СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ
METHOD OF DETERMINING FUEL INJECTOR OPERATION CHARACTERISTIC

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к впрыску топлива в двигателе внутреннего сгорания, а в частности, к способу определения характеристики работы топливной форсунки.
Уровень техники
Характеристики топливных форсунок часто изменяются от экземпляра к экземпляру и во времени вследствие несовершенства процессов изготовления и/или, например, старения форсунки (к примеру, засорения). Такая изменчивость характеристик форсунок может приводить к дисбалансу величин выходного крутящего момента цилиндров из-за различного количества топлива, впрыскиваемого в каждый цилиндр, и может также вызывать повышенный выброс токсических веществ из выхлопной трубы и повышение расхода топлива из-за невозможности правильного дозирования топлива, подлежащего впрыску в каждый цилиндр.
В патенте США 7841319 раскрыты способы определения характеристик работы топливных форсунок непосредственного впрыска, и смягчения последствий неточности впрыска топлива. Например, за выключением топливного насоса может следовать команда топливной форсунке произвести впрыск заданного количества топлива. На основании данных падения давления в топливной рампе, вызванного впрыском, производится вычисление фактического количества введенного топлива. По результатам сравнения заданного количества топлива, подлежащего впрыску, и фактического количества впрыснутого топлива можно производить диагностику работы форсунок и/или производить компенсацию, чтобы смягчить последствия неточности впрыска топлива.
Установлена проблема, свойственная вышеприведенному способу. Конкретно, производятся замеры давления в топливной рампе в зависимости от угла поворота коленчатого вала. В сущности, в зависимости от угла поворота коленчатого вала выполняются и другие задачи, такие как фильтрация. Поскольку указанные действия выполняются в зависимости от совершения событий, они приводят к дополнительным вычислительным затратам и дополнительной сложности по сравнению с аналогичными действиями, которые могли бы быть выполнены во временной области. Указанные проблемы усугубляются попытками согласовать действия, зависящие от угла поворота коленчатого вала с действиями во временной области.
Раскрытие изобретения
Один подход, который по меньшей мере частично решает вышеуказанные проблемы, заключает в себе способ определения характеристики работы топливной форсунки, содержащий определение ошибки подачи топлива одной топливной форсункой из двух или более топливных форсунок, расположенных на первой топливной рампе, путем сравнения суммарного количества топлива по каждой из множества команд впрыска для указанной одной форсунки с количеством топлива, закачанным в первую топливную рампу, причем указанное количество топлива определяют предварительно.
Согласно более конкретному примеру, каждый из указанного множества актов впрыска выполняют между следующими друг за другом полными рабочими ходами, совершаемыми топливным насосом, при этом топливный насос подает топливо в две или более топливных форсунок первой топливной рампы.
Согласно другому аспекту осуществления изобретения, каждый из множества актов впрыска происходит после того, как топливный насос совершит полный рабочий ход, при этом перекачивание топлива топливным насосом после совершения полного рабочего хода приостанавливается.
Согласно еще одному аспекту осуществления изобретения, предлагается способ определения характеристики работы топливной форсунки, содержащий: индикацию ошибки подачи топлива одной топливной форсункой из двух или более топливных форсунок, расположенных на первой топливной рампе, путем сравнения суммарного количества топлива по каждой из множества команд впрыска для указанной одной форсунки с количеством топлива, закачанным в первую топливную рампу, причем указанное количество топлива определяют предварительно, при этом все остальные топливные форсунки кроме указанной одной топливной форсунки из числа двух или более топливных форсунок поддерживаются выключенными между множеством команд впрыска.
В данном примере количество топлива, закачанное в первую топливную рампу, может представлять собой объем топлива.
В данном примере каждый из множества актов впрыска может выполняться между следующими друг за другом полными рабочими ходами, совершаемыми топливным насосом, причем указанный топливный насос может подавать топливо в две или более топливных форсунок первой топливной рампы. Каждый из множества актов впрыска может происходить после того, как топливный насос завершит полный рабочий ход, и перекачивание топливным насосом после полного рабочего хода будет приостановлено. Дополнительно может выполняться подача команды топливному насосу на совершение полного рабочего хода, если давление топлива в первой топливной рампе падает ниже порогового давления.
В данном примере во время одного или более из множества актов впрыска топлива одна или более топливных форсунок, расположенных на второй топливной рампе, может приводиться в действие, чтобы компенсировать уменьшение питания двигателя топливом, вызванное отключением других форсунок первой топливной рампы, при этом компенсация включает доставку топлива с помощью одной или более топливных форсунок, расположенных на второй топливной рампе. Здесь две или более топливных форсунок, расположенных на первой топливной рампе, могут питаться топливом посредством первого топливного насоса, при этом одна или более топливных форсунок, расположенных на второй топливной рампе, могут питаться топливом посредством второго топливного насоса, а топливо, доставленное с помощью одной или более топливных форсунок, расположенных на второй топливной рампе, может представлять собой второе топливо, отличное от первого топлива в первой топливной рампе.
В данном примере две или более топливных форсунок, расположенных на первой топливной рампе, могут питаться топливом посредством топливного насоса, управляемого так, чтобы получить в первой топливной рампе постоянное среднее давление топлива.
В данном примере способ может дополнительно содержать компенсацию ошибки подачи топлива путем коррекции последующих команд впрыска, подаваемых на указанную одну топливную форсунку, исходя из установленной ошибки подачи.
В данном примере способ может дополнительно содержать определение соответствующих ошибок подачи топлива других топливных форсунок, расположенных на первой топливной рампе, при этом предварительно определенное количество топлива может быть доставлено в первую топливную рампу посредством множества полных рабочих ходов насоса, включающих первый рабочий ход насоса и последний рабочий ход насоса, и перекачивание топлива может быть приостановлено между каждым полным рабочим ходом насоса во множестве полных рабочих ходов насоса. Здесь, во время каждого из множества актов впрыска, впрыск топлива в цилиндр двигателя может производиться посредством указанной одной топливной форсунки, а не посредством других топливных форсунок, при этом множество команд впрыска может подаваться между указанными первым и последним рабочим ходом насоса, а каждый полный рабочий ход насоса может происходить в ответ на падение давления топлива в первой топливной рампе ниже порогового значения.
В еще одном аспекте предлагается способ определения характеристики работы топливной форсунки, содержащий в течение периода определения характеристики: подачу команды на топливный насос на совершение полного рабочего хода и приостановку перекачивания топлива топливным насосом после совершения полного рабочего хода, при этом топливным насосом подают топливо в первую топливную рампу, на которой расположены две или более топливных форсунок, в ответ на совершение полного рабочего хода насоса, подачу множества команд впрыска только одной топливной форсунке из указанных двух или более топливных форсунок, а не другим топливным форсункам, до тех пор, пока давление топлива не упадет ниже порогового значения, и определение ошибки подачи топлива одной топливной форсункой путем сравнения множества команд впрыска с количеством топлива, закачанным топливным насосом в первую топливную рампу, причем указанное количество топлива определяют предварительно, при этом период определения характеристики продолжается от момента, когда производится отключение остальных топливных форсунок, до момента повторного включения остальных топливных форсунок.
В данном примере определение ошибки подачи топлива одной топливной форсункой может включать в себя сравнение суммарного количества топлива для множества команд впрыска с количеством топлива, закачанным в первую топливную рампу.
В данном примере указанный топливный насос может являться первым топливным насосом, при этом способ может дополнительно содержать компенсацию уменьшения впрыска топлива, вызванного выключением других топливных форсунок первой топливной рампы, путем впрыска топлива через одну или более топливных форсунок, расположенных на второй топливной рампе. Указанное множество команд впрыска может приводить к впрыску топлива в один цилиндр двигателя, при этом одна или более топливных форсунок второй топливной рампы могут впрыскивать топливо в один цилиндр двигателя, и первая топливная рампа и вторая топливная рампа могут содержать различные топлива.
В данном примере указанные две или более топливных форсунок могут представлять собой топливные форсунки непосредственного впрыска топлива.
В еще одном аспекте предлагается способ определения характеристики работы топливной форсунки, содержащий: во время приостановки перекачивания топлива топливным насосом - впрыск множества количеств топлива через одну топливную форсунку из двух или более топливных форсунок, а не через другие топливные форсунки, суммирование указанного множества количеств топлива и сравнение указанной суммы с общим объемом топлива, при этом указанный общий объем топлива основан на предварительно определенных данных, и индикацию ошибки подачи топлива указанной одной топливной форсункой, исходя из результатов сравнения.
В данном примере указанные две или более топливных форсунок могут быть расположены на первой топливной рампе, при этом указанный топливный насос может являться первым топливным насосом, подающим топливо в первую топливную рампу, а способ может дополнительно содержать впрыск топлива через одну или более топливных форсунок, расположенных на второй топливной рампе, в то время как через другие топливные форсунки первой топливной рампы впрыск топлива не производят, причем первая и вторая топливные рампы могут содержать различные топлива.
В данном примере указанное множество количеств топлива может подаваться за счет полного рабочего хода, совершаемого топливным насосом, причем остальные топливные форсунки могут поддерживаться выключенными в течение впрыска указанного множества количеств топлива.
В данном примере способ может дополнительно содержать компенсацию ошибки подачи топлива путем коррекции команд впрыска, подаваемых на указанную одну форсунку, исходя из ошибки подачи топлива, причем впрыск множества количеств топлива может происходить до тех пор, пока давление топлива не упадет ниже порогового значения.
Таким образом, может быть получена индивидуальные характеристики работы топливных форсунок, а ошибки подачи топлива конкретными топливными форсунками могут быть компенсированы, и повышена точность дозирования топлива. Таким образом, за счет указанных действий достигается технический эффект изобретения.
Вышеупомянутые и иные преимущества, а также отличительные признаки настоящего изобретения будут более понятны из последующего подробного описания, взятого отдельно или вместе с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые изложены в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых в данном описании.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 схематически изображает пример цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 2 изображает систему впрыска топлива с системой двух топливных рамп высокого давления.
Фиг. 3 изображает блок-схему алгоритма для определения необходимости выполнения программы определения характеристики топливной форсунки.
Фиг. 4А и 4В изображают блок-схему алгоритма для определения характеристики работы топливной форсунки.
Фиг. 5 изображает графики изменения давления топлива и суммарного объема топлива в функции времени для примера периода определения характеристики топливной форсунки.
Осуществление изобретения
Как говорилось выше, топливным форсункам часто свойственен физический и временной разброс параметров из-за несовершенства технологических процессов и/или, например, старения форсунок. Такая изменчивость характеристик может приводить к неточному дозированию топлива форсункой, что в свою очередь приводит к дисбалансу в двигателе, увеличению токсичных выбросов и/или увеличению расхода топлива. Согласно некоторым способам, характеристику работы топливной форсунки можно определить, если выключить топливный насос, затем дать команду топливной форсунке произвести впрыск определенного количества топлива и измерить результирующее падение давления в топливной рампе. Путем сравнения заданного количества топлива и фактического количества впрыснутого топлива может быть выполнена диагностика работы топливной форсунки и/или произведена компенсация в целях ослабления неточности дозирования топлива.
Таким образом, разработаны различные способы определения характеристики работы топливной форсунки. Согласно одному варианту осуществления, способ определения характеристики работы форсунки содержит определение ошибки подачи топлива одной топливной форсункой из двух или более топливных форсунок, расположенных на первой топливной рампе, путем сравнения суммарного количества топлива по каждой из множества команд впрыска для указанной одной форсунки с количеством топлива, закачанным в первую топливную рампу, причем указанное количество топлива определяют предварительно. На фиг. 1 схематически изображен цилиндр двигателя внутреннего сгорания, а на фиг. 2 изображена система впрыска топлива с системой двух топливных рамп высокого давления. Двигатели, соответствующие фиг. 1 и 2, также содержат контроллер, выполненный с возможностью осуществления способов, представленных на фиг. 3 и 4. На фиг. 5 изображены графики изменения давления топлива и суммарного объема топлива в функции времени для примера периода определения характеристики топливной форсунки.
На фиг. 1 изображен один цилиндр многоцилиндрового двигателя, а также впускной и выпускной каналы, связанные с данным цилиндром. Согласно конструкции, представленной на фиг. 1, в двигателе 10 могут быть использованы два различных вещества и/или, согласно одному примеру, две различные форсунки. Например, в двигателе 10 может быть использован бензин и спиртосодержащее топливо, такой как этанол, метанол, смесь бензина с этанолом (например, Е85, которая содержит приблизительно 85% этанола и 15% бензина), смесь бензина с метанолом (например, М85, которая содержит приблизительно 85% метанола и 15% бензина), и т.п. Кроме того, согласно другому примеру, в двигателе 10 может быть использован один тип топлива или топливной смеси (например, бензин или бензин с этанолом) и один тип смеси воды с топливом (например, смесь воды с метанолом). Согласно еще одному примеру, в двигателе 10 может быть использован бензин и синтезированное топливо, получаемое в реформере, связанном с двигателем. Согласно другому примеру, используются две топливные системы, но в каждой используется один и тот же тип топлива, например, бензин. Согласно еще одному варианту осуществления, одна топливная форсунка (например, форсунка непосредственного впрыска) может быть использована для впрыска смеси бензина и спиртосодержащего топлива, при этом соотношением количеств этих двух видов топлива может управлять контроллер 12 посредством, например, смесительного клапана. Согласно другому примеру, для каждого цилиндра могут быть использованы две различные форсунки, например, форсунка непосредственного впрыска и форсунка впрыска во впускной канал. Согласно еще одному варианту осуществления, вдобавок к использованию различных мест ввода топлива и к использованию различных видов топлива, могут быть использованы и форсунки различного размера.
На фиг. 1 изображен один пример топливной системы с двумя топливными форсунками на цилиндр, по меньшей мере для одного цилиндра. Кроме того, каждый цилиндр может содержать две топливные форсунки. Указанные две форсунки могут быть расположены в различных местах, например, в виде двух форсунок впрыска во впускной канал, одной форсунки впрыска во впускной канал и одной форсунки непосредственного впрыска (как показано на фиг. 1) или в иных вариантах.
На фиг. 1 показана система двойного впрыска топлива, при которой в двигателе 10 реализованы оба вида впрыска - непосредственный впрыск и впрыск во впускной канал, а также искровое зажигание. Двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько камер сгорания, управляется посредством электронного контроллера 12 двигателя. Показано, что камера 30 сгорания двигателя 10 содержит стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, который расположен внутри камеры сгорания и соединен с коленчатым валом 40. С коленчатым валом 40 через маховик (не показан) может быть связан стартер (не показан), или в ином варианте может быть использован непосредственный запуск двигателя.
Согласно одному частному примеру, если требуется, поршень 36 может содержать впадину или чашу (не показана), что способствует созданию послойного распределения заряда топливно-воздушной смеси. Однако в ином варианте осуществления может быть использован плоский поршень.
Показано, что камера сгорания или цилиндр 30 сообщается с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускные клапаны 52а и 52b (не показаны) и выпускные клапаны 54а и 54b (не показаны). Таким образом, хотя в каждом цилиндре могут быть использованы четыре клапана, согласно другому примеру, в каждом цилиндре может также быть использовано по одному впускному клапану и одному выпускному клапану. Согласно еще одному примеру, в каждом цилиндре могут быть использованы два впускных клапана и один выпускной клапан.
Камера 30 сгорания характеризуется степенью сжатия, которая представляет собой отношение объема камеры, когда поршень 36 находится в нижней мертвой точке (НМТ) к объему камеры, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). Согласно одному примеру, степень сжатия может быть равна приблизительно 9:1. Однако, в некоторых примерах, когда используются другие виды топлива, степень сжатия может быть увеличенной. Например, она может быть в интервале от 10:1 до 11:1 или от 11:1 до 12:1 или более.
Показано, что топливная форсунка 66А связана непосредственно с камерой 30 сгорания для доставки подаваемого топлива непосредственно в камеру пропорционально длительности импульса непосредственного впрыска топлива (ИНВТ), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Хотя на фиг. 1 показано, что форсунка 66А расположена сбоку, она также может быть расположена и над поршнем, например, вблизи местоположения свечи 92 зажигания. Такое положение может улучшить процесс перемешивания топливной смеси и горение некоторых видов спиртосодержащего топлива в связи с его пониженной летучестью. С другой стороны, чтобы улучшить перемешивание, форсунку можно располагать сверху и вблизи впускного клапана.
К топливной форсунке 66А топливо может доставляться посредством топливной системы высокого давления (показана на фиг. 2), содержащей топливный бак, топливные насосы и топливную рампу. С другой стороны, топливо может доставляться при более низком давлении посредством одноступенчатого топливного насоса, при этом на момент непосредственного впрыска топлива на такте сжатия могут быть наложены более сильные ограничения, чем если бы использовалась топливная система высокого давления. Кроме того, хотя и не показано, топливный бак (или баки) может (каждый) содержать датчик давления, формирующий сигнал для контроллера 12.
Показано, что топливная форсунка 66В связана с впускным коллектором 44, а не непосредственно с цилиндром 30. Топливная форсунка 66В доставляет впрыскивает топливо пропорционально длительности импульса впрыска топлива во впускной канал (ИВТВК), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Следует отметить, что для обеих систем впрыска топлива может быть использован один драйвер 68, или же могут быть использованы несколько драйверов. Также, в схематической форме показано, что топливная система 164 подает во впускной коллектор 44 пары топлива.
Кроме того, двигатель 10 может содержать топливный реформер с накопительным баком 93 для подачи газообразного топлива в одну или обе топливные форсунки 66а и 66b. Газообразное топливо можно подавать в одну или обе топливные форсунки из накопительного бака 93 посредством насоса 96 и обратного клапана 82. Насос 96 перекачивает газообразное топливо, подаваемое из топливного реформера в накопительный бак 93. Обратный клапан 82 ограничивает течение газообразного топлива из накопительного бака 93 в топливный реформер, когда давление на выходе насоса 96 ниже давления в накопительном баке 93. Согласно некоторым вариантам осуществления, обратный клапан 82 может быть установлен выше по потоку от насоса 96. Согласно другим вариантам осуществления, обратный клапан 82 может быть расположен параллельно насосу 96. Кроме того, обратный клапан 82 может быть замене на активно управляемый клапан. В случае такого исполнения, данный активно управляемый клапан был бы открыт, когда насос работает. Управляющий сигнал, подаваемый на насос 96, может представлять собой, например, простой сигнал типа включено/выключено. Согласно другим примерам, управляющий сигнал может представлять собой непрерывно изменяемое напряжение, ток, длительность импульса, требуемую частоту вращения или требуемую величину расхода и т.п. Кроме того, насос 96 можно включать, замедлять или выключать вместе с одним или более перепускными клапанами (не показаны).
Топливный реформер содержит катализатор 72, и может дополнительно содержать электрический нагреватель 98 (необязательное устройство) для преобразования спирта, подаваемого из топливного бака 91. Показано, что топливный реформер связан с выпускной системой ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 70 и выпускного коллектора 48. Однако топливный реформер может быть связан с выпускным коллектором 48 и расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70. Топливный реформер может использовать тепло отработавшего газа для стимулирования эндотермической дегидрогенизации спирта, подаваемого из топливного бака 91, чтобы способствовать преобразованию топлива.
Показано, что впускной коллектор 44 сообщается с корпусом 58 дросселя через дроссельную заслонку 62. В данном конкретном примере дроссельная заслонка 62 связана с электрическим мотором 94, так что посредством электрического мотора 94 контроллер 12 может управлять положением эллиптической дроссельной заслонки 62. Данная конструкция может быть названа электронным управлением дросселем (ЭУД), и может также использоваться при управлении частотой вращения холостого хода. В случае другой конструкции (не показана) параллельно дроссельной заслонке 62 устраивают перепускной воздушный канал, чтобы управлять потоком засасываемого воздуха при управлении частотой вращения холостого хода посредством управляющего перепускного клапана, расположенного внутри указанного воздушного канала.
Показано, что с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 связан датчик 76 отработавших газов (при этом датчик 76 может соответствовать различным другим датчикам). Например, датчик 76 может представлять собой любой из множества известных датчиков для измерения воздушно-топливного отношения отработавшего газа, к примеру, линейный датчик кислорода в отработавших газах (ЛДКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ), или датчик НС или СО. В данном конкретном примере, датчик 76 представляет собой кислородный датчик с двумя состояниями, который формирует сигнал ДКОГ для контроллера 12, который преобразует сигнал ДКОГ в сигнал ДКОГС с двумя состояниями. Высокий уровень напряжения сигнала ДКОГС указывает, что отработавший газ смещен от стехиометрического уровня в сторону обогащения, а низкий уровень напряжения сигнала ДКОГС указывает, что отработавший газ смещен от стехиометрического уровня в сторону обеднения. Сигнал ДКОГС может быть эффективно использован при управлении воздушно-топливным отношением с обратной связью, чтобы поддерживать среднее воздушно-топливное отношение на стехиометрическом уровне при работе в стехиометрическом режиме с однородной топливной смесью. Ниже вопросы управления воздушно-топливным отношением будут рассмотрены более подробно.
Система 88 зажигания без распределителя формирует искру зажигания для камеры 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12.
Контроллер 12 может обеспечить работу камеры 30 сгорания в разных режимах горения смеси, включая режим однородной топливно-воздушной смеси и режим неоднородной (стратифицированной или слоистой) топливно-воздушной смеси, за счет управления моментом впрыска, количеством впрыскиваемого топлива, формой распыла и т.п. Кроме того, в камере может быть сформировано сочетание слоистых и однородных смесей. Согласно одному примеру, слои неоднородной смеси могут быть созданы, если включить в работу форсунку 66А на такте сжатия. Согласно другому примеру, однородная смесь может быть сформирована, если включить одну или обе форсунки 66а, 66В на такте впуска (впрыск при открытом клапане). Согласно еще одному примеру, однородная смесь может быть создана путем включения одной или обеих форсунок 66А и 66В перед тактом впуска (впрыск при закрытом клапане). Согласно еще другим примерам, многократный впрыск из одной или обеих форсунок 66А и 66В может быть использован на одном или более тактах (например, на такте впуска, сжатия, выпуска и т.п.). Согласно другим примерам, при различных условиях могут быть использованы различные моменты впрыска, и различные формы смеси, что будет рассмотрено ниже.
Контроллер 12 может управлять количеством топлива, впрыскиваемого топливными форсунками 66А и 66В, так чтобы можно было выбрать для камеры сгорания однородную, неоднородную или комбинированную однородную/слоистую воздушно-топливную смесь при стехиометрическом отношении, отношении, сдвинутом от стехиометрического в сторону обогащения, или отношении, сдвинутом от стехиометрического в сторону обеднения.
Контроллер 12 изображен в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода (ВВ./ВЫВ.), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, представленную в данном примере постоянным запоминающим устройством 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и стандартную шину данных. Контроллер 12, как показано, принимает различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 100 массового расхода воздуха, связанного с корпусом 58 дросселя; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика 120 положения дросселя; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122; сигнал детонации от датчика 182 детонации; и сигнал абсолютной и относительной влажности наружного воздуха от датчика 180. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) формируется контроллером 12 из сигнала ПЗ стандартным способом, а сигнал ДВК от соответствующего датчика обеспечивает индикацию разрежения или давления во впускном коллекторе. При работе при стехиометрическом отношении данный датчик может давать информацию о нагрузке двигателя. Кроме того, данный датчик, наряду с информацией об частоте вращения двигателя, может обеспечивать оценивание заряда (включая воздух), созданного в цилиндре. Согласно одному примеру, датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, на каждый оборот коленчатого вала формирует заданное число равноотстоящих импульсов.
Согласно некоторым примерам, контроллер 12 принимает различные измеренные рабочие параметры, которые могут быть использованы для контроля давления топлива в топливной рампе топливной системы. Указанные рабочие параметры могут быть соотнесены с изменениями давления в топливной рампе во время актов калибровки топливной форсунки и/или актов рабочего хода топливного насоса. Влияние рабочих параметров двигателя на замеры давления в топливной рампе может быть устранено или уменьшено, так что изменения давления топлива, связываемые с указанными актами, могут быть точно определены. К числу таких параметров двигателя, которые могут влиять на результаты измерения давления топлива, например, относятся положения впускного и/или выпускного клапанов, угловое положение коленчатого вала, положение поршня, срабатывание форсунки, срабатывание искрового зажигания, и/или давление во впускном коллекторе и/или в выпускном коллекторе. Как будет рассмотрено более подробно ниже согласно фиг 4 и 5, может быть выполнено сравнение суммарного количества топлива, впрыскиваемого топливными форсунками в данный временной интервал, с фактическим количеством впрыснутого топлива, которое определено на основе работы топливного насоса, который подает топливо к топливным форсункам. Контроллер 12 может определять команды для топливных форсунок (например, количество топлива, которое должно быть подано), например, на основе одного или более из следующих параметров: нагрузки двигателя, частоты вращения двигателя, положения дросселя и т.п.
На фиг. 1 изображена система изменения фаз газораспределения (ИФГ). В частности, показано, что распредвал 130 двигателя 10 связан с коромыслами 132 и 134, предназначенными для приведения в действие впускных клапанов 52а, 52b и выпускных клапанов 54а, 54b. Распредвал 130 непосредственно связан с корпусом 136. Корпус 136 образует зубчатое колесо, которое содержит несколько зубьев 138. Корпус 136 гидравлически связан с коленчатым валом 40 через цепь или ремень механизма газораспределения (не показаны). Следовательно, корпус 136 и распредвал 130 вращаются со скоростью по существу равной скорости вращения коленчатого вала. Однако, за счет манипуляции гидравлической связью, что будет рассмотрено ниже, взаимное относительное положение распредвала 130 и коленчатого вала 40 может быть изменено посредством гидравлических давлений в камере 142 опережения и камере 144 запаздывания. Если дать возможность гидравлической жидкости высокого давления поступить в камеру 142 опережения, то положение распредвала 130 относительно коленчатого вала 40 будет смещено в сторону опережения. Таким образом, впускные клапаны 52а, 52b и выпускные клапаны 54а, 54b будут открываться и закрываться относительно коленчатого вала 40 в момент более ранний, чем нормальный момент открытия и закрытия. Аналогично, если дать возможность гидравлической жидкости высокого давления поступить в камеру 144 запаздывания, то положение распредвала 130 относительно коленчатого вала 40 будет смещено в сторону запаздывания. Таким образом, впускные клапаны 52а, 52b и выпускные клапаны 54а, 54b будут открываться и закрываться относительно коленчатого вала 40 в момент более поздний, чем нормальный момент открытия и закрытия.
В системе изменения фаз газораспределения зубья 138, будучи связанными с корпусом 136 и распредвалом, позволяют измерять относительное положение распредвала посредством датчика 150 фазы распредвала, который выдает в контроллер 12 сигнал ИФГ. Зубья 1, 2, 3 и 4 в предпочтительном варианте используются для измерения фазы распредвала, и равномерно распределены по окружности (например, в двигателе со схемой V-8 и двумя блоками цилиндров, расположены с интервалом 90° друг относительно друга), в то время как зуб 5 в предпочтительном случае используется для идентификации цилиндра. Кроме того, контроллер 12 посылает управляющие сигналы (LACT, RACT) к стандартным электромагнитным клапанам (не показаны) управления подачей гидравлической жидкости либо в камеру 142 запаздывания, либо в камеру 144 опережения, либо же для прекращения подачи гидравлической жидкости в обе указанные камеры.
Относительная фаза распредвала может быть измерена разными способами. В общем, интервал времени (или угол поворота) между нарастающим фронтом сигнала ПЗ и приемом сигнала от одного из нескольких зубьев 138 на корпусе 136 является мерой относительной фазы распредвала. В случае конкретного примера двигателя V-8 с двумя блоками цилиндров и колеса с пятью зубьями, результат измерения фазы распредвала для определенного блока цилиндров получается четыре раза за оборот, плюс дополнительный сигнал для идентификации цилиндра.
2
Датчик 160 может также давать индикацию концентрации кислорода в отработавшем газе посредством сигнала 162, который передает в контроллер 12 напряжение, являющееся характеристикой концентрации O. Например, датчик 160 может представлять собой датчик типа НДКОГ, ЛДКОГ, ДКОГ, или датчик отработавших газов иного типа. Также следует отметить, что, как и раньше говорилось в отношении датчика 76 - датчик 160 может соответствовать различным датчикам.
Как говорилось выше, на фиг. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом следует понимать, что каждый цилиндр может содержать свой собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливных форсунок, свечей зажигания и т.п.
Также, в рассматриваемых вариантах осуществления двигатель может быть связан со стартером (не показан) для запуска двигателя. Питание на мотор стартера может подаваться, когда водитель, например, поворачивает ключ зажигания на рулевой колонке. Стартер отключается после запуска двигателя, например, когда двигатель 10 достигает определенной частоты вращения по истечении определенного времени. Кроме того, в раскрываемых вариантах осуществления изобретения может быть использована система рециркуляции отработавших газов (РОГ), чтобы направлять требуемую часть отработавшего газа из выпускного коллектора 48 во впускной коллектор 44 через клапан РОГ (не показан). Кроме того, часть отработавшего газа можно сохранять в камерах сгорания путем управления фазой работы выпускных клапанов.
На фиг. 2 изображена система 200 впрыска топлива с системой двух топливных рамп высокого давления, которая может представлять собой топливную систему, которая, например, на фиг. 1 связана с двигателем 10. Система 200 может содержать топливные баки 201а и 201b, топливные насосы 202а и 202b низкого давления (подкачивающие насосы), которые подают топливо из топливных баков 201а и 201b к топливным насосам 206а и 206b высокого давления, соответственно, по топливным каналам 204а и 204b низкого давления. Топливные насосы 206а и 206b высокого давления перекачивают топливо к топливным рампам 210а и 210b высокого давления, соответственно, по топливным каналам 208а и 208b высокого давления. Топливная рампа 210а высокого давления подает топливо под давлением к топливным форсункам 214а, 214b, 214с и 214d, а топливная рампа 210b высокого давления подает топливо под давлением к топливным форсункам 214е, 214f, 214g и 214h Топливные насосы 202а и 202b низкого давления могут увеличивать давление топлива до умеренного уровня (например, приблизительно 4 бар), в то время как топливные насосы 206а и 206b высокого давления могут увеличивать давление топлива до существенно более высокого уровня (например, приблизительно 50-100 бар). Указанные форсунки впрыскивают топливо в цилиндры 212а, 212b, 212с и 212d двигателя, расположенные в блоке 216 двигателя. Невпрыснутое топливо может быть возвращено в топливные баки 201а и 201b через соответствующие каналы возврата топлива (не показаны). Блок 216 двигателя может быть связан с впускным каналом 222, оснащенным впускным дросселем 224. Система 200, таким образом, содержит первые и вторые топливные насосы, первую и вторую топливные рампы, первую и вторую группы топливных форсунок и т.п.
Согласно некоторым вариантам осуществления, топливные баки 201а и 201b могут содержать топливо, обладающее различными свойствами, например, топливо различного состава. Такие отличия могут заключаться в различном содержании спирта, различном октановом числе, различной теплоте испарения, различном составе смеси и/или может иметь место комбинация отличий, и т.п. Кроме того, один топливный бак или оба топливных бака 201а и 201b каждый может содержать два или более типов топлива, например, газообразное топливо, растворенное в жидком топливе.
Система далее может содержать управляющее устройство 226. Аналогично управляющему устройству (контроллеру) 12 на фиг. 1, данное управляющее устройство может быть дополнительно связано с различными другими датчиками 252 и различными исполнительными органами 254 (например, исполнительный орган впрыска топлива, исполнительный орган искры зажигания, исполнительный орган дроссельной заслонки и т.п.) для определения условий работы транспортного средства и управления транспортным средством. Например, посредством соответствующих датчиков управляющее устройство 226 может измерять частоту вращения двигателя, положение дросселя, температуру и/или давление во впускном коллекторе, температуру/давление в выпускном коллекторе, массовый расход воздуха, температуру хладагента двигателя, угловое положение коленчатого вала, положение распредвала системы ИФГ, момент впрыска топлива, момент подачи искры зажигания. Управляющее устройство 226 может также управлять работой впускных и/или выпускных клапанов или дросселей, вентилятора охлаждения двигателя, искрового зажигания, форсунок и топливных насосов в целях управления рабочими условиями двигателя.
На фиг. 2 показаны дополнительные подробности системы впрыска топлива. Конкретно, на фиг. 2 показано управляющее устройство 226, которое может представлять собой устройство управления двигателем, устройство управления силовым агрегатом, управляющую систему, отдельное устройство или комбинацию различных управляющих устройств. Управляющее устройство 226 представлено на фиг. 2 в виде микрокомпьютера, содержащего порт 228 ввода/вывода (ВВ./ВЫВ.), микропроцессорное устройство (МПУ) 232, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, изображенную в данном конкретном примере в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 230, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 234, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 236 и шину данных.
A
A
e
Управляющее устройство 226 может принимать сигналы от различных датчиков. Например, управляющее устройство 226 может принимать сигналы давления топлива от топливных рамп 210а и 210b высокого давления посредством соответствующих датчиков 220а и 220b давления топлива, расположенных в топливных рампах 210а и 210b высокого давления. Управляющее устройство может далее принимать сигналы (O) угла открытия дросселя, указывающие положение дросселя впускной системы, от датчика 238 положения дросселя, сигналы (Q) всасываемого воздушного потока от датчика 240 массового расхода воздуха, сигналы (N) частоты вращения двигателя от датчика 242 частоты вращения двигателя, сигнал положения педали 244 акселератора от датчика 246 положения педали, сигнал датчика 248 углового положения коленчатого вала и сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 250 температуры двигателя.
Дополнительно к вышеуказанным сигналам управляющее устройство 226 может также принимать другие сигналы от различных других датчиков 252. Например, управляющее устройство 226 может принимать сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика на эффекте Холла (не показан), связанного с коленчатым валом, и сигнал ДВК от датчика давления воздуха в коллекторе, как показано на фиг. 1.
Управляющее устройство 226 может управлять работой различных компонентов автомобиля посредством различных исполнительных органов 254. К примеру, управляющее устройство 226 может управлять работой топливных форсунок 214a-h посредством соответствующих исполнительных органов топливных форсунок (не показаны), а также работой топливных насосов 206а и 206b высокого давления посредством соответствующих исполнительных органов (не показаны) топливных насосов.
Насосы 206а и 206b высокого давления могут быть связаны с управляющим устройством 226, как показано на фиг. 2, и могут управляться указанным устройством. Управляющее устройство 226 может осуществлять регулирование количества или скорости топлива, которое должно подаваться в топливные рампы 210а и 210b высокого давления посредством топливных насосов 206а и 206b высокого давления, при помощи соответствующих управляющих элементов топливных насосов высокого давления (не показаны). Согласно некоторым примерам, насосы 206а и 206b высокого давления могут иметь регулируемый рабочий ход, регулирование которого может осуществлять управляющее устройство 226, чтобы изменять давление топлива. Управляющее устройство 226 может также полностью останавливать подачу топлива в топливные рампы 210а и 210b высокого давления. Помимо этого, топливные насосы 206а и 206b высокого давления могут содержать один или более предохранительных клапанов, которые уменьшают давление топлива в топливных рампах высокого давления, когда давление топлива в указанных рампах 210а и 210b становится выше требуемого давления.
e
A
Хотя в данном примере форсунки связаны с цилиндрами двигателя, в других примерах форсунки могут быть связаны с впускным каналом. Форсунки, которые непосредственно связаны с цилиндрами двигателя, могут быть расположены над поршнями цилиндров (не показано), или на боковых сторонах цилиндров двигателя. Форсунки 214a-h могут быть функционально связаны с управляющим устройством и могут управляться посредством управляющего устройства, такого как управляющее устройство 226, как показано на фиг. 2. Количество топлива, впрыскиваемое определенной форсункой, и момент впрыска могут быть определены посредством управляющего устройства 226 исходя из карты двигателя, которая хранится в управляющем устройстве 226, помимо других параметров на основе данных частоты вращения (N) двигателя, угла (O) открытия впускного дросселя и/или нагрузки двигателя. Управление форсункой может осуществляться путем управления электромагнитным клапаном, который связан с форсункой (не показан). Форсунка может не впрыскивать все топливо, которое подается в форсунку, и может возвращать часть подаваемого топлива в топливный бак по линии возврата, например, по возвратному каналу (не показан).
Топливные рампы 210а и 210b высокого давления могут также содержать один или более датчиков температуры для измерения температуры топлива в указанных рампах, а также один или более датчиков давления для измерения давления топлива в топливных рампах 210а и 210b высокого давления. Рампы также могут содержать один или более предохранительных клапанов, которые, будучи в открытом состоянии, уменьшают давление в топливных рампах высокого давления, когда оно превышает требуемое давление, и возвращают лишнее топливо обратно в топливный бак по топливному возвратному каналу.
В вышеприведенные примеры систем могут быть внесены различные другие изменения и сделаны корректировки. К примеру, топливные каналы (например, 204а, 204b, 208а и 208b) могут содержать один или более фильтров, насосов, датчиков давления, датчиков температуры и/или предохранительных клапанов. Два или более топливных насосов высокого и/или низкого давления могут подавать топливо в данную топливную рампу. Топливные каналы могут состоять из одной или нескольких линий. Могут быть предусмотрены одна или более систем охлаждения топлива. Впускной канал 222 может содержать один или более воздушных фильтров, турбонагнетателей и/или расширительных резервуаров. Двигатель может содержать один или более вентиляторов охлаждения двигателя, контуров охлаждения, свечей зажигания, клапанов и органов управления. Двигатель может быть связан с выпускным каналом. Хотя на фиг. 2 и не показано, но согласно некоторым примерам, топливная система 200 может содержать резервуары топлива высокого давления, связанные с топливными рампами 210а и 210b, соответственно. Такие топливные резервуары могут быть расположены после соответствующих им топливных насосов высокого давления. В этом случае управляющее устройство 226 контролирует количество и/или скорость топлива, подаваемого в топливные резервуары. Кроме того, в топливные резервуары могут быть включены один или более предохранительных клапанов, чтобы управлять давлением топлива в указанных резервуарах.
Как ниже будет рассмотрено более подробно, управляющее устройство 226 может определять команды для топливных форсунок (например, количеств топлива, которые должны быть впрыснуты топливными форсунками) на всем протяжении работы двигателя. Данные по этим установленным количествам топлива можно отслеживать и запоминать (например, в одном или более устройств памяти ПЗУ 230, ОЗУ 234 и ЭЗУ 236) через подходящий интервал времени, так чтобы их можно было сравнивать с фактическим суммарным количеством топлива, впрыснутым на протяжении данного интервала времени. Фактическое впрыснутое количество топлива может соответствовать объему топлива, который был перекачан в топливную рампу топливным насосом. Данный объем топлива можно определить исходя из заранее определенного объема топлива, который известен или который предполагается перекачать в топливную рампу в соответствии с командой на перекачку, выданной топливным насосам 206а и 206b высокого давления. Согласно некоторым примерам, топливными насосами 206а и 206b высокого давления можно управлять так, чтобы в топливных рампах 210а и 210b высокого давления поддерживать сравнительно постоянное среднее давление топлива, и так, чтобы был задан полный рабочий ход насосов - например, задана максимальная производительность топливных насосов 206а и 206b, при этом в топливные рампы высокого давления будут перекачиваться соответствующие максимально достижимые количества топлива. Объемы топлива, которые автономно заранее определены в условиях проведения испытаний, например, соответствующие величинам полного рабочего хода насосов, могут быть приняты в качестве объемов топлива, которые фактически перекачиваются в топливные рампы 210а и 210b в результате подачи команды на полный рабочий ход насоса. Можно считать, что объемы топлива, перекачиваемые в результате полного рабочего хода насосов, являются функциями разности между давлением в топливной рампе и давлением на входе топливного насоса высокого давления, и является обратной функцией частоты вращения двигателя. Разности между командами впрыска (например, заданными количествами топлива) и количествами топлива, перекачанными в топливную рампу топливным насосом могут быть определены и проанализированы, чтобы определить характеристику работы топливной форсунки (например, констатировать ухудшение параметров топливной форсунки и/или компенсировать ошибки подачи топлива). Впрочем, перекачанные объемы топлива, соответствующие рабочим ходам насосов, могут быть заранее определены способом, рассматриваемым в настоящем изобретении, например, в условиях испытания автономно, при которых производится определение перекачиваемых объемов топлива для множества соответствующих рабочих ходов насосов. Согласно некоторым примерам, заранее определяемые данные могут включать в себя один или более перекачиваемых объемов топлива, каждый из которых связан с соответствующей командой рабочего хода насоса. Благодаря определению, таким образом, перекачиваемых объемов топлива, могут быть уменьшены затраты и сложность измерения объема топлива, поскольку в некоторых ситуациях фактические объемы топлива, перекачиваемые в топливные рампы, могут быть определены с высокой степенью точности на основе предварительно определяемых данных. Однако, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, дополнительно к предварительно определяемым данным перекачиваемого объема топлива или вместо этих данных для определения перекачиваемых количеств топлива могут быть использованы выходные сигналы датчиков 220а и 220b давления.
На фиг. 3 изображена блок-схема алгоритма 300 для определения необходимости выполнения программы определения характеристики топливной форсунки. Точнее, алгоритм 300 определяет, требуется ли программа определения характеристики форсунки, исходя из того, какие виды топлива требуются для работы двигателя, и времени, которое прошло после последней калибровки форсунки. Например, в условиях, когда необходимы оба вида топлива, программа определения характеристики не может быть выполнена, поскольку впрыск одного из видов топлива исключает один из цилиндров. Алгоритм 300 может быть сохранен в виде считываемых компьютером инструкций в среде хранения данных, например, такой, как одно или более из запоминающих устройств: ПЗУ 230, ОЗУ 234 или ЭЗУ 236 управляющего устройства 226, и может быть использован для определения, требуется ли определение характеристики одной или более топливных форсунок 214а-h.
На шаге 310 алгоритма 300 производится определение рабочих условий (параметров) двигателя. Рабочие параметры двигателя могут включать нагрузку, температуру, частоту вращения и т.п.
На шаге 312 производится проверка, требуются ли оба вида топлива для работы двигателя. Например, если двигатель работает с высокой нагрузкой, то может быть желателен впрыск обоих видов топлива, чтобы продолжать работать с высокой нагрузкой. Согласно другому примеру, двигатель может работать при условиях низкой нагрузки, и двигатель может работать с использованием одного или обоих видов топлива. Если определяют, что требуются оба вида топлива (ответ ДА), то алгоритм 300 переходит к шагу 318, где продолжается текущая работа двигателя, и алгоритм завершает работу. С другой стороны, если выясняется, что оба вида топлива для работы не требуются (ответ НЕТ) (например, может быть использован один вид топлива или оба вида топлива, но для оптимального к.п.д. двигателя в обоих видах топлива нет необходимости), то алгоритм переходит к шагу 314, на котором производится проверка, равно ли пороговой величине или превышает пороговую величину время, прошедшее после последнего определения характеристики форсунки. В качестве примеров, определение характеристики форсунки может требоваться один или более раз за ездовой цикл, через один ездовой цикл, или после пробега определенного числа километров.
Если время, прошедшее после последнего определения характеристики форсунки, не превышает заданную пороговую величину и не равно заданной пороговой величине (ответ НЕТ), то алгоритм 300 завершает работу. И наоборот, если время, прошедшее после последнего определения характеристики форсунки, превышает заданную пороговую величину или равно заданной пороговой величине (ответ ДА), то алгоритм 300 переходит к шагу 316, и выполняется определение характеристики форсунки, как это будет рассмотрено ниже согласно фиг. 4.
Следует понимать, что при выяснении необходимости определения характеристики форсунки можно оценивать и другие условия. К примеру, согласно некоторым вариантам осуществления, определение характеристики форсунки можно не выполнять, если нагрузка двигателя превышает пороговую нагрузку. С другой стороны, или дополнительно, определение характеристики форсунки можно не выполнять, если температура двигателя превышает пороговую температуру. При некоторых условиях может быть желательно воздержаться от определения характеристики форсунки в условиях низкой температуры двигателя (например, при запуске), поскольку флуктуация температуры двигателя может повлиять на массу топлива, впрыскиваемого при данном давлении, что приведет к неточному дозированию топлива и погрешностям определения характеристики форсунки.
На фиг. 4 изображена блок-схема алгоритма 400 для определения характеристики работы форсунки. Алгоритм 400 может быть сохранен в виде считываемых компьютером инструкций в среде хранения данных, например, такой, как одно или более из запоминающих устройств: ПЗУ 230, ОЗУ 234 и ЭЗУ 236 управляющего устройства 226, и может быть использован для получения характеристики работы одной или более топливных форсунок 214а-h, изображенных на фиг. 2. Алгоритм 400 будут рассмотрен в отношении топливной системы с двумя топливными рампами, которая содержит топливные насосы А и В (например, топливные насосы 206а и 206b высокого давления фиг. 2), топливные рампы А и В (например, 210а и 210b), принимающие топливо соответственно от топливных насосов А и В, и групп А и В форсунок (например, топливных форсунок 214a-d и топливных форсунок 214f-h), расположенные на топливных рампах А и В соответственно. Путем приведения в действие топливных систем А и В разнородным образом можно определить и/или компенсировать неточность дозирования топлива в одной или более топливных форсунках.
На шаге 402 алгоритма 400 дают топливному насосу А команду совершить полный рабочий ход, после чего перекачивание топлива топливным насосом А приостанавливается. Термин «полный рабочий ход» в том смысле, в каком он используется в настоящем описании, относится к максимальной производительности топливного насоса (например, топливного насоса А), какая может быть достигнута, и какая приводит к подаче максимально достижимого количества топлива в соответствующую топливную рампу (например, в топливную рампу А из топливного насоса), какая может быть достигнута для данного набора физических условий (например, температуры, давления и т.п.). Полный рабочий ход топливного насоса А можно задавать в отличие от меньших величин хода, поскольку, согласно некоторым примерам, полный рабочий ход насоса может представлять собой наиболее точный рабочий ход - то есть полный рабочий ход насоса ближе всего соответствует результирующему количеству топлива, поданному в топливную рампу А, в то время как другие количества поданного топлива, которые получаются в результате неполного хода насоса, не имеют столь прямого соответствия связанному с ними неполному ходу. После подачи на топливный насос А команды на совершение полного рабочего хода, перекачивание топлива топливным насосом А приостанавливается, так что объем топлива, переданный насосом А в топливную рампу А за счет полного рабочего хода, можно сравнивать с величиной объема топлива, введенного топливными форсунками топливной рампы А. Как говорилось выше, результирующий объем топлива, передаваемый по команде полного рабочего хода, может быть определен заранее, так что результирующий объем топлива, подаваемый насосом, определяют, обращаясь к памяти, и связывая перекачиваемый объем топлива с задаваемым рабочим ходом насоса. Операция подачи команды топливному насосу А на совершение полного рабочего хода может заключать в себе на шаге 404 управление топливным насосом А, чтобы получить в топливной рампе А постоянное среднее давление топлива. Определение указанного среднего давления топлива можно производить на различных подходящих временных интервалах, например, от момента подачи команды полного рабочего хода до момента подачи команды на следующий полный рабочий ход. Хотя при исполнении полного рабочего хода давление в топливной рампе будет существенно меняться, среднее значение давления в топливной рампе остается постоянным на протяжении подходящего временного интервала. Согласно некоторым примерам, топливным насосом А можно управлять, чтобы получать приблизительно постоянное среднее давление в топливной рампе, например, могут быть допустимы небольшие отклонения давления топлива (например, менее 1%).
На шаге 406 алгоритма 400 производится определение количество топлива, которое должно быть впрыснуто одной форсункой топливной рампы. Эта одна форсунка может быть одной из группы форсунок, расположенных на топливной рампе А (например, топливная форсунка 214а фиг. 2), а согласно некоторым примерам, это может быть первая форсунка из ряда топливных форсунок топливной рампы. Как будет более подробно описано ниже, количество топлива, которое подлежит впрыску, определяют конкретно для указанной одной форсунки так, чтобы можно было определить ошибки подачи, свойственные данной форсунке. Алгоритм 400 может быть повторен для других форсунок (помимо рассмотренной одной форсунки) (например, для остальных форсунок топливной рампы А и/или одной или более форсунок топливной рампы В). Управляющее устройство, такое как управляющее устройство 226 (фиг. 2), может определить количество топлива, подлежащее впрыску, на основе различных критериев, описанных ранее (например, частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя и т.п.). Затем управляющее устройство может найденное количество топлива, подлежащее впрыску, выдать в качестве команды впрыска топлива указанной одной топливной форсунке. В сущности, в различные моменты времени можно впрыскивать различные количества топлива. Однако, согласно некоторым примерам, для целей диагностики посредством данной топливной форсунки можно впрыскивать одно и то же количество топлива.
На шаге 408 посредством одной форсунки производится впрыск топлива в количестве, которое было определено для впрыска на шаге 406, при этом через другие форсунки топливной рампы А впрыск топлива не производится. Благодаря впрыску топлива через одну определенную форсунку топливной рампы А (и запрету впрыска топлива через другие форсунки), может быть определена или компенсирована погрешность дозирования топлива конкретно для данной единственной форсунки.
На шаге 410 уменьшение впрыска топлива, вызванное тем, что впрыск топлива производится одной определенной форсункой рампы А (и не производится остальными форсунками рампы А, например, в силу отключения остальных форсунок), компенсируется включением в работу топливного насоса В и впрыском топлива через одну или более форсунок, расположенных на топливной рампе В. Для топливного насоса В могут быть заданы полная, минимальная или иная промежуточная величина рабочего хода в соответствии с рабочими условиями двигателя, о которых говорилось выше. Следует понимать, что топливный насос В можно приводить в действие до, во время и/или после впрыска топлива через одну форсунку топливной рампы А, например, в соответствии с давлением топлива в топливной рампе В, чтобы поддерживать в рампе В требуемое давление топлива. В качестве варианта или дополнительно, могут быть приведены в действие одна или более форсунок впрыска во впускной канал от топливной рампы В, чтобы компенсировать пониженный впрыск топлива, если такие форсунки предусмотрены.
На шаге 412 алгоритма 400 производится проверка, меньше ли давление топлива в топливной рампе А порогового давления. Давление топлива в топливной рампе А можно определить, например, по выходному сигналу датчика 220А давления топлива. Если выясняется, что давление топлива в топливной рампе А меньше порогового давления (ответ ДА), то алгоритм 400 переходит к шагу 414. Если выясняется, что давление топлива в топливной рампе А не меньше порогового давления (ответ НЕТ), то алгоритм 400 возвращается к шагу 408. Пороговое давление можно регулировать, чтобы обеспечить требуемую работу форсунки и требуемое число актов впрыска посредством одной форсунки, поскольку на указанную одну форсунку будут подаваться команды для впрыска определенного количества топлива итеративным способом, пока давление топлива в топливной рампе А не упадет ниже порогового давления. Требуемое число актов впрыска может быть выбрано так, чтобы получить точную характеристику топливной форсунки и одновременно поддержать требуемую работу двигателя, например, могут быть выбраны одиннадцать актов впрыска. Однако, согласно некоторым вариантам осуществления, в качестве альтернативы или дополнительно к проверке, выполняемой на шаге 412, может проводиться проверка, состоялось ли требуемое число актов впрыска топлива.
На шаге 414 алгоритма 400 производится проверка, превышает ли число полных рабочих ходов, совершенных топливным насосом А, в период определения характеристики форсунки, пороговое число полных рабочих ходов насоса или равно пороговому числу полных рабочих ходов. Как и в случае требуемого числа актов впрыска топлива, число полных рабочих ходов насоса можно регулировать и выбирать, чтобы получить точную характеристику топливного насоса, и одновременно поддерживать требуемую работу двигателя, например, могут быть выбраны три полных рабочих хода насоса. Термин «период определения характеристики» в том смысле, в каком он используется в настоящем описании, относится к периоду, за который производится определение характеристики одной форсунки (например, от момента, когда производится выключение остальных форсунок, до момента их повторного включения). Фиг. 5, которая будет рассмотрена ниже, изображает один такой пример периода определения характеристики. Если выясняется, что число полных рабочих ходов насоса не превышает пороговое число полных рабочих ходов и не равно пороговому числу полных рабочих ходов (ответ НЕТ), то алгоритм 400 возвращается к шагу 402. Если выясняется, что число полных рабочих ходов насоса превышает пороговое число полных рабочих ходов или равно пороговому числу полных рабочих ходов (ответ ДА), то алгоритм 400 переходит к шагу 416. Таким образом, на топливный насос А может быть подана команда совершать полные рабочие ходы на итеративной основе, пока не будет достигнуто пороговое число полных рабочих ходов.
Продолжая на фиг. 4В, на шаге 416 алгоритма 400 производится суммирование установленных количеств топлива, подлежащих впрыску одной форсункой во время всех рабочих ходов топливного насоса А в период определения характеристики форсунки. Установленные количества топлива, подлежащие впрыску, суммируют, чтобы определить общую команду для топливной форсунки (например, общее заданное или вычисленное количество топлива, подлежащее впрыску) на период определения характеристики.
На шаге 418 алгоритма 400 производится суммирование количеств топлива, перекачанных топливным насосом А за период определения характеристики. Как говорилось выше, количества топлива, закачанные в топливную рампу А топливным насосом А, могут быть определены на основе предварительно определяемых данных, указывающих одно или более количеств закачиваемого топлива (например, объемов), которые передаются в топливную рампу в результате подачи команды на совершение насосом соответствующих рабочих ходов. Указанные предварительно определяемые данные могут быть определены автономно, например, в условиях проведения испытаний. Однако, согласно другим вариантам осуществления, дополнительно к таким предварительно полученным данным или вместо них, может быть использован выходной сигнал датчика давления топливной рампы А.
На шаге 420 алгоритма 400 производится определение ошибки подачи топлива одной форсункой на основе разности между суммарным количеством топлива, подлежащим впрыску (например, задающих команд для форсунки, просуммированных на шаге 416), и фактически поданным суммарным количеством топлива (например, суммарным количеством перекачанного топлива согласно шагу 418). Ошибка подачи представляет расхождение между заданным количеством топлива (т.е. заданным командами впрыска) и фактическим количеством топлива, впрыснутым в ответ на заданное количество топлива.
На шаге 422 алгоритма 400 производится компенсация ошибки подачи, которая была найдена на шаге 420. Согласно некоторым примерам, компенсация ошибки подачи может заключаться в коррекции последующих задаваемых количеств топлива, которые подлежат впрыску одной форсункой, например, коррекции последующих команд, подаваемых на форсунку. Это может включать в себя коррекцию топливных сигналов (например, коррекцию длительности импульса сигнала ИНВТ), подаваемых на одну форсунку. В качестве конкретного примера, длительность импульсов сигнала, подаваемого на одну форсунку, может быть увеличена, чтобы привести к подаче сравнительно большего количества топлива, если ошибка подачи указывает, что данная одна форсунка впрыснула меньшее количество топлива, чем заданное количество. И наоборот, длительность импульсов сигнала, подаваемого на одну форсунку, может быть уменьшена, чтобы привести к впрыску сравнительно меньшего количества топлива, если ошибка подачи указывает, что данная одна форсунка впрыснула большее количество топлива, чем заданное количество. Как только ошибка подачи для одной форсунки будет определена, может быть проведена коррекция сигналов впрыска топлива, подаваемых на указанную одну форсунку, указанным способом с сохранением данных коррекции сигнала в таблице соответствия, доступ к которой может быть осуществлен, если исходные сигналы, например, использовать в качестве входной переменной.
На шаге 424 при желании, на основе ошибки подачи, найденной на шаге 420, может быть осуществлена индикация ухудшения параметров данной одной форсунки. Согласно некоторым примерам, ошибки подачи, абсолютное значение которых превышает порог ошибки подачи, могут инициировать подсказку для индикации ухудшения параметров форсунки. Индикация ухудшения параметров форсунки может осуществляться как результат интерпретации ошибки подачи, вызванной более сильным падением давления, чем ожидалось, как при засорении топливной форсунки. Согласно другому примеру, интерпретация может зависеть от длительности импульса, например, если падение давления топлива более глубокое, чем ожидалось, при малых длительностях импульсов (например, при коротких интервалах времени между каждым впрыском в последовательности впрысков), то возможно форсунка открывается со скоростью более низкой, чем номинальная скорость. Согласно еще одному примеру, если падение давления топлива больше, чем ожидалось, то возможно форсунка по меньшей мере частично залипла в открытом положении. Согласно другому примеру, если падение давления топлива более сильное, чем ожидалось, при малых длительностях импульсов, то возможно форсунка закрывается со скоростью более низкой, чем номинальная скорость. Согласно некоторым вариантам осуществления, индикация ухудшения параметров одной форсунки может заключаться в выдаче предупреждения оператору транспортного средства посредством индикатора приборной доски и/или, например, установкой диагностического кода.
На шаге 426 алгоритма 400 производится проверка, произошло ли определение характеристик требуемого числа топливных форсунок. Согласно некоторым примерам, это может заключаться в определении того, были ли измерены ошибки подачи топлива для требуемого числа топливных форсунок. Требуемое число топливных форсунок можно изменять и выбирать на основе различных критериев, например, согласно некоторым сценариям, характеристики всех топливных форсунок топливной рампы А могут быть измерены, как часть последовательной диагностической процедуры, которая может быть периодической (например, может быть запланирована через каждое заданное число километров пробега). Согласно другим сценариям, предварительная индикация или предположение об ухудшении характеристик работы топливной форсунки может инициировать измерение ее характеристик, при этом измерение характеристик других форсунок не производится. Согласно другим примерам, могут быть определены характеристики одной или более форсунок топливной рампы В дополнительно к форсункам топливной рампы А, или вместо них. В данном примере алгоритм 400 может быть выполнен аналогично для топливной рампы В, например топливный насос В может быть включен на полный рабочий ход, а после приостановлен, при этом заданные количества подаваемого топлива для форсунки топливной рампы В сравниваются с объемом топлива, закачиваемым в топливную рампу В, на основе предварительно найденных данных и/или показаний датчика давления топлива. В общем, в соответствии с алгоритмом 400 могут быть определены характеристики одной, всех или любого промежуточного числа топливных форсунок. Соответственно, если выясняется, что определение характеристик требуемого числа топливных форсунок не произведено (ответ НЕТ), то алгоритм 400 возвращается к шагу 402, с которого начинается определение характеристики следующей топливной форсунки. Если выясняется, что определение характеристик требуемого числа топливных форсунок произведено (ответ ДА), то алгоритм 400 завершает работу. По окончании алгоритма 400 номинальный впрыск топлива может быть возобновлен в соответствии с различными условиями (параметрами) работы двигателя, например, приостановка перекачивания топлива может быть прекращена, может возобновится впрыск топлива топливными форсунками иными, нежели форсунка, определение характеристик которой производилось непосредственно перед этим, и т.п.
На фиг. 5 изображен график 502 давления топлива и график 504 суммарного объема (оба в функции времени) для примера периода определения характеристики топливной форсунки, обозначенного индексом 506. Графики 502 и 504 могут вытекать из выполнения алгоритма 400 на протяжении периода 506 определения характеристики форсунки. В начале периода 506 определения характеристики форсунки, топливный насос А топливной системы, содержащей топливные насосы А и В, приводится в действие, чтобы совершать полные рабочие ходы в ответ на то, что давление топлива в связанной с форсункой топливной рампе А упало ниже порогового давления. Как таковое, давление топлива в топливной рампе А, показанное на графике 502, быстро возрастает, как показывает участок 508. После этого, до тех пор, пока давление топлива в топливной рампе А не упадет ниже порогового давления, перекачивание топлива посредством топливного насоса А будет приостановлено. Между полным рабочим ходом насоса, показанным участком 508, и следующим полным рабочим ходом насоса, показанным участком 510, производится управление одной топливной форсункой топливной рампы А, чтобы впрыснуть определенное количество топлива, что в данном примере приводит к одиннадцати итеративным впрыскам, каждый из которых создает соответствующее падение давления топлива в топливной рампе А. В это время разрешается впрыск топлива одной форсункой топливной рампы А, в то время как впрыск топлива другими форсунками топливной рампы А запрещен. Также в это время могут быть приведены в действие топливные форсунки топливной рампы В, чтобы компенсировать снижение впрыска топлива, вызванное тем, что в топливной рампе А разрешается впрыск топлива только одной форсунке, а остальным форсункам топливной рампы А впрыск топлива запрещен. Хотя количества топлива, впрыскиваемые одной топливной форсункой топливной рампы А, могут быть одинаковыми, согласно другим примерам, одна и та же форсунка во время определения ее характеристики может впрыскивать различные количества топлива.
В данном примере требуемое число полных рабочих ходов, совершаемых топливным насосом А в период 506 определения характеристики форсунки, задано равным трем, что приводит к выполнению трех полных рабочих ходов насоса, которые показаны соответственно участками 508, 510 и 512. Управление насосом А далее производится так, что в топливной рампе А достигается постоянное среднее давление топлива, что показано линией 514. В силу тех величин, которые заданы для требуемого числа рабочих ходов насоса и порогового давления в топливной рампе, одна топливная форсунка топливной рампы А совершает в целом тридцать три впрыска топлива.
Как только за период 506 определения характеристики будет достигнуто требуемое число полных рабочих ходов насоса, количества топлива, задаваемые для впрыска одной топливной форсункой топливной рампы А, суммируют для всех полных рабочих ходов насоса, которые задают в период определения характеристики форсунки. График 504 изображает изменение заданного суммарного объема топлива, подлежащего впрыску одной топливной форсункой при каждом акте впрыска. Далее производится суммирование количеств топлива, закачиваемых топливным насосом А в период 506 определения характеристики, причем количества топлива определяют по известным передаваемым количествам, получающимся от соответствующих команд на совершение насосом хода, как это было рассмотрено выше. Затем может быть проведено сравнение суммы заданных количеств топлива с суммарным закачанным количеством топлива, чтобы определить ошибку подачи топлива для одной топливной форсунки. Пример ошибки подачи показан на фиг. 5 в виде разницы 516. Данная ошибка подачи может быть компенсирована различными подходящими способами. В примере, представленном на фиг. 5, ошибка подачи такова, что одна топливная форсунка фактически впрыскивает меньший объем топлива, чем заданный. В сущности, компенсация ошибки подачи может заключаться в коррекции команд впрыска топлива, подаваемых на эту одну форсунку (например, в увеличении длительности импульса), так чтобы подавать сравнительно большее количество топлива. Кроме того, при желании можно осуществлять индикацию ухудшения характеристик одной форсунки. После определения характеристики одной форсунки, аналогичным образом могут быть определены характеристики одной или более дополнительных топливных форсунок.
Следует понимать, что графики 502 и 504 приведены в качестве примеров, и они не призваны никоим образом ограничивать идею изобретения. Согласно некоторым примерам, график 502 может представлять изменения давления топлива в топливной рампе, вызванные впрыском топлива двумя или более форсунками. Кроме того, хотя определение ошибки подачи одной топливной форсунки топливной рампы А производится после совершения требуемого числа полных рабочих ходов насоса, согласно другим примерам, ошибки подачи можно определять после каждого полного рабочего хода. В данном случае можно производить сравнение ошибок подачи, определяемых при каждом полном рабочем ходе насоса до тех пор, пока ошибки подачи не сойдутся к некоторому числу на требуемом уровне, и в этой точке можно будет считать, что общая ошибка подачи определена с достаточной точностью.
Таким образом, как было показано и раскрыто, алгоритм 400 можно выполнять в целях определения характеристики работы топливной форсунки, определения ошибок подачи топливных форсунок и компенсации найденных ошибок подачи, чтобы увеличить точность дозирования топлива топливными форсунками. Кроме того, указанные результаты могут быть достигнуты путем компенсации пониженного впрыска топлива без неприемлемого вмешательства в работу двигателя, и без нарушения многих факторов, которые влияют на давление в топливной рампе. Согласно некоторым вариантам, алгоритм 400 можно использовать для получения характеристик различия между топливными форсунками, и индивидуальной компенсации их ошибок подачи.
Следует понимать, что в рамках объема и идеи настоящего изобретения в алгоритм 400 могут быть внесены изменения. Например, согласно некоторым вариантам осуществления, при определении характеристик соответствующих топливных форсунок могут быть приняты во внимание дополнительные данные, такие как объем топлива, накапливаемый в топливной рампе под действием давления в топливной рампе. Объем топлива, накапливаемый в топливной рампе, может быть вычислен, например, как результат деления разности давления в топливной рампе на модуль объемного сжатия топлива в топливной рампе и умножения полученного частного на объем топливной рампы.
Следует отметить, что включенные в описание примеры алгоритмов управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Способы управления и раскрытые в данном описании алгоритмы можно хранить в виде исполняемых инструкций в постоянном запоминающем устройстве. Рассмотренные выше конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные действия, операции или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, записываемый в постоянное запоминающее устройство считываемой среды хранения данных компьютера в системе управления двигателем.
Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и/или алгоритмы по сути являются примерами и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к «некоторому» элементу, или к «первому» элементу, или же к эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.