СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
FUEL INJECTION SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к техническому решению впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, оборудованного первым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива в цилиндр, вторым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива во входной канал и сажевым фильтром, установленным в выхлопном канале.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Согласно известному техническому решению, относящемуся к двигателю внутреннего сгорания, оборудованному первым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива в цилиндр и вторым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива во входной канал, пропорциональное количество топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива, увеличивается при достижении заданного диапазона высоких оборотов двигателя (см., например, патентный документ 1).
[0003] Согласно другому известному техническому решению, относящемуся к двигателю внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, оборудованному системой рециркуляции выхлопных газов (РВГ), количество рециркуляционных газов регулируется таким образом, чтобы снизить количество сажи, выбрасываемой двигателем внутреннего сгорания, в то время, когда идет процесс устранения серного отравления (отравления SOx) катализатора NOx, установленного в выхлопном канале (см., например, патентный документ 2).
ДОКУМЕНТЫ, ОПИСЫВАЮЩИЕ ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Патентные документы
[0004] Патентный документ 1: Выложенная заявка Японии №2006-138252
Патентный документ 1: Выложенная заявка Японии №2004-278356
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, решаемая настоящим изобретением
[0005] Задачей настоящего изобретения является создание системы впрыска топлива, подходящей для двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, оборудованного первым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива в цилиндр, вторым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива во входной канал и сажевым фильтром, установленным в выхлопном канале двигателя.
Средства решения поставленной задачи
[0006] Для решения вышеописанной задачи настоящим изобретением предусматривается система впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания, оборудованная первым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива в цилиндр, вторым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива во входной канал и сажевым фильтром, установленным в выхлопном канале, при этом соотношение впрыска через первый клапан впрыска топлива и второй клапан впрыска топлива регулируется таким образом, чтобы снизить количество твердых частиц, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания, при превышении порогового количества твердых частиц (ТЧ), задержанных сажевым фильтром.
[0007] В частности, система впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением включает в себя:
первый клапан впрыска топлива, предназначенный для впрыска топлива в цилиндр;
второй клапан впрыска топлива, предназначенный для впрыска топлива во входной канал;
сажевый фильтр, установленный в выхлопном канале и предназначенный для улавливания твердых частиц, содержащихся в выхлопных газах;
устройство управления, снижающее коэффициент впрыска в цилиндр, когда количество твердых частиц, задержанных сажевым фильтром, больше или равно пороговому значению, по сравнению с режимом, когда количество задержанных частиц ниже порогового значения, при этом под коэффициентом впрыска в цилиндр понимается отношение количества топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива, к общему количеству топлива, впрыскиваемому через первый клапан впрыска топлива и второй клапан впрыска топлива.
[0008] Вышеупомянутое «пороговое значение» может, например, быть равным количеству задержанных твердых частиц (ТЧ), при котором требуется очистка сажевого фильтра от твердых частиц (регенерация фильтра), или указанному количеству задержанных твердых частиц за вычетом определенной разницы.
[0009] Потеря давления выхлопных газов на сажевом фильтре увеличивается по мере накопления ТЧ в фильтре. Соответственно, противодавление, воздействующее на двигатель внутреннего сгорания, также повышается по мере накопления ТЧ в сажевом фильтре. Чрезмерное противодавление может привести к снижению мощности двигателя внутреннего сгорания и/или увеличению расхода топлива. Таким образом, необходимо очищать сажевый фильтр от накопившихся в нем ТЧ до того, как противодавление повысится до уровня, приводящего к снижению мощности двигателя внутреннего сгорания и/или увеличению расхода топлива.
[0010] Одним из способов очистки сажевого фильтра от накопившихся ТЧ является воздействие на фильтр высокотемпературной средой с избыточным содержанием кислорода при достижении заданного количества (порогового, значения) задержанных ТЧ, что приводит к окислению ТЧ. Для того чтобы создать высокотемпературную среду с избыточным содержанием кислорода в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, необходимо перевести двигатель в режим работы на обедненной топливовоздушной смеси или в режим экономии топлива для поднятия температуры выхлопных газов. Тем не менее возможны случаи, когда режим работы, не способный обеспечить регенерацию фильтра, сохраняется по причине тех или иных действий по управлению транспортным средством со стороны водителя. В этих случаях существует возможность, что на сажевом фильтре может накапливаться чрезмерное количество ТЧ, что приводит к таким проблемам, как снижение мощности двигателя внутреннего сгорания и/или увеличение расхода топлива.
[0011] В системе впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением коэффициент впрыска топлива в цилиндр понижается при достижении или превышении порогового значения ТЧ, задержанных сажевым фильтром, по сравнению с режимом, в котором количество задержанных частиц ниже порогового значения. Как правило, при высоком коэффициенте впрыска в цилиндр двигателем внутреннего сгорания выбрасывается больше ТЧ, чем при низком коэффициенте. Таким образом, если понизить коэффициент впрыска в цилиндр при превышении порогового значения ТЧ, задержанных сажевым фильтром, это приведет к уменьшению количества ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания. Таким образом, можно добиться уменьшения количества ТЧ, задержанных сажевым фильтром за единицу времени, или накопления ТЧ на фильтре за единицу времени (скорости накопления).
[0012] Таким образом, чрезмерное увеличение количества задержанных ТЧ можно предотвратить даже в случае, если не обеспечивающий регенерацию фильтра режим работы сохраняется после достижения порогового значения задержанных ТЧ. Следовательно, чрезмерное повышение противодавления можно предотвратить и по возможности не допустить снижения мощности двигателя внутреннего сгорания и увеличения расхода топлива.
[0013] В некоторых режимах работы двигателя внутреннего сгорания, оборудованного первым клапаном впрыска топлива и вторым клапаном впрыска топлива, возможны ситуации, когда топливо впрыскивается только через первый клапан впрыска топлива. Если количество задержанных ТЧ больше или равно порогового значения, устройство управления может уменьшить количество топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива, и начать впрыск топлива через второй клапан впрыска топлива в количестве, на которое был уменьшен впрыск топлива через первый клапан впрыска топлива.
[0014] В системе впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением устройство управления может устанавливать нулевой коэффициент впрыска в цилиндр в случаях, когда количество ТЧ, задержанных сажевым фильтром, достигает верхнего предельного значения, превышающего вышеупомянутое пороговое значение. Иными словами, при достижении или превышении верхнего предельного значения по количеству задержанных ТЧ устройство управления может перекрыть первый клапан впрыска топлива и осуществлять впрыск топлива только через второй клапан впрыска топлива.
[0015] Вышеупомянутое «верхнее предельное значение» равно количеству задержанных ТЧ, при котором происходит чрезмерное повышение температуры сажевого фильтра в процессе регенерации фильтра (это значение здесь и далее именуется «предельным значением, приводящим к перегреву») за вычетом определенной разницы.
[0016] После достижения порогового значения ТЧ, задержанных сажевым фильтром, количество задержанных ТЧ за единицу времени уменьшается по мере снижения коэффициента впрыска в цилиндр. Тем не менее, если режим работы, не способный обеспечить регенерацию фильтра, сохраняется в течение длительного времени после того, как количество задержанных ТЧ достигнет порогового значения, существует вероятность того, что количество задержанных ТЧ может достичь предельного значения, приводящего к перегреву, или превысить его.
[0017] В случае снижения коэффициента впрыска в цилиндр до нуля при достижении верхнего предельного значения по количеству задержанных ТЧ происходит дальнейшее уменьшение количества ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания. В результате накопление на сажевом фильтре предельного количества ТЧ, приводящего к перегреву, представляется маловероятным. Таким образом, повышается вероятность того, что регенерация фильтра произойдет до того, как количество ТЧ, задержанных сажевым фильтром, достигнет предельного значения, приводящего к перегреву.
[0018] Система впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением может быть дополнительно оснащена устройством определения детонации, предназначенным для определения детонации в двигателе внутреннего сгорания, а также устройством задержки зажигания, обеспечивающим задержку зажигания при обнаружении детонации с помощью устройства определения детонации. В этом случае, если задержка зажигания, выполненная устройством задержки зажигания, превышает заданную величину, устройство управления устанавливает коэффициент впрыска в цилиндр выше нуля.
[0019] Если количество ТЧ, задержанных фильтром, больше или равно верхнему предельному значению, существует вероятность увеличения количества отработанных газов, остающихся в цилиндре. Увеличение количества отработанных газов в цилиндре приводит к повышению температуры в цилиндре (здесь и далее именуемой «внутренней температурой цилиндра»). Кроме того, при понижении коэффициента впрыска в цилиндр до нуля нельзя рассчитывать на падение внутренней температуры цилиндра за счет скрытой теплоты испарения топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива. Таким образом, в случае понижения коэффициента впрыска в цилиндр до нуля при достижении или превышении верхнего предельного значения по количеству задержанных ТЧ возникает риск детонации.
[0020] В двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием для контроля детонации, обнаруженной с помощью устройства определения детонации, используется задержка зажигания. Тем не менее при достижении или превышении верхнего предельного значения по количеству задержанных ТЧ и нулевом коэффициенте впрыска в цилиндр возникает высокая вероятность детонации, а задержка зажигания может оказаться чрезмерной. Слишком большая задержка зажигания может привести к перебоям зажигания и/или снижению устойчивости процесса горения.
[0021] Повышение коэффициента впрыска в цилиндр до значения выше нуля при превышении заданной величины задержки зажигания (которая может быть равна, например, задержке зажигания, при которой могут возникнуть перебои зажигания или может ухудшиться устойчивость процесса горения, за вычетом определенной разницы) приводит к снижению внутренней температуры цилиндра за счет скрытой теплоты испарения топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива. Соответственно, это позволяет контролировать детонацию. При использовании данного способа коэффициент впрыска в цилиндр может повышаться до значения, соответствующего нормальным условиям (в которых количество задержанных ТЧ ниже порогового значения), или до значения, при котором через первый клапан впрыска топлива впрыскивается минимальное количество топлива, достаточное для предотвращения детонации (здесь и далее именуемое «количеством, необходимым для предотвращения детонации»).
[0022] Когда двигатель внутреннего сгорания работает в диапазоне режимов, в котором топливо впрыскивается только через второй клапан впрыска топлива, устройство управления может дать команду на впрыск топлива через первый клапан впрыска топлива в количестве, необходимом для предотвращения детонации, одновременно уменьшив объем топлива, впрыскиваемого через второй клапан впрыска топлива, на количество, необходимое для предотвращения детонации.
[0023] В вышеописанной системе впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания процесс понижения коэффициента впрыска топлива в цилиндр (включая установку нулевого коэффициента впрыска в цилиндр) может продолжаться до завершения регенерации фильтра, предпочтительно - до тех пор, пока количество ТЧ, задержанных сажевым фильтром, не станет меньше нормативного значения, установленного ниже вышеупомянутого порогового значения. Иными словами, устройство управления может прекратить процесс понижения коэффициента впрыска в цилиндр в тот момент, когда количество ТЧ, задержанных сажевым фильтром, станет меньше нормативного значения, которое меньше вышеупомянутого порогового значения.
[0024] Количество ТЧ, задержанных сажевым фильтром, коррелирует с перепадом давления выхлопных газов до и после сажевого фильтра (здесь и далее именуемым «перепадом давления до и после фильтра»), давлением выхлопных газов перед сажевым фильтром (здесь и далее именуемым «давлением выхлопных газов перед фильтром») или количеством ТЧ на выходе сажевого фильтра (здесь и далее именуемым «выходным количеством ТЧ»).
[0025] Таким образом, устройство управления может использовать перепад давления до и после фильтра, давление выхлопных газов перед фильтром или выходное количество ТЧ в качестве параметра, отражающего количество задержанных ТЧ. Иными словами, перепад давления до и после фильтра, давление выхлопных газов перед фильтром или выходное количество ТЧ может использоваться устройством управления в качестве параметра, сравниваемого с вышеупомянутым пороговым значением, верхним предельным значением или критерием. Устройство управления также может использовать количество задержанных ТЧ (расчетное значение), рассчитанное на основе режима работы двигателя внутреннего сгорания (т.е. рассчитанное при помощи интегрального показателя количества впрыскиваемого топлива или всасываемого воздуха), в качестве параметра, отражающего количество задержанных ТЧ.
Осуществление изобретения
[0026] В соответствии с настоящим изобретением в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, оборудованным первым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива в цилиндр, вторым клапаном впрыска топлива для впрыска топлива во входной канал и сажевым фильтром, установленным в выхлопном канале, впрыск топлива может осуществляться в режиме, соответствующем состоянию сажевого фильтра.
Краткое описание чертежей
[0027] Фиг. 1: представляет схему базовой конструкции двигателя внутреннего сгорания, к которому относится настоящее изобретение.
Фиг. 2: представлен график, отражающий взаимосвязь между коэффициентом впрыска в цилиндр и количеством выбрасываемых ТЧ.
Фиг. 3: представлена блок-схема выполнения процесса определения коэффициента впрыска в одном из вариантов осуществления изобретения.
Наилучший вариант осуществления изобретения
[0028] Далее будет описан конкретный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи. Размеры, материалы, формы, взаимное расположение и прочие особенности компонентов, относящиеся к данному варианту осуществления изобретения, не ограничивают объем настоящего изобретения, если иное не указано в явном виде.
[0029] На Фиг. 1 представлена схема базовой конструкции двигателя внутреннего сгорания, к которому относится настоящее изобретение. Двигатель внутреннего сгорания 1, показанный на Фиг. 1, представляет собой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (бензиновый двигатель) с искровым зажиганием, имеющий несколько цилиндров. На Фиг. 1 показан только один из нескольких цилиндров.
[0030] В каждом из цилиндров 2 двигателя внутреннего сгорания 1 установлен подвижный поршень 3. Поршень 3 соединен с выходным валом (коленчатым валом), не показанным на чертежах, через шатун 4. Каждый из цилиндров 2 снабжен первым клапаном впрыска топлива 5, предназначенным для впрыска топлива в цилиндр, и свечой зажигания 6, предназначенной для зажигания топливовоздушной смеси в цилиндре.
[0031] Внутренняя полость цилиндра 2 сообщается с входным патрубком 7 и выхлопным патрубком 8. Открытый конец входного патрубка 7, обращенный к внутренней полости цилиндра 2, открывается/закрывается с помощью впускного клапана 9. Открытый конец выхлопного патрубка 8, обращенный к внутренней полости цилиндра 2, открывается/закрывается с помощью выпускного клапана 10. Открывание и закрывание впускного клапана 9 и выпускного клапана 10 обеспечивается соответственно кулачками впускных и выпускных клапанов, не показанными на чертежах.
[0032] Входной патрубок 7 сообщается с входным каналом 70. Во входном канале 70 предусмотрена дроссельная заслонка 71. Расходомер воздуха 72 установлен во входном канале 70 перед дроссельной заслонкой 71. Второй клапан впрыска топлива 11, предназначенный для впрыска топлива во входной патрубок 7, установлен во входном канале 70 после дроссельной заслонки 71.
[0033] Выхлопной патрубок 8 сообщается с выхлопным каналом 80. В выхлопном канале 80 установлен сажевый фильтр 81, предназначенный для улавливания твердых частиц (ТЧ), содержащихся в выхлопных газах. Сажевый фильтр 81 может представлять собой, например, фильтр на основе пористого материала, работающий по принципу пристеночного течения. Устройство для очистки, содержащее катализатор для очистки выхлопных газов (например, трехкомпонентный катализатор, катализатор для улавливания и восстановления NOx или катализатор для селективного восстановления NOx), может быть установлен в выхлопном канале 80 перед сажевым фильтром 81 или после него.
[0034] Двигатель внутреннего сгорания 1 вышеописанной конструкции снабжен блоком ЭБУ 20, представляющим собой электронный блок управления, в состав которого входит центральный процессор, постоянное запоминающее устройство, оперативная память, резервная оперативная память и т.п. Блок ЭБУ 20 настроен на прием входных измерительных сигналов от различных датчиков, включая датчик детонации 12, датчик положения коленчатого вала 21, датчик положения педали акселератора 22, датчик перепада давления 82, а также вышеупомянутый расходомер воздуха 72.
[0035] Расходомер воздуха 72 выдает электрический сигнал, соответствующий количеству (или массе) всасываемого воздуха, проходящего через входной канал 70. Датчик детонации 12, установленный на блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания 1, выдает электрический сигнал, соответствующий величине вибрации блока цилиндров. Датчик детонации 12 выполняет функции устройства определения детонации в соответствии с настоящим изобретением. Датчик положения коленчатого вала 21 выдает сигнал, соответствующий угловому положению коленчатого вала. Датчик положения педали акселератора 22 выдает электрический сигнал, соответствующий степени нажатия педали акселератора, не показанной на чертежах (или степени открытия акселератора). Датчик перепада давления 82 выдает электрический сигнал, соответствующий разности давления выхлопных газов до и после сажевого фильтра 81 (перепаду давления до и после фильтра).
[0036] Блок ЭБУ 20 электрически соединен с различными устройствами, включая первый клапан впрыска топлива 5, свечу зажигания 6, второй клапан впрыска топлива 11 и дроссельную заслонку 71, и управляет этими устройствами на основе сигналов, выдаваемых вышеупомянутыми датчиками. Например, блок ЭБУ 20 контролирует коэффициент впрыска, под которым понимается отношение количества топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива 5, по отношению к количеству топлива, впрыскиваемого через второй клапан впрыска топлива 11, в соответствии с режимом работы двигателя внутреннего сгорания 1, определенным с помощью сигналов, полученных от датчика положения коленчатого вала 21, датчика положения педали акселератора 22 и расходомера воздуха 72. Ниже описан способ управления коэффициентом впрыска топлива, используемый в данном варианте осуществления изобретения.
[0037] В первую очередь блок ЭБУ 20 рассчитывает базовый коэффициент впрыска топлива, используя показатели работы двигателя внутреннего сгорания 1 (число оборотов, степень открытия акселератора, количество всасываемого воздуха и т.п.) в качестве параметров. Этот «базовый коэффициент впрыска топлива» включает в себя базовое значение отношения (коэффициент впрыска в цилиндр) количества топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива 5, к общему количеству впрыскиваемого топлива (т.е. суммарному количеству топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива 5 и второй клапан впрыска топлива 11), а также базовое значение отношения (коэффициент впрыска в канал) количества топлива, впрыскиваемого через второй клапан впрыска топлива 11, к общему количеству впрыскиваемого топлива.
[0038] Взаимосвязь между режимом работы двигателя внутреннего сгорания 1 и базовым коэффициентом впрыска топлива может быть определена заранее путем настройки (например, по результатам экспериментов) и сохранена в виде графика характеристик или функционального выражения в постоянном запоминающем устройстве блока ЭБУ 20.
[0039] Затем блок ЭБУ 20 определяет, является ли количество ТЧ, задержанных сажевым фильтром 81 (количество задержанных ТЧ), равным или большим, чем пороговое значение. Количество задержанных ТЧ может быть приблизительно рассчитано на основе данных о предыдущей эксплуатации двигателя внутреннего сгорания 1 (например, таких параметров, как интегральный показатель количества впрыскиваемого топлива и/или всасываемого воздуха). Поскольку количество задержанных ТЧ коррелирует с перепадом давления до и после сажевого фильтра 81, в качестве значения, отражающего количество задержанных ТЧ, может использоваться сигнал от датчика перепада давления 82. Кроме того, поскольку количество задержанных ТЧ также коррелирует с количеством ТЧ на выходе сажевого фильтра 81 (выходным количеством ТЧ), в качестве значения, отражающего количество задержанных ТЧ, может использоваться сигнал от датчика ТЧ (не показан), установленного в выхлопном канале 80 после сажевого фильтра 81. Более того, поскольку количество задержанных ТЧ также коррелирует с давлением выхлопных газов перед сажевым фильтром 81, в качестве значения, отражающего количество задержанных ТЧ, может использоваться сигнал от датчика давления (не показан), установленного в выхлопном канале 80 перед сажевым фильтром 81. В описываемом варианте осуществления изобретения в качестве значения, отражающего количество задержанных ТЧ, используется сигнал от датчика перепада давления 82.
[0040] Вышеупомянутое «пороговое значение» может, например, быть равным количеству задержанных ТЧ, при котором требуется очистка сажевого фильтра 81 от твердых частиц путем окисления (регенерация фильтра), или указанному количеству задержанных ТЧ за вычетом определенной разницы.
[0041] Когда количество задержанных ТЧ ниже порогового значения, блок ЭБУ 20 рассчитывает количество впрыскиваемого топлива (или продолжительность впрыска) отдельно для первого клапана впрыска топлива 5 и для второго клапана впрыска топлива 11 в соответствии с вышеупомянутым базовым коэффициентом впрыска топлива. Например, блок ЭБУ 20 рассчитывает количество впрыскиваемого топлива для первого клапана впрыска топлива 5 путем умножения общего количества впрыскиваемого топлива, определенного в соответствии с режимом работы двигателя внутреннего сгорания 1, на базовое значение коэффициента впрыска в цилиндр. Блок ЭБУ 20 также рассчитывает количество впрыскиваемого топлива для второго клапана впрыска топлива 11 путем умножения общего количества впрыскиваемого топлива на базовое значение коэффициента впрыска в канал.
[0042] С другой стороны, если количество задержанных ТЧ равно или больше порогового значения, блок ЭБУ 20 корректирует вышеупомянутый базовый коэффициент впрыска топлива таким образом, чтобы снизить коэффициент впрыска в цилиндр. Например, блок ЭБУ 20 умножает базовое значение коэффициента впрыска в цилиндр на поправочный коэффициент (здесь и далее именуемый «первым поправочным коэффициентом»), который равен или меньше 1, а также умножает базовое значение коэффициента впрыска в канал на поправочный коэффициент (здесь и далее именуемый «вторым поправочным коэффициентом»), который равен или больше 1. Первый поправочный коэффициент и второй поправочный коэффициент должны быть определены таким образом, чтобы общее количество впрыскиваемого топлива после коррекции было равно общему количеству впрыскиваемого топлива до коррекции. Первый поправочный коэффициент и второй поправочный коэффициент могут представлять собой фиксированные значения либо переменные значения, увеличивающиеся или уменьшающиеся в соответствии с количеством задержанных ТЧ. В случае когда первый поправочный коэффициент и второй поправочный коэффициент представляют собой переменные значения, первый поправочный коэффициент понижается, а второй повышается при увеличении количества задержанных ТЧ.
[0043] За счет вышеописанной корректировки коэффициента впрыска в цилиндр и коэффициента впрыска в канал количество ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания 1, снижается, если в фильтре количество задержанных ТЧ больше или равно пороговому значению. Как правило, при низком коэффициенте впрыска в цилиндр двигателем внутреннего сгорания 1 выбрасывается меньше ТЧ, чем при высоком коэффициенте (т.е. объем выброса ТЧ оказывается ниже), как показано на Фиг. 2. Таким образом, если коэффициент впрыска в цилиндр уменьшается, а коэффициент впрыска в канал увеличивается, если пороговое количество ТЧ, задержанных сажевым фильтром, равно или больше порогового значения, это приведет к уменьшению количества ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания.
[0044] Снижение количества ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания 1, приводит к уменьшению количества ТЧ, задержанных сажевым фильтром 81 за единицу времени. Иными словами, по мере снижения количества ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания 1, накопление ТЧ на фильтре за единицу времени (т.е. скорость накопления ТЧ на фильтре) уменьшается.
[0045] Для регенерации сажевого фильтра 81 его необходимо подвергнуть воздействию высокотемпературной атмосферы с избыточным содержанием кислорода. Таким образом, режимы работы, при которых возможна регенерация фильтра, ограничиваются диапазоном, в котором двигатель внутреннего сгорания 1 работает на обедненной топливовоздушной смеси или в режиме экономии топлива. Таким образом, считается, что возможны случаи, когда режим работы, не способный обеспечить регенерацию фильтра, сохраняется после достижения порогового количества задержанных ТЧ. В этих случаях существует вероятность накопления на сажевом фильтре 81 чрезмерного количества ТЧ, что может привести к чрезмерному повышению противодавления, воздействующего на двигатель внутреннего сгорания 1. Воздействие повышенного противодавления на двигатель внутреннего сгорания 1 может вызвать снижение мощности двигателя по причине ухудшения эффективности воздухозаборника и/или эффективности выхлопной системы и привести к таким проблемам, как увеличение расхода топлива, необходимое для предотвращения снижения мощности двигателя.
[0046] Если количество ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания 1 снижается, когда количество задержанных ТЧ больше или равно пороговому значению, то можно предотвратить чрезмерное накопление ТЧ на фильтре даже в том случае, если сохраняется режим работы, не способный обеспечить регенерацию фильтра. Таким образом, можно минимизировать снижение мощности двигателя и увеличение расхода топлива.
[0047] Даже в том случае, когда определение снижения коэффициента впрыска в цилиндр выполняется вышеописанным способом, существует вероятность того, что количество задержанных ТЧ достигнет или превысит предельное количестве, приводящее к перегреву, если не обеспечивающий регенерацию фильтра режим работы будет сохраняться в течение длительного времени. Под «предельным количеством, приводящим к перегреву», которое упоминалось выше, понимается количество задержанных ТЧ, при котором происходит чрезмерное повышение температуры сажевого фильтра 81 в процессе регенерации фильтра. Предельное количество, приводящее к перегреву, превышает вышеупомянутое пороговое значение.
[0048] С учетом вышесказанного блок ЭБУ 20 выполнен с возможностью коррекции базового коэффициента впрыска таким образом, чтобы коэффициент впрыска в цилиндр устанавливался равным нулю при достижении верхнего предельного значения по количеству ТЧ, задержанных сажевым фильтром 81. Под упомянутым выше «верхним предельным значением» понимается количество задержанных ТЧ, равное предельному количеству, приводящему к перегреву, за вычетом определенной разницы. Верхнее предельное значение превышает вышеупомянутое пороговое значение.
[0049] При установке нулевого коэффициента впрыска в цилиндр количество топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива 5, становится равным нулю (а именно, впрыск топлива через первый клапан впрыска топлива 5 приостанавливается), а количество топлива, впрыскиваемого через второй клапан впрыска топлива 11, становится равным общему количеству впрыскиваемого топлива. В результате происходит дальнейшее снижение количества ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания 1. Следовательно, даже если режим работы, не обеспечивающий регенерацию фильтра, сохраняется в течение длительного времени после достижения порогового значения задержанных ТЧ, накопление предельного количества ТЧ, приводящего к перегреву, представляется маловероятным. Иными словами, появляется возможность увеличить время, за которое накапливается предельное количество ТЧ, приводящее к перегреву, после достижения порогового значения задержанных ТЧ. За счет увеличения времени, необходимого для накопления предельного количества ТЧ, приводящего к перегреву, после достижения порогового значения задержанных ТЧ, можно повысить вероятность успешной регенерации фильтра до того, как количество задержанных ТЧ достигнет предельного количества, приводящего к перегреву.
[0050] В случае превышения вышеупомянутого верхнего предельного значения по количеству задержанных ТЧ эффективность выхлопа двигателя внутреннего сгорания 1 снижается, приводя к увеличению количества отработанных газов, остающихся в цилиндре 2. Поскольку температура отработанных газов выше температуры всасываемого воздуха, внутренняя температура цилиндра повышается при увеличении количества отработанных газов, остающихся в цилиндре 2. При нулевом коэффициенте впрыска в цилиндр нельзя рассчитывать на падение внутренней температуры цилиндра за счет скрытой теплоты испарения топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива 5. Таким образом, если коэффициент впрыска в цилиндр устанавливается равным нулю при достижении или превышении верхнего предельного значения по количеству задержанных ТЧ, возникает риск детонации.
[0051] В качестве контрмеры, если датчик детонации 12 обнаруживает детонацию (а именно, если величина вибрации, измеренная датчиком детонации 12, превышает критерий детонации), блок ЭБУ 20 задерживает момент срабатывания (момент зажигания) свечи зажигания 6. Тем не менее, когда количество задержанных ТЧ больше или равно верхнему предельному значению и коэффициент впрыска в цилиндр равен нулю, возникает высокая вероятность появления детонации и вероятность того, что задержка зажигания может стать чрезмерно большой. Слишком большая задержка зажигания может привести к перебоям зажигания и/или ухудшению устойчивости процесса горения.
[0052] В связи с этим, если задержка зажигания превышает заданную величину, и при этом количество задержанных ТЧ равно или больше верхнего предельного значения, и коэффициент впрыска в цилиндр установлен равным нулю, блок ЭБУ 20 повышает коэффициент впрыска в цилиндр до значения выше нуля. Иными словами, если задержка зажигания превышает заданную величину при количестве задержанных ТЧ фильтром, равном или больше верхнего предельного значения, и нулевом коэффициенте впрыска в цилиндр, блок ЭБУ 20 дает команду на впрыск топлива через первый клапан впрыска топлива 5. Вышеупомянутая «заданная величина» может, например, быть равной задержке зажигания, приводящей к перебоям зажигания или ухудшению устойчивости процесса горения, за вычетом определенной разницы.
[0053] Одним из способов повышения коэффициента впрыска топлива до значения выше нуля может быть возврат к базовому коэффициенту впрыска до коррекции. Однако, когда двигатель внутреннего сгорания 1 работает в диапазоне режимов, в котором топливо впрыскивается только через второй клапан впрыска топлива 11, блок ЭБУ 20 может дать команду на впрыск топлива через первый клапан впрыска топлива 5 в количестве, необходимом для предотвращения детонации, одновременно уменьшив объем топлива, впрыскиваемого через второй клапан впрыска топлива 11, на количество, необходимое для предотвращения детонации.
[0054] Если коэффициент впрыска в цилиндр увеличивается до значения выше нуля, когда превышение заданной величины задержки зажигания, то внутренняя температура цилиндра понижается за счет скрытой теплоты испарения топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива 5. Соответственно, появляется возможность предотвратить детонацию, а также перебои зажигания и ухудшение устойчивости процесса горения, возникающие при чрезмерной задержке зажигания.
[0055] Вышеописанный способ управления коэффициентом впрыска топлива позволяет осуществлять впрыск топлива в режиме, соответствующем состоянию конкретного сажевого фильтра 81 (т.е. количеству задержанных ТЧ), что позволяет предотвратить перебои зажигания и ухудшение устойчивости процесса горения в двигателе внутреннего сгорания 1.
[0056] Далее будет описан процесс управления коэффициентом впрыска топлива, используемый в данном варианте осуществления изобретения, со ссылкой на Фиг. 3. На Фиг. 3 представлена блок-схема процесса, выполняемого блоком ЭБУ 20 для определения коэффициента впрыска топлива. Этот процесс заранее сохраняется в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) блока ЭБУ 20 и периодически исполняется блоком ЭБУ 20.
[0057] Процесс, показанный на Фиг. 3, начинается с шага S101, на котором блок ЭБУ 20 считывает выходной сигнал датчика перепада давления 82 (перепада давления до и после фильтра) ΔPfil. Затем блок ЭБУ 20 переходит к шагу S102, на котором он определяет, является ли перепад давления до и после фильтра ΔPfil равным или большим, чем пороговое значение ΔPthre. Если определение, выполненное на предыдущем шаге S102, дает положительный результат (ΔPfil≥ΔPthre), блок ЭБУ 20 переходит к шагу S103.
[0058] На шаге S103 блок ЭБУ 20 определяет, является ли перепад давления до и после фильтра ΔPfil равным или меньшим, чем верхнее предельное значение ΔPlimit. Если определение, выполненное на предыдущем шаге S103, дает положительный результат (ΔPfil≤ΔPlimit), блок ЭБУ 20 переходит к шагу S104.
[0059] На шаге S104 блок ЭБУ 20 корректирует базовый коэффициент впрыска топлива таким образом, чтобы понизить коэффициент впрыска в цилиндр и повысить коэффициент впрыска в канал. Это приводит к снижению количества ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания, и соответственно замедляется увеличение количества задержанных ТЧ на фильтре за единицу времени. Следовательно, появляется возможность предотвратить чрезмерное увеличение количества задержанных ТЧ даже в случае, если не обеспечивающий регенерацию фильтра режим работы сохраняется после того, как количество задержанных ТЧ (перепад давления до и после фильтра ΔPfil) достигает порогового значения (ΔPthre). После выполнения вышеописанного шага S104 блок ЭБУ 20 завершает этот процесс.
[0060] Если определение, выполненное на предыдущем шаге S103, дает отрицательный результат (ΔPfil≥ΔPlimit), блок ЭБУ 20 переходит к шагу S105. На шаге S105 блок ЭБУ 20 корректирует базовый коэффициент впрыска таким образом, чтобы установить нулевой коэффициент впрыска в цилиндр. Иными словами, блок ЭБУ 20 корректирует базовый коэффициент впрыска, в результате чего коэффициент впрыска в канал становится равным 100%. Это приводит к дальнейшему снижению количества ТЧ, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания 1. Таким образом, накопление предельного количества ТЧ, приводящего к перегреву, представляется маловероятным даже если не обеспечивающий регенерацию фильтра режим работы сохраняется после того, как количество задержанных ТЧ (перепад давления до и после фильтра ΔPfil) становится равным или больше верхнего предельного значения (ΔPlimit).
[0061] После выполнения вышеописанного процесса на шаге S105 блок ЭБУ 20 переходит к шагу S106, на котором он определяет, является ли задержка зажигания ΔSAkcs, обусловленная необходимостью предотвращения детонации (задержка зажигания в связи с детонацией), меньше, чем заранее заданная величина ΔSAlimit. Если определение, выполненное на предыдущем шаге S106, является положительным (ΔSAkcs<ΔSAlimit), блок ЭБУ 20 завершает этот процесс. В противном случае, если определение, выполненное на предыдущем шаге S106, является отрицательным (ΔSAkcs≥ΔSAlimit), блок ЭБУ 20 переходит к шагу S107.
[0062] На шаге S107 блок ЭБУ 20 повышает коэффициент впрыска в цилиндр до значения выше нуля и понижает коэффициент впрыска в канал на величину, равную увеличению коэффициента впрыска в цилиндр. Это приводит к снижению внутренней температуры цилиндра за счет скрытой теплоты испарения топлива, впрыскиваемого через первый клапан впрыска топлива 5. Следовательно, появляется возможность предотвратить детонацию, сохраняя при этом задержку зажигания в связи с детонацией ΔSAkcs на уровне менее заданной величины ΔSAlimit. После выполнения шага S107 блок ЭБУ 20 завершает этот процесс.
[0063] Если определение, выполненное на предыдущем шаге S102, является отрицательным (ΔPfil<ΔPthre), блок ЭБУ 20 переходит к шагу S108. На шаге S108 блок ЭБУ 20 определяет, является ли перепад давления до и после фильтра ΔPfil меньшим, чем критерий ΔP1. Иными словами, блок ЭБУ 20 определяет, уменьшилось ли количество задержанных ТЧ в результате регенерации фильтра. Под упомянутым выше «критерием ΔР1» понимается количество задержанных ТЧ, существенно меньшее, чем вышеупомянутое пороговое значение ΔPthre.
[0064] Если определение, выполненное на предыдущем шаге S108, дает отрицательный результат (ΔPfil≥ΔP1), блок ЭБУ 20 завершает этот процесс. С другой стороны, если определение, выполненное на предыдущем шаге S108, дает положительный результат (ΔPfil<ΔP1), блок ЭБУ 20 переходит к шагу S109, на котором он возвращает коэффициент впрыска в цилиндр и коэффициент впрыска в канал к соответствующим базовым значениям коэффициента впрыска. После выполнения шага S109 блок ЭБУ 20 завершает этот процесс.
[0065] Как описано выше, устройство управления в соответствии с настоящим изобретением реализовано путем выполнения процесса, представленного на Фиг. 3, который выполняется блоком ЭБУ 20. В результате можно выполнять впрыск топлива в режиме, соответствующем состоянию сажевого фильтра 81 (или количеству задержанных ТЧ), а также режиму работы (задержке зажигания в связи с детонацией) двигателя внутреннего сгорания 1. Это дает возможность контролировать накопление ТЧ на фильтре, одновременно предотвращая чрезмерное увеличение задержки зажигания в связи с детонацией.
[0066] Несмотря на то, что в описанном варианте осуществления настоящего изобретения в качестве средства определения детонации используется датчик детонации 12, определение детонации может быть реализовано и другими способами. Например, блок ЭБУ 20 может определять ненормальное горение (детонацию) на основе колебательного сигнала давления сгорания, полученного от датчика давления в цилиндре. В качестве альтернативы, блок ЭБУ 20 может определять ненормальное горение (детонацию) на основе ионного тока, измеренного устройством измерения ионного тока, установленным на свече зажигания 6.
Описание номеров позиций и символов
1: двигатель внутреннего сгорания
2: цилиндр
3: поршень
4: шатун
5: первый клапан впрыска топлива
6: свеча зажигания
7: входной патрубок
8: выхлопной патрубок
9: впускной клапан
10: выпускной клапан
11: второй клапан впрыска топлива
12: датчик детонации
20: блок ЭБУ (электронный блок управления)
21: датчик положения коленчатого вала
22: датчик положения акселератора
70: входной канал
71: дроссельная заслонка
72: расходомер воздуха
80: выхлопной канал
81: сажевый фильтр
82: датчик перепада давления