СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к системам и способам поддержания смеси выхлопных газов около стехиометрии при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели могут быть выполнены с топливными форсунками непосредственного впрыска, которые впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр сгорания (непосредственный впрыск), и/или топливными форсунками впрыска во впускной канал, которые впрыскивают топливо во впускное отверстие (впрыск топлива во впускной канал). Топливные форсунки могут работать в диапазоне длительностей импульса с количеством топлива, впрыскиваемого в цилиндры, уменьшающимся с уменьшением длительности импульса. Кроме того, топливные форсунки могут иметь пороговую (например, нижнюю пороговую) импульса, на которой длительность импульса и количество впрыскиваемого топлива дальше могут не уменьшаться. В определенных условиях работы, когда поток воздуха двигателя является более низким, и/или давление в топливной системе является более высоким, работа топливных форсунок на пороговой длительности импульса может давать в результате богатое воздушно-топливное соотношение выхлопных газов. Богатое воздушно-топливное соотношение выхлопных газов может приводить к пониженной эффективности последующей очистки выхлопных газов и повышенному выделению продуктов сгорания с выхлопными газами.
Один из примерных подходов для принятия мер в ответ на работу топливной форсунки на пороговой длительности импульса показан Кулленом и другими в US 6,273,060 (опубл. 14.08.2001, МПК F02D41/00, F02D41/12). Здесь, поток воздуха двигателя регулируется для поддержания воздушно-топливного соотношения выхлопных газов на стехиометрии, когда достигаются пределы работы топливной форсунки. Эти пределы включают в себя работу с топливными форсунками на минимальной, или пороговой, длительности импульса. Когда топливные форсунки не работают на пороговой длительности форсунки, поток воздуха двигателя может регулироваться, чтобы обеспечивать требуемый крутящий момент двигателя.
Однако, авторы в материалах настоящего описания выявили потенциальные проблемы у таких способов. Например, наряду с тем, что регулировка потока воздуха для поддержания стехиометрии при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса может снижать выделение продуктов сгорания с выхлопными газами, выходной крутящий момент двигателя может не поддерживаться на запрошенном уровне. В некоторых примерах, увеличение потока воздуха двигателя для поддержания стехиометрии может включать в себя увеличение потока воздуха до более высокого уровня, чем требуется требованием крутящего момента. По существу, выходной крутящий момент двигателя может быть большим, чем запрошенный водителем транспортного средства.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В одном из примеров, проблемы, описанные выше, могут быть преодолены системой двигателя, содержащей:
двигатель, содержащий впускной коллектор и цилиндр двигателя;
впускной дроссель, расположенный выше по потоку от впускного коллектора;
топливную систему, содержащую топливную форсунку для впрыска топлива в цилиндр двигателя; и
контроллер с машиночитаемыми командами для регулировки положения впускного дросселя для увеличения потока воздуха двигателя при поддержании крутящего момента двигателя в ответ на работу топливной форсунки на пороговой длительности импульса топлива.
В одном из вариантов предложена система, в которой поддержание крутящего момента двигателя включает в себя одно или более из осуществления запаздывания установки момента искрового зажигания, регулировки регулируемой установки фаз клапанного распределения, регулировки регулируемой установки фаз распределительного вала, увеличения нагрузки генератора переменного тока, приложенной к двигателю, регулировки открывания выпускного дросселя и регулировки положения регулятора давления наддува.
В одном из вариантов предложена система, в которой регулировка положения впускного дросселя для увеличения потока воздуха двигателя включает в себя увеличение потока воздуха двигателя с первого уровня, основанного на требовании крутящего момента, на второй, более высокий уровень для поддержания смеси выхлопных газов около стехиометрии.
Также предложен способ регулировки потока воздуха двигателя и исполнительных механизмов двигателя в ответ на работу топливной форсунки. Более точно, при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса, поток воздуха двигателя может увеличиваться для поддержания смеси выхлопных газов около стехиометрии наряду с регулировкой исполнительным механизмом двигателя для поддержания крутящего момента. Таким образом, выделение продуктов сгорания с выхлопными газами может уменьшаться наряду с сохранением запрошенных рабочих характеристик двигателя.
В качестве одного из примеров, контроллер двигателя может увеличивать поток воздуха двигателя, при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса, для поддержания смеси выхлопных газов на стехиометрии. Более точно, в ответ на работу топливной форсунки на пороговой длительности импульса, когда воздушно-топливное соотношение выхлопных газов меньше, чем стехиометрическое соотношение, контроллер может увеличивать поток воздуха двигателя больше, чем запрошено водителем транспортного средства, без повышения крутящего момента двигателя посредством регулировки исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента. Увеличение потока воздуха двигателя может включать в себя увеличение открывания впускного дросселя, при этом величина открывания может быть основана на воздушно-топливном соотношении выхлопных газов. В одном из примеров, контроллер может повышать величину запаздывания зажигания, чтобы компенсировать увеличенный поток воздуха двигателя, тем самым, поддерживать крутящий момент двигателя на запрошенном уровне. Дополнительные или альтернативные регулировки исполнительных механизмов двигателя могут производиться для поддержания крутящего момента, в том числе, регулировка нагрузки генератора переменного тока, регулируемой установка фаз клапанного распределения, регулируемого подъема клапана и/или открывания регулятора давления наддува.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, представлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематичное изображение примерной системы двигателя.
Фиг. 2 показывает схематичное изображение топливной системы двигателя.
фиг. 3 показывает способ регулировки потока воздуха двигателя на основании работы топливной форсунки.
Фиг. 4 показывает способ регулировки исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента двигателя наряду с увеличением потока воздуха двигателя при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса.
Фиг. 5 показывает графический пример регулировки исполнительных механизмов двигателя в ответ на длительность импульса топливной форсунки и воздушно-топливное соотношение выхлопных газов.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Последующее описание относится к системам и способам поддержания смеси выхлопных газов около стехиометрии при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса. Система двигателя, такая как система двигателя, показанная на фиг. 1, может включать в себя топливную систему, как показанная на фиг. 2, с одной или более топливных форсунок для впрыска топлива в один или более цилиндров двигателя для сгорания. В определенных условиях, работа топливных форсунок на пороговой, или минимальной, длительности импульса может давать в результате богатое воздушно-топливное соотношение. Посредством увеличения потока воздуха двигателя во время работы с пороговой длительностью импульса, воздушно-топливное соотношение может поддерживаться на стехиометрическом уровне, тем самым, повышая эффективность последующей очистки выхлопных газов и уменьшая выделение продуктов сгорания с выхлопными газами. Способ регулировки потока воздуха двигателя на основании работы топливной форсунки и воздушно-топливного соотношения выхлопных газов представлен на фиг. 3. Этот способ увеличения потока воздуха двигателя может включать в себя повышение потока воздуха двигателя до уровня, более высокого, чем требуемый запрошенным требованием крутящего момента. Таким образом, контроллер двигателя может регулировать дополнительные исполнительные механизмы двигателя для уменьшения полного крутящего момента и поддержания выходного крутящего момента двигателя на запрошенном уровне. Фиг. 4 показывает способ регулировки исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента наряду с увеличением потока воздуха двигателя при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса. Примерные регулировки исполнительных механизмов двигателя представлены на фиг. 9.
Фиг. 1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 14 (то есть, камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10. Кроме того еще, коленчатый вал 140 может использоваться для приведения в действие генератора 184 переменного тока.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг. 1 показывает двигатель 10, сконфигурированный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176 с приводом от выхлопной системы, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от выхлопной системы через вал 180, где устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако, в других примерах, таких как где двигатель 10 снабжен нагнетателем, турбина 176 с приводом от выхлопной системы, по выбору, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174. Регулировка положения дроссельной заслонки 164 может увеличивать или уменьшать открывание дросселя 162, тем самым, изменяя массовый расход воздуха или расход всасываемого воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, посредством увеличения открывания дросселя 162, может возрастать массовый расход воздуха. Наоборот, посредством уменьшения открывания дросселя 162, массовый расход воздуха может убывать. Таким образом, регулировка дросселя 162 может регулировать количество воздуха, поступающего в цилиндр 14 для сгорания. Например, посредством увеличения массового расхода воздуха, может возрастать крутящий момент на выходном валу двигателя. Кроме того, подробности о регулировке дросселя для повышения массового расхода воздуха во время определенных условий работы двигателя представлены ниже на фиг. 3-4.
Выпускной канал 148 может принимать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может быть любым пригодным датчиком для выдачи показания воздушно-топливного соотношения выхлопных газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), двухрежимный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Контроллер 12 может регулировать исполнительные механизмы двигателя, чтобы поддерживать смесь выхлопных газов на датчике 128 около стехиометрии. Стехиометрическая смесь выхлопных газов может быть смесью выхлопных газов, которая не содержит в себе несгоревшее топливо. В одном из примеров, поддержание смеси выхлопных газов около стехиометрии может включать в себя регулировку дросселя для повышения массового расхода воздуха, а впоследствии, увеличения воздушно-топливного соотношения для сгорания. Таким образом, контроллер может поддерживать стехиометрическое воздушно-топливное соотношение. Примерный способ поддержания стехиометрии представлен ниже на фиг. 3-4.
Кроме того, выпускной канал 48 может включать в себя регулятор 126 давления наддува для отведения выхлопных газов от турбины 176. Например, увеличение открывания регулятора 126 давления наддува может уменьшать количество выхлопных газов, протекающих через турбину. По существу, открывание регулятора 126 давления наддува может ослаблять наддув, тем самым, уменьшая выходной крутящий момент двигателя. Выпускной канал 148 дополнительно включает в себя устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов. Устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий, контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на приводы 152 и 154, для управления открыванием и закрыванием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответствующими датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь тип электрического клапанного привода или тип кулачкового привода, либо их комбинацию. Установка фаз распределения впускных и выпускных клапанов может управляться одновременно, или может использоваться любая из возможности регулируемой установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов, регулируемой установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, сдвоенной независимой установки фаз кулачкового распределения или постоянной установки фаз кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода, либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, в выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, таких как где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя две топливных форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW-1, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что фиг. 1 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе вследствие низкой летучести некоторых спиртосодержащих видов топлива. В качестве альтернативы, форсунка может быть расположена выше и возле впускного клапана для улучшения смешивания.
Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 172. Примерный вариант осуществления топливной системы 172 проиллюстрирован на фиг. 2. Топливная система 172 включает в себя топливный бак-хранилище 202. Топливо может накачиваться из топливного бака-хранилища 202 через трубопровод 206 подачи топлива в направляющую-распределитель 208 для топлива посредством топливного насоса 204. Направляющая-распределитель 208 для топлива может распределять топливо по одной или более топливных форсунок 166 согласно длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12, чтобы впрыскивалось в окна цилиндра(ов) 14. Длительность импульса сигнала FPW может соответствовать количеству топлива, впрыскиваемого топливными форсунками 166. Топливный бак 202 включает в себя наливной патрубок 210 для приема топлива. Наливной патрубок 210 для заправки топливом может быть выполнен с возможностью продолжаться от топливного бака 202 до внешнего края кузова транспортного средства, так чтобы он был доступен водителю транспортного средства для заправки топливного бака. Наливной патрубок 210 для заправки топливом может быть оснащен топливной крышкой 212, которая может сниматься во время заправки топливного бака. Топливная крышка 212 может быть выполнена с возможностью создавать паронепроницаемое уплотнение, когда присоединена к наливному патрубку 210 для заправки топливом, чтобы пары топлива могли предохраняться от выхода из наливного патрубка для заправки топливом и топливного бака. Датчик 214 топливной крышки может быть расположен на боковой стенке наливного патрубка 210 для заправки топливом. Датчик 214 топливной крышки может отправлять сигналы в контроллер 12, указывающие, что топливная крышка 212 была снята, или что топливная крышка находится в ориентации, которая уплотняет наливной патрубок 210 для заправки топливом.
В некоторых вариантах осуществления, топливная система может не включать в себя съемную топливную крышку, но скорее может включать в себя одностороннее уплотнение на конце наливного патрубка для заправки топливом. В такой конфигурации, датчик может быть включен в топливную систему для обнаружения, когда устройство налива топлива проникает в уплотнение, чтобы перекачивать жидкое топливо в топливный бак. Следует принимать во внимание, что другие пригодные уплотнительные устройства могут использоваться для уплотнения наливного патрубка для заправки топлива.
Уровень жидкого топлива в топливном баке 202 может определяться контроллером 12 с использованием измерений датчика. Например, в некоторых вариантах осуществления, устройство измерения уровня жидкого топлива (не показанное), которое плавает на поверхности жидкого топлива в баке, может определять объем жидкого топлива в баке. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, датчик 216 может измерять давление в топливном баке (например, давление топлива), и уровень жидкого топлива может выводиться из такого измерения давления. Следует принимать во внимание, что указание уровня жидкого топлива может выдаваться водителю на основании определения посредством измерения и/или расчета. Контроллер 12 может формировать показание уровня топлива, которое может находиться в диапазоне между полным топливным баком и пустым топливным баком, на основании принятого измерения и/или определения. Указание может отображаться водителю транспортного средства посредством указателя уровня топлива, который может использоваться водителем транспортного средства с целью заправки топливного бака.
Топливная система 172 дополнительно включает в себя бачок 220 для паров топлива, который присоединяется к топливному баку 202 через вентиляционную трубку 218. Чтобы регулировать давление в топливном баке 202, пары топлива могут течь из топливного бака 202 через вентиляционную трубку 218 в бачок 220 для паров топлива. Бачок 220 для паров топлива может улавливать пары топлива, втекающие в бачок, наряду с предоставлением воздуху, фильтрованному через бачок, возможности вентилироваться в атмосферу через вентиляционное отверстие (не показано). В некоторых вариантах осуществления, бачок для паров топлива может отфильтровывать пары топлива древесным углем. Пары топлива могут налипать на древесный уголь до тех пор, пока пары топлива не продуваются.
Насыщение бачка для паров топлива может происходить в ответ на различные условия работы и события. В одном из примеров, заправка топливного бака может вытеснять пары топлива, находящиеся в топливном баке, в бачок, вызывая насыщение бачка. В качестве еще одного примера, тепло и/или давление, вырабатываемые при работе транспортного средства, могут побуждать жидкое топливо испаряться, создавая пары топлива, которые могут переноситься в бачок, вызывая насыщение.
Чтобы избегать перенасыщения бачка для паров топлива и выпускания паров топлива в атмосферу, пары топлива могут продуваться из бачка 220 для паров топлива благодаря управлению клапаном 222 продувки. Пары топлива могут продуваться из бачка для паров топлива с использованием разрежения в двигателе, создаваемого во время работы двигателя. В одном из примеров, разрежение в двигателе может создаваться приведением в действие дросселя 164 и, по приведению в действие клапана 222 продувки, пары топлива могут перемещаться из бачка 220 для паров топлива во впускной коллектор и поступать в цилиндр(ы) 14 для сгорания. Посредством ввода паров топлива в цилиндр, а не в атмосферу, может улучшаться экономия топлива. Однако, в некоторых условиях, продувка паров топлива может повышать количество топлива, поступающего в цилиндры 14 для сгорания, тем самым, уменьшая воздушно-топливное соотношение (например, воздушно-топливное соотношение сгорания). Это может приводить к уменьшению длительности импульса топливной форсунки, а впоследствии, количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры 14. Когда длительность импульса топливной форсунки уменьшается до минимальной или пороговой длительности импульса, так что длительность импульса может дальше не уменьшаться, воздушно-топливное соотношение выхлопных газов может становиться богатым во время продувки паров топлива. Как результат, эффективность последующей очистки выхлопных газов может снижаться, и может возрастать выделение продуктов сгорания с выхлопными газами. Продувка паров топлива может приводить к работе топливных форсунок 166 на пороговой длительности импульса, в особенности в условиях низкого массового расхода воздуха. Способы работы двигателя и увеличения воздушно-топливного соотношения в этом состоянии пороговой длительности импульса представлены на фиг. 3.
Следует принимать во внимание, что другие конфигурации вентиляции и продувки паров топлива могут быть реализованы в топливной системе, обсужденной выше. Например, дополнительные вентиляционные трубки и/или бачки могут использоваться для фильтрации и сдерживания паров топлива. В качестве еще одного примера, система продувки паров топлива может включать в себя многочисленные клапаны продувки.
Возвращаясь к фиг. 1, в некоторых вариантах осуществления, двигатель 10 может иметь альтернативную или дополнительную топливную форсунку, расположенную во впускном канале, такую как топливная форсунка 170. Топливная форсунка 170 показана расположенной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве впрыска топлива во впускной канал (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI»), во впускное отверстие выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW-2, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 топливной системой 172. В одном из примеров, двигатель 10 может использовать как DI, так и PFI. В еще одном примере, двигатель 10 может использовать только одну из DI и PFI.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания, и т.д.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; давление топлива с датчика 216; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе.
Более того, контроллер 12 может поддерживать связь с различными исполнительными механизмами, которые могут включать в себя исполнительные механизмы двигателя, такие как топливные форсунки, впускная воздушная дроссельная заслонка с электронным управлением, свечи зажигания, распределительные валы, и т.д. Различные исполнительные механизмы двигателя могут управляться, чтобы обеспечивать или поддерживать требование крутящего момента, как предписано водителем 130 транспортного средства. Эти исполнительные механизмы могут регулировать некоторые параметры управления двигателем, в том числе, регулируемую установку фаз кулачкового распределения (VCT), воздушно-топливное соотношение, нагрузку генератора переменного тока, установку момента зажигания, положение дросселя, регулируемую установку фаз клапанного распределения (VVT), регулируемый подъем клапана (VLT), положение регулятора давления наддува, и т.д.
Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены. Примерная процедура, которая может выполняться контроллером, описана на фиг. 2.
Система по фиг. 1-2 предусматривает систему двигателя, включающую в себя впускной коллектор, цилиндр двигателя и впускной дроссель, расположенный выше по потоку от впускного коллектора. Система двигателя дополнительно включает в себя топливную систему, имеющую топливную форсунку для впрыска топлива в цилиндр двигателя. В заключение, система двигателя включает в себя контроллер с машиночитаемыми командами для регулировки положения впускного дросселя для увеличения потока воздуха двигателя наряду с сохранением крутящего момента двигателя в ответ на работу топливной форсунки на пороговой длительности импульса топлива. В одном из примеров, сохранение крутящего момента двигателя включает в себя одно или более из осуществления запаздывания установки момента искрового зажигания, регулировки регулируемых установки фаз клапанного распределения и/или подъема клапана, регулировки регулируемой установки фаз распределительных валов, повышения нагрузки генератора переменного тока, приложенной к двигателю, и регулировки положения регулятора давления наддува или другого клапана на выпуске. Регулировка положения впускного дросселя для увеличения потока воздуха двигателя может включать в себя увеличение потока воздуха двигателя с первого уровня, основанного на требовании крутящего момента, до второго, более высокого уровня, для поддержания смеси выхлопных газов около стехиометрии.
Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 3-5, контроллер может регулировать один или более исполнительных механизмов двигателя, чтобы поддерживать стехиометрическое воздушно-топливное соотношение, к тому же, наряду с сохранением крутящего момента двигателя. Эти регулировки исполнительных механизмов двигателя могут требоваться, когда топливные форсунки являются работающими на пороговой длительности импульса. Контроллер может отправлять сигнал длительности импульса топлива (FPW) на топливные форсунки. Длительность импульса может соответствовать количеству топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя для сгорания. Пороговая длительность импульса может быть минимальной длительностью импульса, такой что длительность импульса впрыска топлива не может дальше уменьшаться. По существу, если топливные форсунки являются работающими на пороговой длительности импульса, количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры для сгорания, может дальше не уменьшаться.
Различные условия работы двигателя могут приводить к работе топливных форсунок на пороговой длительности импульса. По мере того, как возрастает требование крутящего момента, меньшие количество топлива и поток воздуха двигателя требуются для сгорания. По мере того как уменьшается поток воздуха или массовый расход воздуха двигателя, количество впрыскиваемого топлива также может уменьшаться для поддержания стехиометрического воздушно-топливного соотношения. Таким образом, контроллер может уменьшать длительность импульса сигнала, отправляемого на топливные форсунки, значит, меньшее количество топлива впрыскивается в цилиндры двигателя. В конечном счете, сигнал FPW может достигать пороговой длительности импульса.
В определенных условиях, работа на пороговой длительности импульса может давать в результате богатое воздушно-топливное соотношение. В одном из примеров, высокое давление топлива может приводить к большему количеству топлива, впрыскиваемого за установленную длительность импульса. Например, после горячего напитывания или перезапуска, давление топлива может быть высоким в результате повышения температуры и теплового расширения топлива в направляющей-распределителе. Когда давление топлива больше, чем пороговое давление, большее количество топлива может впрыскиваться на пороговой длительности импульса, чем когда давление топлива меньше, чем пороговое давление. Впрыскивание большего количества топлива таким образом может уменьшать воздушно-топливное соотношение таким образом и приводить к нестехиометрической смеси выхлопных газов (например, некоторому количеству несгоревшего топлива в выхлопных газах). Воздушно-топливное соотношение может дополнительно понижаться в условиях высокого давления топлива, когда поток воздуха двигателя низок (например, во время низкого требования крутящего момента).
В еще одном примере, после продувки паров топлива из бачка для паров топлива, количество топлива в цилиндрах двигателя может возрастать, тем самым, уменьшая воздушно-топливное соотношение. Если топливные форсунки являются работающими на пороговой длительности импульса во время продувки паров топлива, воздушно-топливное соотношение сгорания может быть богатым. Воздушно-топливное соотношение может уменьшаться дальше при продувке паров топлива во время условий низкого потока воздуха двигателя. Сгорание с богатым воздушно-топливным соотношением может понижать эффективность последующей очистки выхлопных газов и повышать выделение продуктов сгорания с выхлопными газами. Таким образом, контроллер может регулировать поток воздуха двигателя, чтобы уменьшать обогащение во время вышеприведенных условий.
Во время нормальной работы двигателя, поток воздуха двигателя может регулироваться в ответ на требование крутящего момента. Требование крутящего момента может быть основано на положении педали, в качестве запрошенного водителем транспортного средства. Таким образом, по мере того как возрастает положение педали, а следовательно, требование крутящего момента, поток воздуха двигателя может возрастать, чтобы выдавать запрошенный крутящий момент. Как обсуждено выше, увеличение потока воздуха двигателя может включать в себя увеличение открывания дросселя. По существу, дроссель может управляться, чтобы выдавать уменьшенный поток воздуха для запрошенного требования крутящего момента.
При работе на пороговой длительности импульса, контроллер может регулировать поток воздуха скорее в ответ на воздушно-топливное соотношение выхлопных газов, чем в ответ на требование крутящего момента. Более точно, в одном из примеров, при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса, контроллер может увеличивать поток воздуха двигателя, или массовый расход, чтобы поддерживать стехиометрическое воздушно-топливное соотношение выхлопных газов (например, поддерживать стехиометрию). Например, в ответ на работу топливных форсунок на пороговой длительности импульса, когда давление топлива больше, чем пороговое давление, и/или воздушно-топливное соотношение меньше, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение, контроллер может увеличивать поток воздуха двигателя. В одном из примеров, увеличение потока воздуха двигателя может включать в себя увеличение открывания дросселя для повышения массового расхода воздуха во впускной коллектор. Контроллер может увеличивать поток воздуха двигателя на основании воздушно-топливного соотношения выхлопных газов. Например, контроллер может регулировать дроссель, чтобы выдавать количество воздуха для сгорания, которое может давать в результате стехиометрическое воздушно-топливное соотношение выхлопных газов, выходящих из цилиндров после сгорания.
Увеличение потока воздуха двигателя для поддержания стехиометрии может приводить к повышению потока воздуха до уровня, большего, чем требуемый для текущего требования крутящего момента. Таким образом, результирующий выходной крутящий момент двигателя может быть большим, чем запрошенный водителем транспортного средства. Чтобы компенсировать повышенный крутящий момент, обусловленный увеличенным потоком воздуха, контроллер может регулировать дополнительные исполнительные механизмы двигателя для понижения крутящего момента. Например, при увеличении потока воздуха двигателя наряду с работой топливных форсунок на пороговой длительности импульса, контроллер может одновременно регулировать исполнительные механизмы двигателя, чтобы поддерживать выходной крутящий момент на требуемом уровне. Регулировки исполнительных механизмов двигателя для поддержания требуемого выходного крутящего момента могут включать в себя регулировку установки момента искрового зажигания и/или регулировку нагрузки генератора переменного тока. Регулировки исполнительных механизмов двигателя дополнительно могут включать в себя регулировку насосной работы двигателя посредством регулировки VVT, VCT, VVL, регулятора давления наддува и/или выпускного дросселя. Например, посредством осуществления запаздывания установки момента искрового зажигания относительно MBT, крутящий момент может понижаться для компенсации увеличения потока воздуха при работе топливных форсунок на пороговой длительности импульса. В еще одном примере, осуществление запаздывания или опережения VCT, VVT и/или VVL может увеличивать насосную работу двигателя, тем самым, понижая крутящий момент. В некоторых вариантах осуществления, увеличение насосной работы двигателя посредством регулировки регулятора давления наддува или выпускного дросселя может понижать выходную мощность при большем открывании впускного дросселя, тем самым, помогая поддерживать требование крутящего момента. Кроме того еще, повышение нагрузки генератора переменного тока может обеспечивать компенсацию крутящего момента. Транспортные средства с электрическими машинами (например, транспортные средства с гибридным приводом) могут быть способны повышать нагрузку генератора переменного тока в большей степени, так как они могут иметь больший рабочий диапазон.
В одном из вариантов осуществления, только один из вышеприведенных рабочих исполнительных механизмов двигателя может регулироваться в одно время, чтобы компенсировать увеличение потока воздуха и поддерживать крутящий момент. Например, контроллер может увеличивать запаздывание искрового зажигания для поддержания крутящего момента во время увеличения потока воздуха двигателя. В еще одном варианте осуществления, комбинация вышеприведенных параметров может регулироваться для поддержания запрошенного крутящего момента. Например, контроллер может уменьшать установку момента искрового зажигания, к тому же, наряду с увеличением нагрузки генератора переменного тока для компенсации повышенного потока воздуха. По существу, меньшее запаздывание искрового зажигания может требоваться для поддержания крутящего момента при регулировке также еще одного исполнительного механизма, такого как нагрузка генератора переменного тока. Выбор регулировки исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента может быть основан на воздействии регулировки на стабильность сгорания. Например, осуществление запаздывания искрового зажигания может снижать стабильность сгорания в большей степени, чем увеличение нагрузки генератора переменного тока. Таким образом, нагрузка генератора переменного тока может регулироваться первой или в комбинации с регулировкой установки момента искрового зажигания, чтобы повышать стабильность сгорания при поддержании выходного крутящего момента. Дополнительные подробности о регулировках исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента представлены ниже со ссылкой на фиг. 4-5.
Таким образом, при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса, поток воздуха двигателя может увеличиваться для поддержания смеси выхлопных газов около стехиометрии, к тому же, наряду с регулировкой исполнительным механизмом двигателя для поддержания крутящего момента. В одном из примеров, пороговая длительность импульса может быть минимальной длительностью импульса. Увеличение потока воздуха двигателя может включать в себя увеличение открывания впускного дросселя. В одном из примеров, размер увеличения потока воздуха двигателя может быть основан на воздушно-топливном соотношении смеси выхлопных газов. Кроме того, увеличение потока воздуха двигателя может происходить в ответ на одно или более из давления топлива, большего чем пороговое давление, и богатой смеси выхлопных газов при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса. В одном из примеров, пороговое давление основано на давлении топлива, которое увеличивает количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя, до уровня, приводящего к богатой смеси выхлопных газов. Регулировка исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента может включать в себя регулировку одного или более из установки момента искрового зажигания, регулируемой установки фаз клапанного распределения, регулируемой установки фаз кулачкового распределения, регулируемого подъема клапана, открывания регулятора давления наддува и нагрузки генератора переменного тока. После работы топливной форсунки на пороговой длительности импульса, поток воздуха двигателя может возвращаться на запрошенный уровень в ответ на работу топливной форсунки на длительности импульса, большей, чем пороговая длительность импульса. Дополнительные подробности о регулировках потока воздуха и исполнительных механизмов двигателя на основании работы топливной форсунки представлены ниже со ссылкой на фиг. 3-5.
Фиг. 3 показывает способ 300 регулировки потока воздуха двигателя на основании работы топливной форсунки. Способ начинается на этапе 302 посредством оценки и/или измерения условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себя скорость вращения и нагрузку двигателя, требование крутящего момента, воздушно-топливное соотношение сгорания, воздушно-топливное соотношение выхлопных газов, давление топлива, длительность импульсов впрыска топлива, поток воздуха двигателя (например, массовый расход воздуха), установку момента искрового зажигания, VVT, VCT, VVL, положение регулятора давления наддува, положение дросселя, нагрузку генератора переменного тока, и т.д. На этапе 304, способ включает в себя определение, находится ли сигнал длительности импульса топлива, FPW, на пороговой длительности импульса (PW). Продолжительность сигнала длительности импульса может соответствовать количеству топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя для сгорания, причем, количество впрыскиваемого топлива уменьшается с уменьшением длительности импульса. Как обсуждено выше, пороговая длительность импульса может быть наименьшим сигналом длительности импульса, отправляемым на топливные форсунки. По существу, когда работа топливных форсунок находится на пороговой длительности импульса, количество впрыскиваемого топлива дальше может не уменьшаться. Если FPW не находится на пороговой длительности импульса (например, больше, чем пороговая длительность импульса), способ переходит на этап 310, где контроллер поддерживает условия работы двигателя и продолжает контролировать условия топливной системы. Однако если FPW находится на пороговой длительности импульса, способ переходит на этап 306.
На этапе 306, способ включает в себя определение, находится ли давление топлива на или больше, чем пороговое давление. Пороговое давление может быть основано на стандартной величине впрыска топлива при пороговой длительности импульса. Например, на пороговой длительности импульса, первое количество топлива может впрыскиваться в цилиндр двигателя. По мере того, как давление топлива возрастает, первое количество топлива может увеличиваться. Пороговое давление может быть определено в качестве давления, при котором первое количество топлива возрастает на пороговую величину. Пороговая величина может быть количеством топлива, которое приводит к богатому воздушно-топливному соотношению. Таким образом, работа топливных форсунок на пороговой длительности импульса на или выше порогового давления топлива может давать в результате сгорание на богатом воздушно-топливном соотношении, тем самым, повышая выделение продуктов сгорания с выхлопными газами двигателя. Если, на этапе 306, давление топлива находится на или больше, чем пороговое давление, способ переходит на этап 312. На этапе 312, контроллер может увеличивать поток воздуха двигателя, чтобы поддерживать стехиометрию, наряду с регулировкой исполнительных механизмов двигателя для сохранения выходного крутящего момента. В одном из примеров, это может включать в себя увеличение открывания впускного дросселя наряду с осуществлением запаздывания установки момента искрового зажигания для поддержания крутящего момента, тем самым, компенсируя увеличенный поток воздуха. Способ регулировки потока воздуха и поддержания крутящего момента таким образом представлен на фиг. 4.
Возвращаясь на этапе 306, если давление топлива не больше, чем пороговое давление, способ переходит на этап 308, чтобы определять, является ли воздушно-топливное соотношение выхлопных газов (например, смеси выхлопных газов) меньшим, чем стехиометрическое воздушно-топливное соотношение (например, является ли воздушно-топливное соотношение богатым). Воздушно-топливное соотношение выхлопных газов может определяться датчиком выхлопных газов, присоединенным к выпускному каналу. Если воздушно-топливное соотношение выхлопных газов является богатым, способ переходит на этап 312 для увеличения потока воздуха двигателя для сохранения стехиометрии наряду с регулировкой исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента (дополнительно описанной на фиг. 4). Однако если смесь выхлопных газов является стехиометрической, способ переходит на этап 310, чтобы поддерживать условия работы двигателя. Контроллер может продолжать осуществлять мониторинг условий топливоснабжения топливной системы. Таким образом, если воздушно-топливное соотношение выхлопных газов уменьшается, и/или давление топлива возрастает наряду с работой топливных форсунок на пороговой длительности импульса, то контроллер может регулировать поток воздуха и исполнительные механизмы двигателя, как дополнительно обсуждено ниже.
Фиг. 4 показывает способ 400 регулировки исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента двигателя наряду с увеличением потока воздуха двигателя при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса. Продолжаясь из способа 300, способ 400 начинается на этапе 402 определением массового расхода воздуха или потока воздуха двигателя, требуемого для сохранения стехиометрии. Например, размер увеличения потока воздуха двигателя может быть основан на воздушно-топливном соотношении смеси выхлопных газов. Таким образом, по мере того, как воздушно-топливное соотношение выхлопных газов уменьшается дальше ниже стехиометрического соотношения, может возрастать массовый расход воздуха или размер увеличения потока воздуха двигателя. Таким образом, поток воздуха двигателя может возрастать на величину, которая поддерживает воздушно-топливное соотношение выхлопных газов на стехиометрии. После 402, способ переходит на этап 404, чтобы регулировать впускной дроссель для выдачи определенных массового расхода воздуха или величины потока воздуха двигателя. Увеличение потока воздуха двигателя может включать в себя увеличение открывания впускного дросселя. Например, для большего определенного массового расхода воздуха, дроссель может открываться на большую величину.
На этапе 406, контроллер регулирует один или более исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента во время повышения массового расхода воздуха. Способы на этапе 404 и 406 могут происходить сопутствующим образом. Посредством регулировки исполнительных механизмов двигателя наряду с увеличением потока воздуха двигателя, полный крутящий момент может понижаться, так чтобы действующее требование крутящего момента могло поддерживаться при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса. Регулировка исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента может включать в себя регулировку запаздывания искрового зажигания на этапе 408. В одном из примеров, увеличение запаздывания искрового зажигания (то есть, осуществление запаздывания зажигания дальше от MBT) может снижать крутящий момент и помогать поддерживать запрошенное требование крутящего момента. Регулировка исполнительных механизмов также может включать в себя регулировку нагрузки генератора переменного тока на этапе 410. Например, увеличение нагрузки генератора переменного тока, прикладываемой к двигателю, может снижать крутящий момент, компенсируя увеличенный поток воздуха двигателя. Нагрузка генератора переменного тока, прикладываемая к двигателю, может увеличиваться посредством регулировки тока обмотки генератора переменного тока. В качестве альтернативы, на этапе 412, регулировка исполнительных механизмов может включать в себя регулировку VCT, VVT и/или VVL. Например, в некоторых вариантах осуществления, осуществление запаздывания VCT может уменьшать крутящий момент, компенсируя увеличение потока воздуха двигателя. В еще одном другом примере, регулировка исполнительных механизмов может включать в себя регулировку регулятора давления наддува или другого выпускного дросселя на этапе 414. Более точно, увеличение открывания регулятора давления наддува может отводить поток выхлопных газов вокруг турбины, тем самым, понижая крутящий момент. Таким образом, по мере того, как увеличивается открывание впускного дросселя для увеличения потока воздуха двигателя, открывание регулятора давления наддува также может возрастать, чтобы помогать сохранять крутящий момент. В качестве альтернативы, частичное закрывание другого выпускного дроссельного клапана может повышать противодавление выхлопных газов, таким образом, увеличивая насосную работу двигателя и компенсируя увеличение потока воздуха двигателя.
В некоторых вариантах осуществления, комбинация вышеприведенных параметров может регулироваться для возмещения увеличения потока воздуха и поддержания крутящего момента. В других вариантах осуществления, иерархия приоритетов может применяться для этих параметров регулировки на основании их влияния на стабильность сгорания и/или эффективность использования топлива. Например, увеличение нагрузки генератора переменного тока может не повышать нестабильность сгорания или не ухудшать эффективность использования топлива в той же степени, как могли бы регулировки VCT или зажигания. Таким образом, иерархия приоритетов на этапе 406 может включать в себя регулировку сначала нагрузки генератора переменного тока, а затем (если требуется дополнительное уменьшение крутящего момента) переход к регулировке установки момента зажигания и/или VCT. В некоторых вариантах осуществления, пусковой механизм может быть установлен для перехода к следующему параметру в иерархии. Например, нагрузка генератора переменного тока сначала может использоваться для уменьшения крутящего момента, а как только максимальная нагрузка генератора переменного тока была приложена к двигателю, пусковой механизм может устанавливаться, так чтобы остаточное уменьшение крутящего момента удовлетворялось с использованием системных регулировок установки момента искрового зажигания, VCT или других временных характеристик. Порядок приоритета также может изменяться в зависимости от условий работы двигателя и других эксплуатационных режимов транспортного средства, таких как скорость транспортного средства, режим работы транспортного средства, состояние заряда аккумуляторной батареи, и т.д. Примерные регулировки исполнительных механизмов, выполняемые во время увеличения потока воздуха вследствие работы топливных форсунок на пороговой длительности импульса, конкретизированы в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 5.
После осуществления всех регулировок исполнительных механизмов на этапе 406, способ переходит на этап 416, чтобы определять, является ли FPW большим, чем пороговая длительности импульса (PW). Если FPW не больше, чем пороговая длительность импульса (например, FPW остается на пороговой длительности импульса), способ переходит на этап 418, чтобы поддерживать регулировки повышенного потока воздуха двигателя и исполнительных механизмов двигателя. В некоторых вариантах осуществления, регулировки потока воздуха двигателя (например, дросселя) и исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента могут непрерывно регулироваться на основании воздушно-топливного соотношения выхлопных газов. Например, при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса, если воздушно-топливное соотношение выхлопных газов убывает или возрастает ниже или выше стехиометрического соотношения, открывание дросселя также может изменяться для поддержания воздушно-топливного соотношения на стехиометрии. Регулировки исполнительных механизмов двигателя, в таком случае, могут изменяться для поддержания крутящего момента при новом уровне потока воздуха двигателя.
Возвращаясь на этапе 416, если FPW больше, чем пороговая длительность импульса (например, топливные форсунки больше не работают на пороговой длительности импульса), способ переходит на этап 420, чтобы возвращать поток воздуха двигателя на запрошенный уровень, на основании условий работы двигателя, в том числе требования крутящего момента. Исполнительные механизмы двигателя также возвращаются на запрошенные уровни, чтобы выдавать крутящий момент в качестве запрошенного водителем транспортного средства.
Таким образом, в ответ на работу топливной форсунки на пороговой длительности импульса, когда воздушно-топливное соотношение выхлопных газов меньше, чем стехиометрическое соотношение, поток воздуха двигателя может увеличиваться больше, чем запрошено водителем транспортного средства, без повышения крутящего момента двигателя посредством регулировки исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента. Увеличение потока воздуха двигателя и регулировка исполнительного механизма двигателя могут происходить дополнительно в ответ на работу топливной форсунки на пороговой длительности импульса, когда давление топлива больше, чем пороговое давление. В одном из примеров, увеличение потока воздуха двигателя включает в себя увеличение открывания впускного дросселя. Дополнительно, размер увеличения потока воздуха двигателя может возрастать с уменьшением воздушно-топливного соотношения выхлопных газов. Размер увеличения потока воздуха двигателя может дополнительно возрастать с повышением давления топлива. В одном из примеров, регулировка исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента включает в себя повышение величины запаздывания искрового зажигания, причем, величина запаздывания искрового зажигания возрастает по мере того, как возрастает величина потока воздуха двигателя. В еще одном примере, регулировка исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента включает в себя повышение нагрузки генератора переменного тока, приложенной к двигателю, причем, нагрузка генератора переменного тока возрастает по мере того, как возрастает размер увеличения потока воздуха. В еще одном другом примере, регулировка исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента включает в себя увеличение открывания регулятора давления наддува, причем, открывание регулятора давления наддува возрастает по мере того, как возрастает размер увеличения потока воздуха двигателя. В дополнительном примере, регулировка исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента включает в себя осуществление запаздывания регулируемой установки фаз кулачкового распределения. В еще одном примере, регулировка исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента может включать в себя увеличение нагрузки генератора переменного тока, приложенной к двигателю наряду с регулировкой одного или более из запаздывания искрового зажигания, регулируемой установки фаз кулачкового распределения, регулируемой установки фаз клапанного распределения, регулируемого подъема клапана и открывания регулятора давления наддува.
Фиг. 5 показывает графический пример регулировок исполнительных механизмов двигателя в ответ на длительность импульса топливной форсунки. Более точно, график 500 показывает изменения сигнала длительности импульса топлива (FPW) на графике 502, изменения воздушно-топливного соотношения сгорания на графике 504, изменения потока воздуха двигателя на графике 506, изменения давления топлива на графике 508, изменения установки момента искрового зажигания на графике 510, изменения нагрузки генератора переменного тока на графике 512, изменения крутящего момента на графике 514 и изменения воздушно-топливного соотношения выхлопных газов на графике 516.
До момента t1 времени, FPW может находиться выше пороговой длительности импульса, T1 (график 502). Давление топлива находится ниже порогового давления, P1 (график 508), а воздушно-топливное соотношение выхлопных газов находится на стехиометрическом соотношении 520 (график 516). Прямо перед моментом t1 времени, давление топлива возрастает выше порогового давления P1. В момент t1 времени, FPW уменьшается до пороговой длительности T1 импульса (график 502). Как результат, воздушно-топливное соотношение выхлопных газов уменьшается ниже стехиометрического воздушно-топливного соотношения 520. В ответ на работу топливных форсунок на пороговой длительности T1 импульса, когда давление топлива находится выше порогового давления P1, а воздушно-топливное соотношение является богатым, контроллер увеличивает поток воздуха двигателя сразу после момента t1 времени. Увеличение потока воздуха двигателя может включать в себя увеличение открывания впускного дросселя. По мере того, как возрастает поток воздуха двигателя (график 506), воздушно-топливное соотношение сгорания (график 504) и воздушно-топливное соотношение выхлопных газов (график 516) возрастают. Первый размер увеличения потока воздуха двигателя, 522, предоставляет воздушно-топливному соотношению выхлопных газов поддерживаться на стехиометрии (график 516). Наряду с увеличением потока воздуха двигателя в момент t1 времени, контроллер осуществляет запаздывание искрового зажигания (график 514), чтобы компенсировать увеличение потока воздуха и поддерживать крутящий момент на запрошенном уровне (график 514). По существу, первая величина запаздывания искрового зажигания, 524, может быть основана на первом размере увеличения потока воздуха двигателя, 522.
Прямо после момента t2 времени, давление топлива снижается ниже порогового давления P1 (график 508). В момент t2 времени, FPW увеличивается выше пороговой длительности T1 импульса (график 502). Таким образом, топливные форсунки больше не работают на пороговой длительности импульса, T1. Как результат, контроллер возвращает поток воздуха двигателя на запрошенный на данный момент уровень и увеличивает установку момента искрового зажигания в направлении MBT (график 510).
В момент t3 времени, топливные форсунки работают на пороговой длительности T1 импульса, как указано в качестве уменьшения FPW до пороговой длительности T1 импульса (график 502). Однако в момент t3 времени, давление топлива остается ниже порогового давления P1, а воздушно-топливное соотношение остается около стехиометрического соотношения 516. Таким образом, условия работы двигателя поддерживаются наряду с тем, что контроллер продолжает контролировать условия топливоснабжения. В момент t4 времени, воздушно-топливное соотношение выхлопных газов становится богатым, уменьшаясь ниже стехиометрического воздушно-топливного соотношения 520 (график 516). Это может происходить вследствие повышенного топливоснабжения в цилиндрах сгорания после продувки паров топлива (указанного уменьшением воздушно-топливного соотношения сгорания (график 504)). В ответ на богатое воздушно-топливное соотношение во время работы топливных форсунок на пороговой длительности импульса, T1, контроллер увеличивает открывание впускного дросселя для увеличения потока воздуха двигателя на второй размер увеличения потока воздуха двигателя, 530. Второй размер увеличения потока 530 воздуха двигателя может быть большим, чем первый размер увеличения потока 522 воздуха двигателя в момент t2 времени. Это может быть обусловлено уменьшением воздушно-топливного соотношения выхлопных газов в момент t4 времени (показанным на 528), являющимся большим, чем уменьшение воздушно-топливного соотношения в момент t1 времени (показанное на 526).
Кроме того, в момент t4 времени, контроллер может увеличивать как нагрузку генератора переменного тока (график 512), так и запаздывание искрового зажигания (график 510) для поддержания крутящего момента наряду с увеличением потока воздуха двигателя. Поскольку контроллер повышает нагрузку генератора переменного тока наряду с запаздыванием искрового зажигания, вторая величина запаздывания 532 искрового зажигания может находиться ниже, чем если бы запаздывание увеличивалось в одиночку, для поддержания крутящего момента. Таким образом, повышение нагрузки генератора переменного тока может предоставлять возможность для меньшего запаздывания зажигания, тем самым, повышая стабильность сгорания. В альтернативных вариантах осуществления, контроллер может регулировать дополнительные или альтернативные исполнительные механизмы двигателя в момент t4 времени. Как описано выше, таковые могут включать в себя регулировку VCT, VVT, VVL и/или открывания регулятора давления наддува. Например, в момент t4 времени, контроллер взамен может увеличивать открывание регулятора давления наддува на величину, соответствующую второму размеру увеличения потока 530 воздуха двигателя. Если открывание регулятора давления наддува может не увеличиваться дальше, может регулироваться дополнительный исполнительный механизм.
Как показано в момент t4 времени, в ответ на работу топливной форсунки на пороговой длительности импульса, когда воздушно-топливное соотношение выхлопных газов меньше, чем стехиометрическое соотношение, контроллер может увеличивать поток воздуха двигателя больше, чем запрошено водителем транспортного средства, без повышения крутящего момента двигателя посредством регулировки исполнительного механизма двигателя для поддержания крутящего момента. Увеличение потока воздуха двигателя основано на воздушно-топливном соотношении выхлопных газов. Поток воздуха двигателя регулируется, посредством регулировки дросселя, чтобы выхлопные газы поддерживались на стехиометрии. Исполнительные механизмы двигателя затем регулируются для поддержания крутящего момента на запрошенном уровне во время увеличения потока воздуха двигателя. Как показано в момент t4 времени, более чем один исполнительный механизм двигателя может регулироваться для поддержания крутящего момента. В примере, показанном в момент t4 времени, как нагрузка генератора переменного тока, так и запаздывание искрового зажигания увеличиваются, чтобы компенсировать увеличение потока воздуха и поддерживать крутящий момент.
Как показано в момент t1 времени, увеличение потока воздуха двигателя и регулировка одного или более исполнительных механизмов двигателя могут происходить в ответ на работу топливной форсунки на пороговой длительности импульса, когда давление топлива больше, чем пороговое давление. Контроллер вновь увеличивает поток воздуха двигателя на величину, которая поддерживает стехиометрическую смесь выхлопных газов. Установка момента искрового зажигания подвергается запаздыванию, чтобы понижать выходной крутящий момент при повышенном массовом расходе воздуха, тем самым, поддерживая крутящий момент на запрошенном уровне. По существу, величина запаздывания искрового зажигания может быть основана на размере увеличения потока воздуха двигателя. Хотя пример в момент t1 времени показывает регулировку установки момента искрового зажигания, дополнительные или альтернативные регулировки исполнительных механизмов двигателя могут использоваться для поддержания крутящего момента, как обсуждено выше.
Таким образом, при работе топливной форсунки на пороговой длительности импульса, поток воздуха двигателя может увеличиваться для поддержания смеси выхлопных газов около стехиометрии. Увеличение потока воздуха двигателя может происходить в ответ на давление топлива, большее, чем пороговое давление, и/или воздушно-топливное соотношение выхлопных газов ниже стехиометрического соотношения, когда топливные форсунки являются работающими на пороговой длительности импульса. При увеличении потока воздуха двигателя, один или более исполнительных механизмов двигателя могут одновременно регулироваться для поддержания крутящего момента на выходном валу двигателя на запрошенном уровне. Регулировки исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента могут включать в себя увеличение запаздывания искрового зажигания, повышение нагрузки генератора переменного тока, осуществление запаздывания VCT, регулировку VVT, регулировку VVL и/или увеличение открывания регулятора давления наддува. Таким образом, выхлопные газы двигателя могут сокращаться наряду с сохранением рабочих характеристик двигателя.
Отметим, что примерные процедуры управления, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машиночитаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Кроме того, одна или более различных конфигураций системы могут использоваться в комбинации с одной или более описанных диагностических процедур. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.