе задержки зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска. Например, как показано на фиг. 6, когда задержка τ зажигания, которая является оцененным значением задержки зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска, меньше заданного времени τTh, может быть оценено, что работа двигателя выполняется в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются. Напротив, когда задержка τ зажигания больше или равна заданного времени τTh, может быть оценено, что работа двигателя выполняется в области, где только предварительно смешанное горение выполняется, но не в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются. Таким образом, так как может быть оценено, что работа двигателя выполняется в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, когда задержка τ зажигания меньше заданного времени τTh, последовательность процессов, показанная на фиг. 3, выполняется.
Задержка τ зажигания может быть вычислена на основе, например, давления BP наддува, объема GA всасываемого воздуха, температуры Thw воды, температуры Thim на впуске, начального момента времени основного впрыска и объема впрыска топлива для основного впрыска.
Как показано на фиг. 3, различные типы параметров для вычисления индекса τ0 получаются на этапе S11. Далее, на этапе S12, блок 62 вычисления индекса вычисляет индекс τ0 с помощью вышеописанного уравнения (1). Затем, на этапе S13, блок 63 вычисления целевого значения вычисляет целевое значение τtrg задержки зажигания с помощью вышеописанного реляционного уравнения (7).
Затем, на этапе S14, блок 61 управления клапаном управляет приведением в действие клапана 26 впрыска топлива, так что задержка τ зажигания становится целевым значением τtrg задержки зажигания. В настоящем варианте осуществления, на этапе S14, блок 61 управления клапаном регулирует объем впрыска топлива для предварительного впрыска, выполняющегося перед основным впрыском, т.е., время возбуждения клапана 26 впрыска топлива во время предварительного впрыска. Например, когда задержка τ зажигания короче целевого значения τtrg задержки зажигания, блок 61 управления клапаном уменьшает объем впрыска топлива для предварительного впрыска. Например, когда задержка τ зажигания продолжительней целевого значения τtrg задержки зажигания, блок 61 управления клапаном увеличивает объем впрыска топлива для предварительного впрыска. Последовательность процессов затем заканчивается.
Действие и преимущества настоящего варианта осуществления будут теперь описаны со ссылкой на фиг. 4-7.
Фиг. 4 показывает соотношение между скоростью предварительно смешанного горения и уровнем шума сгорания, который является шумом, получающимся в результате сгорания топлива в цилиндре 11. Как показано на фиг. 4, шум сгорания увеличивается, когда скорость предварительно смешанного сгорания увеличивается. Причина состоит в том, что пламя распространяется одновременно в цилиндре 11, когда скорость предварительно смешанного горения увеличивается. Когда скорость распространения пламени в цилиндре 11 увеличивается, шум сгорания имеет тенденцию увеличиваться.
Фиг. 5 показывает соотношение между воспламеняемостью топлива, впрыснутого в цилиндр 11, и скоростью предварительно смешанного горения. График, показанный на фиг. 5, является результатом, полученным посредством экспериментов и моделирований. График на фиг. 5 раскрывает, что скорость предварительно смешанного горения уменьшается, когда воспламеняемость топлива в цилиндре 11 уменьшается. Т.е., когда индекс τ0 увеличивается, скорость предварительно смешанного горения уменьшается.
Фиг. 6 представляет собой график, показывающий соотношение между задержкой τ зажигания и уровнем шума сгорания. Обращаясь к фиг. 6, когда задержка τ зажигания меньше заданного времени τTh в цилиндре 11, диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются. Напротив, когда задержка τ зажигания больше или равна заданному времени τTh, только предварительно смешанное горение выполняется в цилиндре 11. График на фиг. 6 раскрывает, что шум сгорания увеличивается, когда задержка τ зажигания увеличивается во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются. Причина состоит в том, что во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, пропорциональная доля предварительно смешанного горения в диффузионном горении и предварительно смешанном горении увеличивается, когда задержка зажигания топлива в цилиндре увеличивается, тем самым, увеличивая шум сгорания. Более конкретно, когда воспламеняемость топлива в цилиндре 11 уменьшается, задержка зажигания топлива в цилиндре имеет тенденцию увеличиваться. Дополнительно, когда воспламеняемость топлива в цилиндре 11 уменьшается, скорость предварительно смешанного горения имеет тенденцию уменьшаться. Кроме того, когда скорость предварительно смешанного горения уменьшается, пропорциональная доля предварительно смешанного горения в диффузионном горении и предварительно смешанном горении имеет тенденцию увеличиваться. Таким образом, скорость предварительно смешанного горения уменьшается, когда задержка зажигания увеличивается, пропорциональная доля предварительно смешанного горения в диффузионном горении и предварительно смешанном горении увеличивается. Это увеличивает шум сгорания.
Соотношение между шумом сгорания и задержкой τ зажигания во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, может быть представлено следующим аппроксимирующим уравнением (8). В уравнении (8), P1, P2 и P3 являются константами.
Как описано выше, индекс τ0 является обратно пропорциональным скорости предварительно смешанного горения. Таким образом, соотношение между шумом сгорания и задержкой τ зажигания может быть представлено, как показано посредством вышеописанного уравнения (8). Соответственно, соотношение между шумом сгорания, задержкой τ зажигания и индексом τ0 может быть представлено, как показано посредством следующего уравнения (9).
Шум сгорания
Когда шум сгорания является фиксированным значением Const, уравнение (9) может быть представлено как уравнение (10). В случае, в котором задержка τ зажигания, когда шум сгорания является фиксированным значением Const, является целевым значением τtrg задержки зажигания, целевое значение τtrg задержки зажигания может быть представлено следующим уравнением (11).
Как очевидно из уравнения (11), уровень шума сгорания может быть сохранен в фиксированном значении посредством увеличения целевого значения τtrg задержки зажигания, когда индекс τ0 увеличивается. Дополнительно, вышеописанное реляционное уравнение (7) может быть получено посредством установки константы P2 в уравнении (11) в единицу.
В примерном варианте осуществления реляционное уравнение (7), полученное таким образом, используется, чтобы вычислять целевое значение τtrg задержки зажигания. Сплошная линия, показанная на фиг. 7, представляет соотношение между индексом τ0 и целевым значением τtrg задержки зажигания, вычисленным с помощью реляционного уравнения (7). Прерывистая линия, показанная на фиг. 7, представляет воспламеняемость топлива, т.е., сравнительный пример 1, в котором целевое значение τtrg задержки зажигания задается независимо от индекса τ0.
В сравнительном примере 1, когда рабочее состояние двигателя 10 внутреннего сгорания является фиксированным, т.е., когда скорость NE вращения двигателя и коэффициент KL нагрузки двигателя являются фиксированными, целевое значение τtrg задержки зажигания остается неизменным, даже если параметры, изменяющие воспламеняемость топлива (т.е., индекс τ0 воспламеняемости), изменяются. В результате, когда параметры изменяются, уровень шума сгорания изменяется.
В настоящем варианте осуществления воспламеняемость топлива оценивается на основе индекса τ0. Дополнительно, целевое значение τtrg задержки зажигания вычисляется, так что целевое значение τtrg задержки зажигания уменьшается, когда воспламеняемость увеличивается. Затем, клапан 26 впрыска топлива управляется так, что задержка τ зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска, аппроксимируется в целевое значение τtrg задержки зажигания. Т.е., клапан 26 впрыска топлива управляется так, что расхождение уменьшается между задержкой τ зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска, и целевым значением τtrg задержки зажигания. Это уменьшает изменение в уровне шума сгорания, который вызывается, когда вышеописанные параметры изменяются.
Соответственно, в настоящем варианте осуществления, изменение в уровне шума сгорания во время работы двигателя в области, где диффузионное горение и предварительно смешанное горение выполняются, ограничивается.
Вышеописанный вариант осуществления может быть модифицирован следующим образом. Вышеописанные варианты осуществления и последующие модификации могут быть объединены, пока объединенные модификации остаются технически согласующимися друг с другом.
Задержка τ зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска, изменяется в зависимости от начального момента времени предварительного впрыска. Более конкретно, задержка зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска, может быть продлена посредством задержки начального момента времени предварительного впрыска и сужения интервала между моментом времени предварительного впрыска и моментом времени основного впрыска. Таким образом, момент времени предварительного впрыска может быть задержан, когда задержка τ зажигания короче целевого значения τtrg задержки зажигания, и момент времени предварительного впрыска может быть перенесен на более ранний срок, когда задержка τ зажигания дольше целевого значения τtrg задержки зажигания.
Когда задержка τ зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска, отличается от целевого значения τtrg задержки зажигания, объем впрыска топлива для предварительного впрыска и начальный момент времени предварительного впрыска, оба могут быть отрегулированы.
Расхождение между задержкой τ зажигания топлива, впрыснутого в цилиндр 11 посредством основного впрыска, и целевым значением τtrg задержки зажигания может быть уменьшено посредством изменения начального момента времени основного впрыска. В этом случае, регулировка объема впрыска топлива для предварительного впрыска и регулировка начального момента времени предварительного впрыска, чтобы уменьшать расхождение между задержкой τ зажигания и целевым значением τtrg задержки зажигания, может быть пропущена.
В вышеописанном варианте осуществления целевое значение τtrg задержки зажигания вычисляется с помощью вышеописанного реляционного уравнения (7), которое является линейной функцией. Однако, пока целевое значение τtrg задержки зажигания может уменьшаться монотонно относительно уменьшения в индексе τ0, уравнение, которое отличается от вышеописанного реляционного уравнения (7), может быть использовано, чтобы вычислять целевое значение τtrg задержки зажигания. Например, квадратичная функция, такая как следующее реляционное уравнение (12), может быть использована, чтобы вычислять целевое значение τtrg задержки зажигания. В реляционном уравнении (12) F21, F22 и F23 являются константами, которые были заданы на основе экспериментов и моделирований. Реляционное уравнение (12) может быть получено посредством установки константы P2 в вышеописанном уравнении (11) в 0,5.
Когда целевое значение τtrg задержки зажигания вычисляется с помощью реляционного уравнения (9), целевое значение τtrg задержки зажигания изменяется относительно изменениям в индексе τ0, как показано на фиг. 8.
Функция M(T) в уравнении Аррениуса (1) может отличаться от вышеописанного уравнения (2), пока значение результата вычисления может увеличиваться, когда температура T в цилиндре 11 увеличивается.
В вышеописанном варианте осуществления уравнение Аррениуса (1) используется для вычисления индекса τ0. Однако, пока индекс τ0 может быть установлен в значение, соответствующее воспламеняемости топлива в цилиндре 11, уравнение (1) не должно использоваться для вычисления индекса τ0.
Например, пока индекс τ0 может уменьшаться, когда парциальное давление Pfuel топлива в цилиндре 11 увеличивается в момент времени, в который основной впрыск заканчивается, индекс τ0 может быть вычислен без использования уравнения (1).
Дополнительно, пока индекс τ0 может уменьшаться, когда парциальное давление O2 кислорода в цилиндре 11 увеличивается в момент времени, в который основной впрыск заканчивается, индекс τ0 может быть вычислен без использования уравнения (1).
Кроме того, пока индекс τ0 может уменьшаться, когда температура T в цилиндре 11 увеличивается в момент времени, в который основной впрыск заканчивается, индекс τ0 может быть вычислен без использования уравнения (1).
Вместо оценки воспламеняемости топлива на основе индекса τ0 воспламеняемость может быть непосредственно оценена из параметров, которые изменяют воспламеняемость топлива в цилиндре 11. Например, воспламеняемость может быть оценена на основе парциального давления Pfuel топлива в цилиндре 11 в момент времени, в который основной впрыск заканчивается. Например, воспламеняемость может быть оценена на основе парциального давления O2 кислорода в цилиндре 11 в момент времени, в который основной впрыск заканчивается. Дополнительно, воспламеняемость может быть оценена на основе температуры T в цилиндре 11 в момент времени, в который основной впрыск начинается.
Контроллер 60 не ограничивается устройством, которое включает в себя CPU и память и выполняет программную обработку. Например, по меньшей мере, часть процессов, исполняемых посредством программного обеспечения в вышеупомянутом варианте осуществления, может быть выполнена посредством аппаратных схем, специализированных для выполнения таких процессов (таких как ASIC). Т.е., контроллер может быть модифицирован, пока он имеет какую-либо одну из следующих конфигурацией (a)-(c). (a) Конфигурация, включающая в себя процессор, который выполняет все из вышеописанных процессов согласно программам, и устройство хранения программ, такое как ROM, которое хранит программы. (b) Конфигурация, включающая в себя процессор и устройство хранения программ, которое выполняет часть вышеописанных процессов согласно программам, и специализированную аппаратную схему, которая выполняет остальные процессы. (c) Конфигурация, включающая в себя специализированную аппаратную схему, которая выполняет все из вышеописанных процессов. Множество схем программной обработки, каждая из которых включает в себя процессор и устройство хранения программ, и множество специализированных аппаратных схем могут быть предусмотрены. Т.е., вышеописанные процессы могут выполняться любым образом, пока процессы выполняются схемой обработки, которая включает в себя, по меньшей мере, одну из множества из одной или более схем программной обработки и множества из одной или более специализированных аппаратных схем.
Различные изменения в форме и деталях могут быть выполнены в примерах выше без отступления от духа и рамок формулы изобретения и ее эквивалентов. Примеры существуют только ради описания, а не в целях ограничения. Описания отличительных признаков в каждом примере должно рассматриваться как применимое к аналогичным отличительным признакам или аспектам в других примерах. Подходящие результаты могут быть достигнуты, если последовательности операций выполняются в другом порядке, и/или если компоненты в описанной системе, архитектуре, устройстве или схеме объединяются по-другому, и/или заменяются или дополняются другими компонентами или их эквивалентами. Рамки открытия не определяются подробным описанием, а формулой изобретения и ее эквивалентами. Все вариации в рамках формулы изобретения и ее эквивалентов включены в изобретение.