СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СТЕПЕНИ РАЗЖИЖЕНИЯ МАСЛА В ДВИГАТЕЛЕ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR REDUCTION OF DEGREE OF DILUTION OF OIL IN ENGINE (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится к системам и способам снижения степени разжижения масла в двигателе.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
В условиях эксплуатации холодного двигателя, включая холодные пуски двигателя, если двигатель не достиг устойчивого режима работы, может происходить разжижение моторного масла. Например, топливо может смешиваться с моторным маслом в картере двигателя. Неоднократное повторение работы двигателя с холодным пуском без завершения прогрева двигателя может привести к чрезмерному разжижению масла топливом и ухудшению качества масла. Кроме того, это может привести к переполнению масла, в результате чего может возникать запах топлива, ощутимый для оператора транспортного средства.
Treharne и др. (US 2013/0268182) раскрывают способ уменьшения загрязнения масла в гибридном транспортном средстве за счет того, что двигатель запускают, если накопленная в аккумуляторе энергия превышает верхний пороговый уровень когда количество загрязнителя в моторном масле превышает пороговое количество. При этом двигатель эксплуатируют неэффективно для увеличения вырабатываемого тепла, чтобы тем самым снизить загрязнение масла. Авторами настоящего изобретения были выявлены потенциальные проблемы вышеуказанного подхода. А именно, при эксплуатации двигателя в неэффективном режиме, двигатель может работать при установке момента впрыска топлива с запаздыванием с целью увеличения теплоотдачи и снижения выбросов твердых веществ, а работа двигателя транспортного средства с установкой момента впрыска топлива с запаздыванием может увеличивать разжижение топлива, особенно при неоднократных холодных пусках двигателя без его прогрева.
Одним из подходов, решающих вышеуказанные проблемы, является способ управления двигателем транспортного средства, включающий в себя: установку впрыска топлива с опережением относительно базовой установки момента впрыска топлива в первом цикле сгорания для уменьшения разжижения масла в ответ на превышение степенью разжижения масла пороговой степени разжижения, причем базовую установку момента впрыска топлива применяют тогда, когда степень разжижения масла меньше пороговой степени разжижения.
В другом примере способ управления двигателем может включать в себя следующее: в течение существования первого условия, когда степень разжижения масла превышает пороговую, установку момента впрыска топлива с опережением; а в течение существования второго условия, когда степень разжижения масла ниже пороговой, установку момента впрыска топлива с запаздыванием относительно установки момента впрыска топлива с опережением. Впрыск топлива, установку времени которого регулируют, таким образом, может быть поздним впрыском или вторым впрыском дробного впрыска топлива. Регулировку могут выполнять в течение холодного пуска двигателя и до завершения прогрева двигателя, в течение некоторого количества циклов пуска двигателя, и в течение некоторого количества пусков двигателя, каждый из которых является началом работы двигателя, заканчиваемой до достижения прогретого состояния двигателя, например до того, как хладагент двигателя прогреется до пороговой температуры, или до того, как блок цилиндров двигателя прогреется до пороговой температуры.
Еще в одном примере способ управления двигателем может включать в себя следующее: установку момента впрыска множественных впрысков в пределах цикла сгорания раньше относительно ВМТ в ответ на превышение разжижением масла порогового уровня, и установку момента впрыска топлива по меньшей мере одного впрыска в пределах цикла сгорания позднее относительно ВМТ в ответ на то, что разжижение масла ниже порогового уровня.
Степень разжижения масла могут определять различными методами. Например, ее могут определять по воздушно-топливным отношениям, измеренным на различных этапах пуска и прогрева двигателя. Кроме этого, ее могут определять по измеренным датчиками свойствам масла, например, по вязкости. Могут быть применены и другие подходы, например, интегрирование разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя.
Таким образом можно снизить чрезмерное разжижение масла и улучшить качество выбросов в атмосферу, регулируя момент впрыска топлива по степени разжижения масла, которую определяют по заданному воздушно-топливному отношению и воздушно-топливному отношению двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан пример двигателя с системой принудительной вентиляции картера (ПВК).
На фиг. 2 показана схема движения масла в системе смазки двигателя.
На фиг. 3 показан пример способа управления для регулировки работы двигателя, включая установку момента впрыска топлива по степени разжижения масла.
На фиг. 4А показаны примеры таблиц установок момента впрыска топлива на холодном и горячем двигателе.
На фиг. 4В показан пример профиля впрыска топлива в соответствии с настоящим раскрытием.
На фиг. 5 показан пример определения степени разжижения масла по интегральной разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя и регулировка момента впрыска топлива по степени разжижения масла.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам регулирования момента впрыска топлива по степени разжижения масла в системе двигателя, такой как показана на фиг. 1. На фиг. 2 показана схема движения масла в системе смазки системы двигателя, показанной на фиг. 1. Контроллер двигателя может выполнять управляющий алгоритм, такой как показан на фиг. 3, для определения степени разжижения масла, и если степень разжижения масла выше пороговой, то контроллер может регулировать момент впрыска топлива с целью ослабления разжижения масла. Кроме того, когда степень разжижения масла меньше пороговой, момент впрыска топлива можно отрегулировать с целью уменьшения выбросов двигателя в атмосферу. Степень разжижения масла можно определять по интегральной разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя. На фиг. 4 - фиг. 5 показаны примеры регулировок разжижения масла по воздушно-топливным отношениям и примеры регулировок момента впрыска топлива по степени разжижения масла.
На фиг. 1 показан пример конфигурации многоцилиндрового двигателя, который в целом обозначен позиционным номером 110 и который может быть включен в движительную систему автомобиля. Двигателем 110 могут по меньшей мере частично управлять система 190 управления транспортного средства, включающей в себя контроллер 48, а также сигналы, поступающие от оператора 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В настоящем примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали, предназначенный для выработки сигнала положения педали (ПП), пропорционального положению педали.
Двигатель 110 может включать в себя нижнюю часть блока цилиндров двигателя, в целом обозначенного позиционным номером 26, которая может включать в себя картер 28, заключающий в себе коленчатый вал 30. Картер 28 может включать в себя масляный поддон 32, иначе называемый маслосборником, содержащий смазочное вещество (например, масло) двигателя, и расположенный под коленчатым валом 30. В некоторых условиях в картер 28 может поступать топливо, например, через цилиндры двигателя. Для заливки масла в масляный поддон 32 в картере 28 может быть предусмотрено отверстие 29 маслозаливной горловины. Отверстие 29 маслозаливной горловины может включать в себя крышку 33, предназначенную для герметизации отверстия 29 маслозаливной горловины в процессе работы двигателя. В картере 28 может быть также размещена трубка 37 масломерного щупа, которая может включать в себя масломерный щуп 35 для измерения уровня масла в масляном поддоне 32. Кроме того, картер 28 может включать в себя некоторое количество других отверстий для обслуживания компонентов внутри картера 28. Эти отверстия в картере 28 могут оставлять закрытыми в процессе работы двигателя, чтобы могла работать (описываемая ниже) система вентиляции картера. Кроме того, картер 28 может включать в себя датчик воздушно-топливного отношения для измерения воздушно-топливного отношения в системе 116 принудительной вентиляции картера (ПВК).
Верхняя часть блока 26 цилиндров может включать в себя камеру 34 сгорания (например, цилиндр). Камера 34 сгорания может включать в себя стенки 36 камеры сгорания с размещенным внутри них ними поршнем 38. Поршень 38 может быть связан с коленчатым валом 30 так, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Камера 34 сгорания может принимать топливо из топливных форсунок (не показаны) и впускной воздух из впускного коллектора 42, расположенного ниже по потоку от дроссельной заслонки 44. Блок 26 цилиндров может также включать в себя датчик 46 температуры хладагента двигателя (ТХД), посылающий сигналы в контроллер 48 (подробнее описываемый ниже).
Во впуске двигателя может быть расположена дроссельная заслонка 44, для управления расходом воздуха, поступающего во впускной коллектор 42, и выше по потоку от которой может находиться компрессор 50, за которым, например, может находиться охладитель 52 наддувочного воздуха. Компрессор 50 может сжимать подаваемый в двигатель 110 впускной воздух, тем самым нагнетая давление и увеличивая плотность впускного воздуха для создания в двигателе условий наддува (например, когда давление воздуха в коллекторе > барометрического давления), например, при повышенной нагрузке двигателя. Выше по потоку от компрессора 50 может быть расположен воздушный фильтр 54, выполненный с возможностью фильтрации свежего воздуха, поступающего во впускной канал 56.
Отработавшие газы горения покидают камеру 34 сгорания через выпускной канал 60, расположенный выше по потоку от турбины 62. Выше по потоку от турбины 62 вдоль по выпускному каналу 60 может быть размещен датчик 64 отработавших газов. Турбина 62 может быть оснащена перепускным регулятором давления наддува, и может приводиться в движение проходящим сквозь нее потоком отработавших газов. Кроме того, турбина 62 может быть механически связана с компрессором 50 посредствам общего вала (не показан), чтобы вращение турбины 62 могло приводить в действие компрессор 50. Датчик 64 может быть датчиком, пригодным для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в двигателе по составу отработавшего газа. Например, датчик 64 может быть линейным датчиком содержания кислорода, или универсальным или широкодиапазонным датчиком содержания кислорода в отработавших газах (УКОГ), датчиком содержания кислорода в отработавших газах с двумя состояниями (КОГ), нагреваемым датчиком содержания кислорода в отработавших газах (НКОГ), датчиком оксидов азота, углеводорода или оксида углерода. Датчик 64 отработавших газов может быть электрически связан с контроллером 48. Как рассматривается здесь, воздушно-топливное отношение двигателя может быть использовано для оценивания степени разжижения масла.
В показанном на фиг. 1 примере система 116 ПВК связана с воздухозаборником 12 двигателя 110 таким образом, что газы в картере 28 можно вентилировать управляемым образом.
Двигатель 110 включает в себя камеру (цилиндр) 34 сгорания и стенки 36 цилиндра с поршнем, размещенным внутри них и соединенным с коленчатым валом 30. Камера 34 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 42 и выпускным коллектором 60 через соответствующие впускной клапан 94 и выпускной клапан 92. Каждый впускной и выпускной клапан могут быть приведены в движение впускным кулачком 91 и выпускным кулачком 92. Моменты открытия и закрытия выпускного клапана 92 могут регулировать относительно положения коленчатого вала посредством фазовращателя (не показан) выпускного распределительного вала. Моменты открытия и закрытия впускного клапана 94 могут регулировать относительно положения коленчатого вала посредством фазовращателя (не показан) впускного распределительного вала. Положение впускного кулачка 91 могут определять посредством датчика (не показан) впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 93 могут определять посредством датчика (не показан) выпускного кулачка. Таким образом, контроллер 48 посредством фазовращателей может управлять фазами газораспределения. В зависимости от разнообразных факторов, таких как нагрузка на двигатель и частота вращения двигателя (ЧВД), система изменения фаз газораспределения (ИФГ) может регулировать фазы газораспределения на опережение или запаздывание.
В ходе нормальной работы двигателя, газы в камере 34 сгорания могут просачиваться через поршень. Эти так картерные газы могут содержать несгоревшее топливо, продукты горения и воздух. Картерные газы могут разжижать и загрязнять масло, приводя к коррозии компонентов двигателя и способствуя накоплению осадка, что снижает защитные и смазывающие свойства масла. При более высоких частотах вращения двигателя, картерные газы могут повышать давление в картере, результатом чего может быть утечка масла через герметичные поверхности двигателя. Система 116 ПВК может помочь в вентилировании и удалении картерных газов из картера двигателя управляемым образом для ослабления этих нежелательных последствий присутствия картерных газов, а также может совместить их с впускным потоком двигателя, чтобы их можно быть дожечь в двигателе. Перенаправляя картерные газы на впуск двигателя, система 116 ПВК также способствует снижению выбросов двигателя в атмосферу, предотвращая вентиляцию картерных газов в атмосферу.
Система 116 ПВК включает в себя клапан 78 ПВК, сообщающийся с картером 28 двигателя. В качестве примера, клапан 78 ПВК может быть механически связан с клапанной крышкой в двигателе, что может позволить системе ПВК втягивать картерные газы из двигателя, снижая захват масла из картера. Клапан 78 ПВК может также быть связан по текучей среде с впускным коллектором 42 двигателя. Расход газа через клапан ПВК может изменяться в зависимости от условий работы двигателя, таких как частота вращения и нагрузка на двигатель, и клапан 78 ПВК можно откалибровать для конкретных условий применения двигателя, причем расход газа через клапан ПВК можно регулировать по мере изменения условий работы. Например, когда двигатель отключен, клапан 78 ПВК может быть закрыт, чтобы через него не проходили газы. Когда двигатель работает на холостом ходу или при малой нагрузке, или же в процессе замедления, когда разрежение во впускном коллекторе относительно высоко, клапан 78 ПВК можно немного открыть, создав условия для существования ограниченного расхода через клапан ПВК. Когда частоты вращения коленчатого вала или нагрузки на двигатель больше, чем в условиях холостого хода, разрежение во впускном коллекторе может снижаться, и клапан ПВК 78 может пропускать через себя большие расходы газа. Клапан 78 ПВК может быть обычным клапаном ПВК или двухтактным клапаном ПВК.
В условиях без наддува (когда давление во впускном коллекторе (ДВК) меньше барометрического давления (БД), система 116 ПВК затягивает воздух в картер 28 через сапун или вентиляционную трубку 74 картера. Первый конец 101 вентиляционной трубки 74 картера выше по потоку от компрессора 50 может быть механически связан или соединен с воздухозаборником 12. В некоторых примерах первый конец 101 вентиляционной трубки 74 картера может быть механически связан с воздухозаборником 12 ниже по потоку от воздушного фильтра 54 (как показано). В других примерах вентиляционная трубка картера может быть механически связана воздухозаборником 12 выше по потоку от воздушного фильтра 54. Еще в одном примере вентиляционная трубка картера может быть механически связана с воздушным фильтром 54. Второй конец 103, противоположный первому концу 101 вентиляционной трубки 74 картера может быть механически связан или соединен с картером 28 через маслоотделитель 81.
В некоторых примерах вентиляционная трубка 74 картера может включать в себя установленный внутри нее датчик 61 давления. Датчик 61 давления может быть датчиком абсолютного или манометрического давления. С системой 116 ПВК в различных местах может быть связан один или более дополнительных датчиков давления и/или расхода. Например, с впускным каналом 56 выше по потоку от фильтра 54 может быть связан датчик 51 барометрического давления (датчик БД), предназначенный для обеспечения оценки барометрического давления (БД). В одном примере, в котором датчик 61 давления выполнен в виде датчика манометрического давления, совместно с датчиком 61 давления можно использовать датчик 51 барометрического давления. В некоторых примерах во впускном канале 56 ниже по потоку от воздушного фильтра 54 и выше по потоку от компрессора может быть установлен датчик давления на входе компрессора, предназначенный для обеспечения оценки давления на входе компрессора. В картере 28 может быть размещен датчик 31 воздушно-топливного отношения (ВТО), предназначенный для измерения воздушно-топливного отношения в системе ПВК. Датчик 31 ВТО может быть, например, датчиком содержания кислорода. В некоторых примерах датчик 31 ВТО может быть расположен в вентиляционной трубке 74 картера и/или в трубопроводе 76.
В условиях без наддува, система 116 ПВК выпускает воздух из картера во впускной коллектор 42 через трубопровод 76, который, в некоторых примерах, может включать в себя одноходовой клапан 78 ПВК для обеспечения непрерывной откачки газов из картера 28 перед соединением с впускным коллектором 42. В одном примере клапан 78 ПВК может изменять ограничение потока в ответ на падение давления между его входом и выходом (или расхода через него). Тем не менее, в других примерах трубопровод 76 может не включать в себя одноходового клапана ПВК. В других имеющихся примерах клапан ПВК может быть электронно управляемым клапаном, находящимся под управлением контроллера 48. Следует понимать, что используемое здесь понятие «поток ПВК» относится к потоку газов, протекающих по трубопроводу 76 от картера к впускному коллектору 42. Например, поток ПВК может быть определен известными методами по скорости впрыска топлива (например, газообразного топлива), по воздушно-топливному отношению на впуске двигателя и по содержанию кислорода в отработавших газах посретством датчика 64 отработавших газов.
Если давление во впускном коллекторе превысит давление в картере (например, при работе двигателя с наддувом), то может образоваться обратный поток ПВК. Обратным потокок ПВК называется поток газов по трубопроводу 76 от впускного коллектора 42 к картеру 28. В некоторых примерах система 116 ПВК для предотвращения обратного потока ПВК может быть оснащена обратным клапаном. Следует понимать, что, несмотря на то, что в иллюстрируемом примере клапан 78 ПВК показан как пассивный клапан, это не должно пониматься в ограничительном смысле и то, что в альтернативных примерах клапан 78 ПВК может быть электронно управляемым клапаном (например, находящимся под управлением блока PCM управления силовым агрегатом (БУСА)), причем контроллер 48 системы 190 управления может вырабатывать сигнал на изменение положения клапана с открытого (или положения высокого потока) на закрытое (или положение низкого потока) положение или наоборот, или на изменение положения клапана на любое положение, являющееся промежуточным между двумя вышеуказанными положениями.
В условиях с наддувом (ДВК превышает БД) газы текут из картера, через маслоотделитель 81 попадают в воздухозаборник 12 и, в конце концов, в камеру 34 сгорания. Это может быть выполнено в режиме без вентиляции, когда воздух из впускного коллектора не пропускают в картер 28, или же в режиме принудительной вентиляции картера, когда в картер 28 дозированно подают некоторый объем воздуха из коллектора.
Когда двигатель работает под небольшой нагрузкой и при умеренном открытии дроссельной заслонки, давление воздуха во впускном коллекторе может быть меньше давления воздуха в картере. Пониженное давление во впускном коллекторе 42 затягивает в него свежий воздух, который выталкивает воздух из вентиляционной трубки 74 картера через картер (где воздух разбавляется и смешивается с газами горения), из картера через трубопровод 76 ПВК через клапан 78 ПВК и во впускной коллектор 42. Однако, в других условиях, например при высокой нагрузке или в условиях с наддувом, давление воздуха во впускном коллекторе может быть больше давления воздуха в картере. При этом впускной воздух может поступать через трубопровод 76 ПВК в картер 28.
Газы в картере могут содержать несгоревшее топливо, несгоревший воздух, а также полностью или частично сгоревшие газы. Кроме этого, может присутствовать туман смазочного вещества. Раз так, то для снижения выхода масляного тумана из картера 28 через систему 116 ПВК, в эту систему могут быть встроены разнообразные маслоотделители. Например, трубопровод 76 может содержать однонаправленный маслоотделитель 80, отфильтровывающий масло из выходящих из картера 28 паров до того как они снова поступят во впускной коллектор 42. Другой маслоотделитель 81 может быть расположен в вентиляционной трубке 74 картера для того, чтобы при работе с наддувом удалять масло из потока газов, выходящих из картера. Дополнительно, в некоторых примерах, трубопровод 76 может также содержать датчик 84 разрежения, связанный с системой 116 ПВК.
Контроллер 48 на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство (МПУ) 108, устройство ввода/вывода (ВВОД/ВЫВОД) электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде чипа постоянного запоминающего устройства 113 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 115 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 117 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 48 может принимать разнообразные сигналы от разнообразных датчиков 119, связанных с двигателем 110, и эти сигналы могут включать в себя: сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 46; измеренное значение давления воздуха во впускном коллекторе (ДВК) от датчика 86 давления; измеренное значение давления в картере от датчика 87 давления, измеренное значение барометрического давления (БД) от датчика 51; показания воздушно-топливного отношения отработавших газов от датчика 64 отработавших газов; показания воздушно-топливного отношения ПВК от датчика 31, а также сигналы от других описываемых ниже диагностических датчиков ПВК. Электронная среда хранения, выполненная в виде ПЗУ 113, может быть запрограммирована машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, исполняемые процессором 108 для реализации описываемых ниже способов, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются.
В определенных условиях систему 116 ПВК можно контролировать множеством имеющихся в ней датчиков. В некоторых примерах для контроля давления в системе ПВК могут использовать в сочетании друг с другом некоторое количество датчиков абсолютного давления, например, датчик 51 барометрического давления (БД), датчик 58 давления на входе компрессора и/или датчик 61 давления в вентиляционной трубке 74 картера. Например, в некоторых подходах для контроля давления в системе ПВК могут совместно использовать датчик 51 барометрического давления, датчик 58 давления на входе компрессора и датчик 61 давления в вентиляционной трубке 74 ПВК.
В альтернативном примере для определения того, находится ли двигатель под наддувом, вместо датчиков ДВК и БД могут использовать датчики ДВК и давления на входе компрессора и/или датчик ДВК и датчик давления в картере. Например, когда ДВК меньше давления на входе компрессора, двигатель может не находиться под наддувом. В другом примере двигатель может находиться под наддувом, если давление ДВК будет больше давления на входе компрессора или давления в картере.
Топливная форсунка 96 показана связанной напрямую с камерой 34 сгорания для прямого впрыскивания топлива посредством электронного привода (не показан) пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ) получаемого от контроллера 48 сигнала ИВТ. Таким образом, топливная форсунка 96 реализует так называемый прямой впрыск топлива в камеру 34 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена в боковой части камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. Топливо к топливной форсунке 96 можно доставлять посредством топливной системы (не показанной на фиг. 2), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рейку. В некоторых примерах камера 34 сгорания альтернативно или дополнительно может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впуске в конфигурации, обеспечивающей так называемый «впрыск во впускной канал» для впрыска топлива во впускной канал выше по потоку от камеры 34 сгорания.
В процессе работы двигателя каждый цилиндр внутри двигателя 110 обычно выполняет четырехтактный цикл: этот цикл включает в себя так впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска, как правило, выпускной клапан 92 закрывается, а впускной клапан 94 открывается. Воздух поступает в камеру 34 сгорания через впускной коллектор 42, и поршень 38 движется в нижнюю часть цилиндра, увеличивая объем камеры 34 сгорания. Положение, при котором поршень 38 находится вблизи низа цилиндра и в конце своего хода (например, когда объем камеры 34 сгорания наибольший) обычно специалистами называется нижней мертвой точкой (НМТ). На такте сжатия впускной клапан 94 и выпускной клапан 92 закрыты. Поршень 38 движется к крышке цилиндра, сжимая воздух, находящийся внутри камеры 34 сгорания. Точка, в которой поршень 38 находится в конце своего хода ближе всего к крышке цилиндра (то есть, когда камера 34 сгорания имеет наименьший объем), специалистами обычно называется верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, который здесь называется впрыском, топливо подается внутрь камеры сгорания. В некоторых примерах, в течение одно рабочего цикла цилиндра, топливо в него может быть впрыснуто некоторое количество раз. В процессе, который здесь называется зажиганием, впрыснутое топливо воспламеняют компрессионным зажиганием или известными средствами воспламенения, например, свечой (не показана) зажигания, что приводит к горению. На такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 38 обратно в ВМТ. Коленчатый вал 30 преобразует движение поршня в крутящий момент поворотного вала.
Наконец, на такте выпуска выпускной клапан 92 открывается, выпуская сожженную воздушно-топливную смесь в выпускной коллектор 60, а поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что описанное выше является лишь примером, и моменты открытия и/или закрытия впускных и выпускных клапанов могут изменяться, например, для обеспечения положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или для реализации других разнообразных вариантов. Кроме того, в некоторых примерах вместо четырехтактного цикла могут использовать двухтактный цикл.
В одном примере впрыск топлива могут регулировать по оцененной степени разжижения масла. Регулирование впрыска топлива может включать в себя регулирование момента начала впрыска топлива в направлении опережения в рабочем цикле цилиндра, в зависимости от степени разжижения масла. Подробности оценивания степени разжижения масла и регулирования впрыска топлива в зависимости от оценки разжижения масла будет рассмотрено далее со ссылкой на фиг. 3 - фиг. 5. Степень разжижения масла можно оценить по температуре окружающего воздуха, по температуре блока цилиндров, по температуре хладагента двигателя, по частоте вращения коленчатого вала двигателя, по нагрузке двигателя, по давлению впрыска топлива, по установке момента впрыска топлива, по продолжительности работы двигателя, по заданному воздушно-топливному отношению и по воздушно-топливному отношению двигателя. В течение существования условий холодного пуска, когда степень разжижения масла превышает пороговое значение, установку момента начала впрыска топлива в рабочем цикле цилиндра можно отрегулировать в направлении опережения (другими словами, начать впрыск топлива можно раньше) относительно базовой установки момента начала впрыска топлива, которую можно использовать тогда, когда степень разжижения масла меньше порогового значения. Термины «ранее», «раньше» и «с опережением» в применении к установке момента впрыска топлива или к установке момента начала впрыска топлива во всем тексте спецификации могут применяться взаимозаменяемо. Аналогичным образом, термины «позднее», «позже» и «с запаздыванием» в применении к установке момента впрыска топлива или к установке момента начала впрыска топлива во всем тексте спецификации могут применяться взаимозаменяемо.
В одном примере, когда впрыск топлива установлен на опережение, начало впрыска топлива может произойти между 340 и 280 градусами до верхней мертвой точки (ВМТ) поршня цилиндра, принимающего впрыскиваемое топливо. В другом примере могут выполнять множественные впрыски, начиная первый впрыск топлива между 340 и 280 градусами до ВМТ поршня цилиндра, принимающего впрыскиваемое топливо.
Таким образом, впрыск топлива может быть установлен на опережение, когда степень разжижения масла превышает пороговое значение. Установка впрыска на опережение может улучшить распыление и испарение топлива для того, чтобы улучшалось смешивание топлива с находящимся в цилиндре воздушным зарядом. В результате можно повысить эффективность горения, и может сгореть больше топлива. Следовательно, может быть уменьшено количество капель топлива, покрывающих стенки цилиндра и проникающих сквозь поршневые кольца в картер в течение цикла сгорания. В результате может быть уменьшена степень разжижения масла топливом. Кроме того, можно снизить выбросы в атмосферу отработавших газов. В некоторых примерах для улучшения испарения и распыления топлива в цилиндре и, следовательно, уменьшения разжижения масла, можно регулировать моменты открытия клапанов и/или моменты впрыска топлива.
Базовая установка момента впрыска топлива (например, впрыска топлива в условиях прогретого двигателя, когда степень разжижения масла меньше порогового значения), при которой начало впрыска может происходить между 350 и 300 градусами до ВМТ поршня цилиндра, принимающего топливо, может применяться для снижения выбросов твердых веществ и твердых частиц. При этом момент впрыска топлива в холодных условиях может быть установлен с запаздыванием относительно момента впрыска топлива, используемого тогда, когда температуры работы двигателя превышают пороговую температуру. В холодных условиях топливо может проникать за поршневые кольца и повышать степень разжижения масла в картере. Кроме того, может повыситься содержание твердых веществ в отработавших газах двигателя. Поэтому в холодных условиях момент впрыска топлива может быть установлен с запаздыванием относительно базовой установки, но при наличии разжижения топливо можно впрыскивать с опережением относительно холодного двигателя, когда разжижения не наблюдается. Таким образом, регулируя впрыск топлива по степени разжижения масла, можно уменьшить избыточное разжижение масла и улучшить качество выбросов в атмосферу.
На фиг. 2 на упрощенной схеме показано движение потоков масла в системе смазки транспортного средства. Масло выкачивают из масляного поддона (1002) масляным насосом (1004) с целью смазывания многих подвижных частей узла (1006) двигателя, таких как коленчатый вал 240 и его шатуны, а также шатунных подшипников и пальцев поршней 236. Масло также используют для осуществления смазки между поршнем 236 двигателя и цилиндром 200 двигателя, формируя скользкое маслопленочное уплотнение, и для предотвращения утечки топливовоздушной смеси и отработавших газов из камеры сгорания в масляный поддон в процессе сжатия и горения. Толщина и эффективность этого маслопленочного уплотнения зависит от температуры масла и его свойств, таких как вязкость. После того, как масло достигнет подвижных частей, оно стекает обратно в масляный поддон.
Как рассматривается здесь, в процессе работы двигателя масло может разжижаться топливом. Например, разжижение масла топливом может возрастать при выполнении поздних впрысков топлива. То есть, поздние впрыски топлива можно использовать для уменьшения выброса твердых веществ и частиц. Однако при поздних впрысках топлива, за счет высоких давлений в цилиндре оно может просачиваться через поршневые кольца и загрязнять масло в масляном поддоне. Следовательно, момент начала впрыска топлива можно регулировать для изменения выброса твердых веществ для разжижения масла или наоборот. Разжижение масла можно контролировать по температуре окружающего воздуха, по температуре блока цилиндров, по температуре хладагента двигателя, по частоте вращения двигателя и нагрузке на двигатель, по давлению впрыска топлива, по моменту впрыска топлива, по продолжительности работы двигателя, по заданному воздушно-топливному отношению и по воздушно-топливному отношению двигателя, как описывается со ссылкой на фиг. 3, а по степени разжижения масла можно регулировать параметры работы двигателя, такие как установка момента впрыска топлива, с целью уменьшения разжижения масла. Регулирование момента впрыска топлива по степени разжижения масла будет рассмотрено подробно ниже со ссылкой на фиг. 3 - фиг. 5.
На фиг. 3 показан пример алгоритма 300, иллюстрирующий способ регулирования условий работы двигателя, включая установку момента впрыска топлива по степени разжижения масла. Например, в ответ на то, что степень разжижения масла больше порогового значения, с целью уменьшения разжижения масла момент впрыска топлива может быть отрегулирован так, чтобы впрыск топлива был начат раньше относительно ВМТ поршня цилиндра, принимающего топливо, в пределах цикла сгорания. В ответ на то, что степень разжижения меньше порогового значения, момент впрыска топлива может быть отрегулирован так, чтобы впрыск был начат позднее относительно ВМТ поршня цилиндра, принимающего топливо, в пределах цикла сгорания, чтобы воспользоваться преимуществом снижения количества выбрасываемых частиц при позднем впрыске топлива.
На этапе 310 алгоритм 300 может включать в себя оценивание и/или измерение одного или нескольких условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себе температуру окружающего воздуха, температуру двигателя, частоту вращения двигателя, давление впрыска, момент впрыска, продолжительность работы двигателя, воздушно-топливное отношение двигателя и т.д. После того, как будут определены условия работы двигателя, алгоритм может перейти на этап 320.
На этапе 320 алгоритм может включать в себя определение, по условиям работы двигателя, модели разжижения масла. В одном примере модель разжижения масла может основываться на разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя, определенным по показаниям датчика отработавших газов. Заданное воздушно-топливное отношение может быть определено по объему впрыска топлива, определенному контроллером для того, чтобы поддерживать отработавшие газы на уровне стехиометрического отношения. Воздушно-топливное отношение двигателя может быть определено по показаниям датчика УКОГ (например, датчика 64, показанного на фиг. 1).
Например, в условиях холодного пуска, когда определяют, что контроллер задает увеличенный впрыск топлива для поддержания стехиометрическое воздушно-топливное отношение, могут сделать вывод о том, что топливо теряется, проникая через поршневые кольца в масляный поддон. Следовательно, когда заданное воздушно-топливное отношение соответствует обогащенной относительно стехиометрического отношения топливовоздушной смеси, а определенное по показаниям датчика отработавших газов воздушно-топливное отношение является стехиометрическим, степень разжижения масла могут повышать. Величина возрастания степени разжижения может зависеть от интегральной разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя, определенным по показаниями датчика содержания кислорода в отработавших газах. Аналогичным образом, когда для поддержания воздушно-топливного отношения двигателя на стехиометрическом уровне, контроллер задает уменьшенный впрыск топлива, может быть сделан вывод от том, что от системы ПВК может приходить избыток топлива (для поддержания воздушно-топливного отношения двигателя на стехиометрическом уровне). Соответственно, степень разжижения масла могут снижать. Величина снижения степени разжижения может зависеть от интегральной разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя.
В другом примере модель разжижения масла может быть построена на продолжительности работы двигателя и моменте впрыска топлива. Например, при работе двигателя в прогретом состоянии (например, температура двигателя может быть не меньше пороговой температуры, температура каталитического нейтрализатора может быть не меньше температуры для инициации каталитических реакций и т.п.), контроллер может определить, что с момента пуска двигателя в одном или нескольких цилиндрах был выполнен поздний впрыск топлива. При этом в условиях холодного пуска, для уменьшения выбросов твердых веществ могут быть выполнены поздние впрыски топлива. Другими словами, при работе с холодным пуском, момент начала впрыска топлива может быть выставлен на запаздывание относительно моментов начала впрыска топлива для ситуаций, когда двигатель не работает в условиях с холодным пуском. Однако поздний впрыск топлива может повысить степень разжижения масла в картере. Поэтому, если после пуска двигателя был выполнен поздний впрыск топлива, контроллер может определить, превышает ли пороговое значение продолжительность работы двигателя в прогретом состоянии. Пороговая продолжительность может основываться на объеме топлива, которое было подано поздним впрыском после остановки двигателя. Например, может потребоваться некоторое продолжительное время на то, чтобы двигатель после холодного пуска проработал в прогретом состоянии, чтобы сжечь излишки топлива в системе ПВК (излишки топлива в системе ПВК могут появиться в результате применения установок момента впрыска с запаздыванием при холодном пуске с целью снижения выбросов твердых веществ и частиц). Поэтому, если продолжительность работы двигателя в прогретом состоянии превышает пороговое значение, в системе ПВК можно сжигать излишки топлива. Следовательно, может быть снижена степень разжижения масла. Тем не менее, если будет определено, что продолжительность работы двигателя не превышает порогового значения, излишки топлива в системе ПВК можно не сжигать. Это означает, что степень разжижения масла можно не уменьшать.
Таким образом, величина повышения или снижения степени разжижения масла в условиях, когда двигатель не работает в условиях холодного пуска, может зависеть от продолжительности работы двигателя в прогретом состоянии, а также от объема топлива, впрыснутого поздним впрыском. Например, величина повышения степени разжижения масла может возрастать по мере уменьшения продолжительности работы двигателя в прогретом состоянии. Кроме того, величина повышения степени разжижения масла может возрастать по мере увеличения объема поздно впрыснутого топлива. Аналогичным образом, величина снижения степени разжижения масла может возрастать по мере увеличения продолжительности работы двигателя в прогретом состоянии и по мере уменьшения объема поздно впрыснутого топлива.
Затем, на этапе 330, по модели разжижения масла можно оценить степень разжижения масла. Например, для получения оценки степени разжижения масла, модель разжижения масла может быть использована в устройстве контроля качества масла.
В одном примере, когда определяют, что контроллер дает команду на увеличение топлива для достижения стехиометрического воздушно-топливного отношения, устройство контроля качества масла, поддерживающее текущую степень разжижения масла, можно отрегулировать путем повышения степени разжижения масла. Величину повышения можно определять по разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя. При увеличении разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя величина повышения степени разжижения масла может расти.
В другом примере, когда определяют, что контроллер дает команду на уменьшение топлива для поддержания стехиометрического воздушно-топливного отношения двигателя, устройство контроля качества масла, поддерживающее текущую степень разжижения масла можно отрегулировать путем снижения степени разжижения масла.
Еще в одном примере, когда заданное воздушно-топливное отношение и воздушно-топливное отношение двигателя на стехиометрическом уровне, может быть сделан вывод об отсутствии топлива в масле. То есть, разжижение масла может быть нулевым.
Еще в одном примере при холодном пуске транспортного средства, по смоделированному разжижению масла можно сгенерировать балл качества разжижения масла при холодном пуске. Затем можно определить скользящее среднее балла качества разжижения масла при холодном пуске, а по этому скользящему среднему получить оценку степени разжижения масла.
После того, как будет оценена степень разжижения масла, алгоритм может перейти на этап 340. На этапе 340 алгоритм 300 может включать в себя определение того, превышает ли оценка степени разжижения масла пороговое значение. В одном примере пороговое значение может быть основано на количестве актов эксплуатации с холодным пуском без прогрева, оценке разжижения и оценке разжижения горячего цикла при выключении. Если оценка разжижения масла превышает пороговое значение, то алгоритм может перейти на этап 350.
На этапе 350 контроллер может отрегулировать одно или несколько условий работы двигателя с целью уменьшения разжижения масла. Регулирование одного или нескольких параметров работы двигателя может включать в себя установку момента впрыска топлива с опережением (на этапе 352), увеличение давления топлива (на этапе 354) и выполнение дробного впрыска топлива (на этапе 356).
Например, когда оценка степени разжижения масла превышает пороговое значение, момент впрыска топлива можно отрегулировать с опережением относительно момента впрыска топлива для условий, когда оценка степени разжижения масла меньше порогового значения. Другими словами, начало впрыска топлива можно отрегулировать так, чтобы в цикле цилиндра оно происходило раньше. По существу, в условиях холодного пуска, когда разжижение масла меньше порогового, момент впрыска топлива можно отрегулировать с запаздыванием относительно момента впрыска топлива для условий работы двигателя в прогретом состоянии (например, когда температура двигателя превышает пороговую температуру) для снижения выбросов твердых веществ. Тем не менее, когда определяют, что разжижение масла больше порогового, контроллер может установить момент впрыска топлива на более ранний момент (таким образом, установив момент впрыска топлива с опережением), чтобы предотвратить дальнейшее разжижение масла и/или уменьшить существующую степень разжижения масла. По существу, топливо к каждому цилиндру могут доставлять посредством индивидуальных топливных форсунок. В одном примере топливная форсунка может быть топливной форсункой прямого впрыска (например, топливной форсункой 96, показанной на фиг. 1), выполненной с возможностью впрыска топлива непосредственно в цилиндр. В другом примере топливная форсунка может быть топливной форсункой впрыска топлива во впускной канал, выполненной с возможностью впрыска топлива выше по потоку от впускного клапана. В некоторых примерах в течение рабочего цикла цилиндра, топливо в него могут доставлять обеими форсунками. В одном примере момент впрыска топлива может быть отрегулирован так, чтобы топливо было впрыснуто раньше на такте впуска (например, на 340-280 градусах до ВМТ).
Устанавливая ранний впрыск топлива, можно улучшить распыление и испарение топлива. Следовательно, может быть улучшено смешивание топлива с воздушным зарядом цилиндра, чем может быть повышена эффективность горения. По мере повышения эффективности горения может быть сожжено больше топлива, и меньше топлива сможет попадать в систему ПВК. В результате за счет раннего впрыска топлива может быть уменьшено разжижение масла.
В другом примере для уменьшения разжижения масла, когда степень его разжижения поднимается выше порогового значения, могут поднимать давление топлива. При этом давление топлива можно определять по температуре хладагента двигателя и объему топлива в поддоне.
В некоторых примерах, с целью улучшения испарения и распыления топлива в цилиндре могут регулировать момент открытия клапана и/или начало впрыска топлива, в результате чего можно уменьшить разжижение топлива.
В других имеющихся примерах, с целью улучшения испарения и распыления топлива могут выполнять дробные впрыски, включая множественные впрыски топлива с пробной установкой момента начала впрыска топлива на угол от 340 до 280 градусов до ВМТ. Это позволяет отрегулировать параметры работы двигателя по степени разжижения масла с целью снижения степени разжижения масла и улучшения качества выбросов в атмосферу.
В одном примере способ управления двигателем транспортного средства может включать в себя установку более раннего момента впрыска топлива с целью снижения степени разжижения масла в ответ на превышение степенью разжижения масла порогового значения. Кроме того, степень разжижения масла может быть определена по интегральной разности между первым и вторым воздушно-топливными отношениями, из которых первое воздушно-топливное отношение представляет собой заданное воздушно-топливное отношение, а второе воздушно-топливное отношение представляет собой воздушно-топливное отношение двигателя. Заданное воздушно-топливное отношение можно определять по объему впрыска топлива, которое задает контроллер двигателя для поддержания стехиометрического воздушно-топливного отношения двигателя. Кроме того, степень разжижения масла может быть увеличена, когда заданное воздушно-топливное отношение меньше воздушно-топливного отношения двигателя, и уменьшена, когда заданное воздушно-топливное отношение больше воздушно-топливного отношения двигателя. Кроме указанного выше, степень разжижения масла могут также определять по продолжительности периода, в течение которого температура двигателя была ниже порогового значения. Дополнительно, в ответ на то, что степень разжижения масла меньше порогового уровня, могут устанавливать момент впрыска топлива с опережением. Кроме того, в ответ на выполнение замены масла могут устанавливать момент впрыска топлива с запаздыванием.
На фиг. 4А в качестве примера приведена таблица 402 моментов начала впрыска топлива (НВТ) на холодном двигателе (также называемой здесь «моменты НВТ холодного двигателя») и таблица 404 моментов НВТ на горячем двигателе (также называемой здесь «моменты НВТ горячего двигателя» для различных частот вращения двигателя и нагрузок на двигатель. Моменты НВТ указаны в градусах до ВМТ. Нагрузка на двигатель указана как нормированная, причем полная нагрузка указана как 1. При этом нагрузку можно рассчитать по массовому расходу воздуха в двигатель. Частота вращения двигателя указана в оборотах в минуту (об/мин). Работа на холодном двигателе может включать в себя работу двигателя с температурой двигателя, меньшей порогового значения. В одном примере работа на холодном двигателе может включать в себя работу двигателя при температуре каталитического нейтрализатора отработавших газов, меньшей пороговой температуры активации. В другом примере работа на холодном двигателе дополнительно может включать в себя работу в условиях, когда температура окружающего воздуха ниже пороговой температуры окружающего воздуха. Работа на горячем двигателе может включать в себя работу при одном или более из следующих условий: температура двигателя выше пороговой температуры двигателя, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов выше пороговой температуры активации, температура окружающего воздуха выше пороговой температуры окружающего воздуха.
В условиях холодного пуска моменты НВТ холодного двигателя (таблица 402) могут запаздывать относительно моментов НВТ горячего двигателя (таблица 404) с целью уменьшения выброса твердых веществ. Другими словами, моменты НВТ горячего двигателя могут опережать моменты НВТ холодного двигателя. В одном примере моменты НВТ горячего двигателя могут опережать моменты НВТ холодного двигателя на +30 градусов.
В условиях холодного пуска моменты НВТ холодного двигателя, обычно запаздывающие относительно моментов НВТ горячего двигателя, могут быть установлены в сторону опережения, если степень разжижения масла превышает пороговое значение. Пороговое разжижение можно определять по количеству актов эксплуатации двигателя с холодным пуском без прогрева, оцененной степени разжижения и оцененному разжижению на горячем цикле при отключении. Например, в условиях холодного пуска, когда степень разжижения масла меньше порогового значения, моменты НВТ могут быть в диапазоне между 300 и 250 градусами до ВМТ. При этом в условиях холодного пуска, когда степень разжижения масла меньше порогового значения, могут быть выставлены более поздние моменты НВТ (таблица 402) с целью уменьшения выбросов твердых веществ. За счет более поздних моментов НВТ можно уменьшить воздействие столкновения жидкого топлива с чашей поршня. В результате улучшается испарение топлива и смешивание его с впускным воздухом, в результате чего могут быть уменьшены выбросы твердых веществ.
Когда степень разжижения масла превышает пороговое значение, работу двигателя можно отрегулировать для уменьшения разжижения масла. Для этого, когда степень разжижения масла превышает пороговое значение, моменты НВТ холодного двигателя (обычно запаздывающие относительно моментов НВТ горячего двигателя) можно отрегулировать в направлении опережения. Выставляя более ранние моменты НВТ, можно уменьшить разжижение масла.
Таким образом, выставляя более ранний момент начала впрыска топлива при обнаружении превышения степенью разжижения масла порогового значения, можно снизить излишнее разжижение топлива, а выставляя более поздний момент начала впрыска топлива, когда определяют, что степень разжижения масла меньше порогового значения, можно улучшить выбросы твердых веществ и частиц. Таким образом, в условиях холодного пуска моменты НВТ можно регулировать по степени разжижения масла с целью снижения разжижения масла или уменьшения выбросов твердых веществ.
Изображенная на фиг. 4В схема 400 показывает положение коленчатого вала по оси х в углах поворота коленчатого вала (УПКВ). Кривой 410 показано положение (по оси у) поршня до ВМТ и/или после ВМТ, а также относительно четырех тактов (такта впуска, такта сжатия, такта расширения и такта выпуска) цикла работы двигателя. Как показывает синусоида 410, поршень постепенно перемещается вниз от ВМТ, достигая своего наинизшего положения в НМТ к концу такта впуска. Затем поршень возвращается наверх в ВМТ к концу такта сжатия. Затем поршень опять перемещается вниз к НМТ на такте расширения, возвращаясь в свое исходное положение в ВМТ к концу такта выпуска.
Второй (сверху) график схемы 400 показывает примерный профиль впрыска топлива, который может быть использован для предотвращения дальнейшего разжижения масла в картере, если степень разжижения масла выше порогового значения, что может случиться в условиях холодного пуска двигателя.
Третий (сверху) график схемы 400 показывает профили 422 и 424 впрыска топлива, которые можно использовать в случае, если степень разжижения масла будет ниже порогового значения. В частности, профиль 422 впрыска топлива показывает установку момента впрыска топлива для условия работы на горячем двигателе, например, после прогрева двигателя до температуры выше пороговой. Профиль 424 впрыска топлива показывает установку момента впрыска топлива в условиях холодного пуска топлива. Степень разжижения масла может быть найдена по условиям работы двигателя, включающим в себя температуру двигателя, температуру окружающего воздуха, частоту вращения двигателя и нагрузку на двигатель, давление впрыска топлива, момент впрыска топлива, продолжительность работы двигателя, заданное воздушно-топливное отношение и воздушно-топливное отношение двигателя, что было рассмотрено со ссылкой на фиг. 3. Стрелками на втором и третьем графиках указаны моменты начала впрыска топлива для пробного (первого) впрыска топлива.
Как было рассмотрено выше со ссылкой на фиг. 4А, начало моментов впрыска топлива в условиях холодного пуска двигателя может быть установлено позднее начала моментов впрыска топлива при работе двигателя не в условиях холодного пуска (например, когда температура двигателя превышает пороговое значение). При этом момент НВТ холодного двигателя может быть установлен позднее для уменьшения выбросов твердых веществ. Тем не менее, когда в условиях холодного пуска степень разжижения масла превышает пороговое значение, поздние моменты НВТ могут быть отрегулированы в направлении опережения для ослабления разжижения двигателя. Пороговое разжижение можно определять по количеству холодных пусков без прогрева, оценке степени разжижения и оценке разжижения в процессе горячего цикла при отключении двигателя. Кроме того, установки момента НВТ могут определять по частоте вращения двигателя и нагрузке на двигатель. Например, по мере увеличения нагрузки на двигатель, величина запаздывания момента НВТ может увеличиваться, а по мере увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя величина запаздывания НВТ может уменьшаться.
Например, в условиях холодного пуска, когда степень разжижения масла превышает пороговое значение, контроллер может отрегулировать моменты впрыска топлива в направлении опережения так, чтобы начало впрыска могло происходить между 340 и 280 градусами до ВМТ (график 240). То есть установка момента впрыска топлива может быть отрегулирована таким образом, чтобы начало впрыска на такте впуска могло происходить раньше.
В некоторых примерах (как показывает график 420), могут выполнять несколько впрысков, причем часть топлива может быть впрыснута на такте впуска, а оставшаяся часть топлива может быть впрыснута (за один или несколько впрысков) на такте впуска позднее и/или на такте сжатия.
В некоторых примерах, могут выполнять одиночный впрыск топлива на такте впуска с началом впрыска между 340 и 280 градусами до ВМТ.
За счет ранней установки момента впрыска топлива и/или выполнения нескольких впрысков топлива, могут улучшиться испарение и распыление топлива. Следовательно, может улучшиться эффективность горения. При улучшенной эффективности горения может быть сожжено больше топлива, что снизит вероятность просачивания топлива через поршневые кольца и разжижения масла.
Когда степень разжижения масла меньше порогового значения, контроллер может отрегулировать момент впрыска топлива на поздний впрыск (график 430). То есть начало впрыска топлива может быть установлено с запаздыванием. Например, установка момента впрыска топлива может быть отрегулирована таким образом, чтобы начало впрыска топлива могло произойти между 300 и 250 градусами до ВМТ. Хотя показан всего один впрыск топлива, следует понимать, что могут выполнять несколько впрысков топлива. В некоторых примерах, когда в течение цикла сгорания выполняют несколько впрысков топлива, момент по меньшей мере одного впрыска может быть установлен на более позднее время цикла. За счет выполнения поздних впрысков топлива можно уменьшить выбросы твердых веществ и частиц.
Таким образом, в ответ на разжижение топлива может быть выполнена регулировка момента впрыска топлива. За счет раннего впрыска топлива при превышении разжижением масла порогового значения можно уменьшить избыточное разжижение масла. За счет позднего впрыска топлива, когда разжижение масла меньше порогового значения, можно уменьшить выбросы твердых веществ и частиц.
В одном примере способ управления двигателем может включать в себя: регулирование моментов множественных впрысков в цикле сгорания с опережением относительно ВМТ в ответ на превышение разжижением масла порогового значения; и регулирование моментов по меньшей мере одного впрыска в цикле сгорания с запаздыванием относительно ВМТ в ответ на то, что степень разжижения масла ниже порогового значения. Кроме того, степень разжижения масла могут рассчитывать по интегральной разности между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя, когда температура двигателя меньше пороговой температуры, причем степень разжижения масла возрастает, когда заданное воздушно-топливное отношение обогащено относительно воздушно-топливного отношения двигателя, и степень разжижения масла понижают, когда заданное воздушно-топливное отношение обеднено относительно воздушно-топливного отношения двигателя. Кроме того, регулирование момента впрыска топлива включает в себя регулирование момента начала впрыска топлива. В некоторых примерах степень разжижения масла может представлять собой усредненную по времени степень разжижения масла.
На фиг. 5 показана рабочая последовательность 500, представляющая собой пример определения степени разжижения масла по воздушно-топливному отношению двигателя и заданному воздушно-топливному отношению, а также регулирования момента впрыска топлива по степени разжижения масла. Показанная на фиг. 5 последовательность может быть обеспечена исполнением инструкций в показанной на фиг. 1 - фиг. 2 системе в соответствии с проиллюстрированным на фиг. 3 способом. Вертикальные метки t0-t6 на оси времени представляют собой контрольные точки последовательности.
Первый сверху график на фиг. 5 является графиком изменения по времени заданного воздушно-топливного отношения (λ_final). По оси Y отложено заданное воздушно-топливное отношение, причем это отношение обедняется в направлении, указанном стрелкой на оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо. Горизонтальной линией 512 показано стехиометрическое воздушно-топливное отношение.
Второй сверху график на фиг. 5 является графиком изменения по времени воздушно-топливного отношения (λ_UEGO) двигателя. По оси Y отложено воздушно-топливное отношение двигателя, причем это отношение обедняется в направлении, указанном стрелкой на оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо. Горизонтальной линией 512 показано стехиометрическое воздушно-топливное отношение.
Третий сверху график на фиг. 5 является графиком изменения по времени степени разжижения масла. По оси Y отложена степень разжижения масла, которая увеличивается в направлении, указанном стрелкой на оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо. Горизонтальной линией 534 показана пороговая степень разжижения масла.
Четвертый сверху график на фиг. 5 является графиком изменения по времени температуры двигателя. По оси Y отложена температура двигателя, увеличивающаяся в направлении, указанном стрелкой на оси Y. Горизонтальной линией 544 показана пороговая температура двигателя.
Пятый сверху график на фиг. 5 является графиком изменения по времени установки момента впрыска. По оси Y отложена установка момента впрыска, изменяющаяся в сторону запаздывания в направлении, указанном стрелкой на оси Y. Ранняя и поздняя установка момента впрыска топлива означает, что начало впрыска топлива в цикле сгорания происходит рано и поздно. Следует отметить, что термин «ранняя установка момента впрыска топлива» может использоваться для обозначения установки момента впрыска с опережением, а термин «поздняя установка момента впрыска топлива» может использоваться для обозначения установки момента впрыска с запаздыванием. Как уже было сказано, термины «ранняя» и «с опережением» в применении к установке момента впрыска могут использоваться взаимозаменяемо по всему тексту спецификации. Аналогичным образом, термины «поздняя» и «с запаздыванием» в применении к установке момента впрыска также могут использоваться взаимозаменяемо.
Таким образом, заданное воздушно-топливное отношение может быть определено по частоте вращения двигателя, по условиям нагрузки на двигатель и температуры двигателя; воздушно-топливное отношение двигателя может быть определено по показания датчика (например, универсального датчика УКОГ) содержания кислорода в отработавших газах; степень разжижения масла может быть найдена по заданному воздушно-топливному отношению и по воздушно-топливному отношению двигателя, а температура двигателя может быть найдена или по температуре хладагента двигателя, или по температуре блока цилиндров двигателя, или по тому и другому сразу.
До момента t1 времени двигатель может эксплуатироваться в режиме холодного пуска. Например, условия холодного пуска могут включать в себя одно или более из следующего: температура двигателя может быть ниже пороговой температуры (540), а температура каталитического нейтрализатора отработавших газов - ниже температуры активации. В одном примере условия холодного пуска двигателя могут быть подтверждены, когда двигатель был отключен дольше пороговой продолжительности отключения. Дополнительный параметр оценивания условия холодного пуска может включать в себя условия окружающей среды (такие как температура окружающего воздуха). Далее, до t1, для сохранения воздушно-топливного отношения двигателя стехиометрическим (520), контроллер может задать увеличение подачи топлива. То есть, заданное воздушно-топливное отношение (510) может быть богатым, что означает, что некоторый объем топлива может просочиться в картер двигателя через поршневые кольца. В результате может возрасти разжижение масла топливом. Другими словами, может повыситься степень разжижения масла. Степень разжижения масла можно определять по интегральной разностью между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением двигателя. Тем не менее, степень разжижения масла может быть меньше порогового значения. Поэтому, можно не выполнять действий по ослаблению разжижения масла (например, установки момента начала впрыска (НВТ) на опережение относительно базовой установки момента впрыска, когда разжижение масла меньше порогового значения), но можно выполнить действия по снижению выбросов в атмосферу (например, использовать базовую установку момента впрыска, которая запаздывает относительно момента НВТ когда двигатель работает при температурах выше пороговой температуры). То есть, топливо можно впрыскивать так, чтобы впрыск топлива начинался позднее, что позволит снизить выбросы твердых веществ. Например, момент начала впрыска топлива может быть выставлен на угол между 300 и 250 градусами до ВМТ поршня цилиндра, принимающего топливо.
В момент t1 и между t1 и t2 температура двигателя может оставаться ниже пороговой. Далее, контроллер может продолжать задавать увеличенную подачу топлива (510) для поддержания воздушно-топливного отношения (520) двигателя на стехиометрическом уровне, что означает, что топливо утекает в картер. Следовательно, может возрасти степень (530) разжижения масла. Однако повышенная степень (530) разжижения масла может быть меньше пороговой степени (534) разжижения масла. Следовательно, можно выставить НВТ позднее относительно установки НВТ, используемой в случае превышения температурой двигателя порогового значения. Например, когда температура двигателя ниже пороговой температуры, и степень разжижения масла ниже пороговой степени разжижения масла, момент начала впрыска топлива можно выставить на угол между 300 и 250 градусами до ВМТ.
Затем, в момент t2 и между t2 и t3 температура (540) двигателя может расти, но не достигать пороговой температуры (544). За счет поздних впрысков топлива (до t1 и от t1 до t2), масло может быть разжижено парами топлива, и двигатель может не работать в прогретом состоянии (то есть, температура двигателя может не находиться на уровне выше пороговой температуры (544)) столь продолжительно, сколько требуется для сжигания топлива. Следовательно, степень (530) разжижения масла может превышать пороговую степень (534) разжижения масла. Так как степень разжижения масла превышает пороговое значение, можно выполнить на двигателе действия по ослаблению разжижения масла. То есть, для уменьшения разжижения масла момент впрыска топлива можно отрегулировать так, чтобы впрыск топлива начинался раньше, чем когда разжижение масла меньше порогового значения. Например, когда температура двигателя ниже пороговой температуры, а степень разжижения масла выше пороговой степени разжижения масла, момент НВТ можно выставить на угол от 340 до 280 градусов до ВМТ поршня цилиндра, принимающего топливо.
В одном примере для ослабления излишнего разжижения масла могут выполнять дробные впрыски топлива. Например, при дробном впрыске топлива, пилотный впрыск топлива могут выполнять с установкой НВТ на угол от 340 до 280 градусов до ВМТ поршня цилиндра, принимающего топливо, а последующий впрыск топлива могут выполнять позднее на такте впуска и/или в самом начале такта сжатия.
Затем, в момент t3 и между t3 и t4, температура (540) двигателя может находиться на уровне пороговой температуры (544) или выше него. Контроллер может задать уменьшение подачи топлива относительно стехиометрического уровня (то есть, λ_final может быть бедным), однако, топливовоздушная смесь двигателя может находиться на стехиометрическом уровне за счет того, что двигатель получает топливную добавку от системы ПВК. Следовательно, степень разжижения масла может уменьшиться. Тем не менее, уменьшенная степень разжижения масла может быть выше пороговой степени разжижения. Поэтому, для дальнейшего уменьшения разжижения, импульс впрыска топлива может быть отрегулирован на ранний момент НВТ. Как указывалось выше, момент начала впрыска топлива может быть установлен на угол от 340 до 280 градусов до ВМТ поршня цилиндра, принимающего топливо. За счет установки раннего момента начала впрыска топлива, можно снизить разжижение масла.
Затем, в момент t4 и между t4 и t5, температура двигателя может оставаться выше пороговой температуры, и контроллер может задавать уменьшенную подачу топлива (то есть, λ_final беднее стехиометрического) за счет того, что из ПВК затягивается больше паров топлива, которые затем сжигаются. Следовательно, степень разжижения масла может снизиться, и пониженная степень (530) разжижения масла может быть меньшей порогового разжижения (534). При этом величина снижения может быть определена по температуре масла двигателя и расходу через клапан ПВК. Например, величина снижения может увеличиваться по мере увеличения температуры масла двигателя, а также по мере увеличения расхода через клапан ПВК.
Далее, двигатель уже может работать не в условиях холодного пуска (температура двигателя выше пороговой температуры (544)). Поэтому, установка момента впрыска топлива может быть отрегулирована так, чтобы начало впрыска топлива происходило раньше, чем в условиях холодного пуска. Например, установки времени впрысков топлива могут быть отрегулированы по частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя, как было рассмотрено со ссылкой на фиг. 4В. Тем не менее, следует отметить, что некоторый объем топлива может присутствовать в масле (то есть степень разжижения масла не будет нулевой), за счет того, что контроллер задает меньшую, чем для стехиометрического отношения подачу топлива, сохраняя воздушно-топливное отношение двигателя стехиометрическим.
Затем, в момент t5 и между t5 и t6, температура двигателя может оставаться превышающей пороговую температуру, а заданное воздушно-топливное отношение и воздушно-топливное отношение двигателя могут быть на стехиометрическом уровне, что означает, что никакого топлива не приходит от системы ПВК, и не уходит в нее. То есть, когда λ_final и λ_UEGO являются стехиометрическими, можно сделать вывод о том, что топливо большей частью удаляется из масла. Другими словами, степень разжижения масла близка к нулю. Поэтому, установку момента впрыска топлива можно отрегулировать на работу горячего двигателя (например, когда температура двигателя превышает пороговую температуру) по частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя, как было рассмотрено выше со ссылкой на фиг. 4А.
В одном примере, когда двигатель работает не в условиях холодного пуска (например, когда температура двигателя превышает пороговую температуру), если с момента события пуска двигателя был выполнен поздний впрыск топлива, контроллер может определить, превышает ли пороговое значение продолжительность работы двигателя в условиях прогретого двигателя с момента пуска двигателя. При положительном ответе излишек топлива в системе ПВК мог быть сожжен за счет работы двигателя в прогретом состоянии и, соответственно, степень разжижения масла может быть пониженной. Если же продолжительность работы двигателя в условиях прогретого двигателя не превышает пороговой продолжительности, могло не истечь время, достаточное для того, чтобы был сожжен излишек топлива, впрыснутого с момента пуска двигателя. Следовательно, степень разжижения масла может быть повышенной. Далее, в зависимости от того, выше или ниже порогового значения степень разжижения масла, можно выполнить регулировку момента впрыска топлива. Например, топливо можно впрыскивать раньше, если степень разжижения масла выше порогового значения, и топливо можно впрыскивать позже, если степень разжижения масла ниже порогового значения.
Таким образом, для определения степени разжижения масла в картере можно использовать заданное воздушно-топливное отношение и воздушно-топливное отношение двигателя. Кроме того, в зависимости от того, будет или не будет превышать пороговое значение найденная степень разжижения масла, можно отрегулировать момент впрыска топлива в направлении опережения или запаздывания. Устанавливая более ранний впрыск топлива, можно предотвратить чрезмерное разжижение масла, а устанавливая более поздний впрыск топлива, можно улучшить качество выбросов в атмосферу по содержанию твердых веществ и частиц.
В одном примере способ управления двигателем может включать в себя следующее: в течение существования первого условия, когда степень разжижения масла выше пороговой, установку более раннего момента впрыска топлива; а в течение существования второго условия, когда степень разжижения масла ниже пороговой, установку момента впрыска топлива позднее более раннего момента впрыска. Первое условие может также включать в себя обогащенное относительно стехиометрического заданное воздушно-топливное отношение. Кроме того, в течение существования первого условия температура двигателя меньше пороговой температуры двигателя. Кроме того, течение существования первого условия, могут выполнять множественные впрыски топлива. Второе условие может также включать в себя превышение заданным воздушно-топливным отношением порогового значения. Кроме того, в течение существования второго условия, температура двигателя может превышать пороговую температуру двигателя и, кроме того, в течение существования второго условия температура двигателя может превышать пороговую температуру двигателя дольше пороговой продолжительности.
В другом примере после того, как с момента холодного пуска двигатель раскрутится до оборотов холостого хода, можно измерить заданное воздушно-топливное отношение и воздушно-топливное отношение отработавших газов. Интегральная разность между заданным воздушно-топливным отношением и воздушно-топливным отношением отработавших газов может служить показателем степени разжижения масла, и контроллер двигателя может отрегулировать момент впрыска топлива для следующего пуска двигателя, только если текущий пуск двигателя не длится столь продолжительно, чтобы уменьшить разжижение масла за счет работы в течение достаточного времени при температуре двигателя выше пороговой. Если это так, то при следующем пуске, двигатель в течение своего пуска может произвести один или несколько впрысков с опережением по сравнению с альтернативной ситуацией, когда двигатель достаточно долго работал при температуре двигателя выше пороговой.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.