СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ТУРБОНАДДУВОМ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR TURBO-CHARGED ENGINE (OPTIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системам и способам принятия мер в ответ на перегрев и детонацию в двигателе у двигателей с газовым топливоснабжением.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Альтернативные виды топлива были разработаны, чтобы сдерживать растущие цены на традиционные виды топлива и для снижения выбросов с выхлопными газами. Например, природный газ был признан в качестве привлекательного альтернативного топлива. Что касается автомобильных применений, природный газ может сжиматься и храниться в качестве газа в баллонах под высоким давлением. Могут использоваться различные системы двигателя на сжатом природном газе (CNG) с использованием различных технологий для двигателя и технологий впрыска, которые адаптированы под специфичные физические и химические свойства топлива CNG. Например, однотопливные системы двигателя могут быть выполнены с возможностью работать только с CNG наряду с тем, что многотопливные системы могут быть выполнены с возможностью работать с CNG и одним или более других видов топлива, таких как жидкое топливо на бензине бензиновой смеси. Системы управления двигателем могут подвергать работе такие многотопливные системы в различных режимах работы на основании условий работы двигателя.
Однако, двигатели на CNG, в особенности, двигатели, которые были переоборудованы, чтобы работать на CNG, испытывают многочисленные эксплуатационные проблемы. CNG обладает предельной воспламеняемостью и узким пределом обогащения по сравнению с бензином и другими традиционными видами топлива. Таким образом, при работе двигателя на CNG на высоких нагрузках, предельная температура двигателя может достигаться до полного сгорания топлива или воздуха, принятого в цилиндр сгорания. Посредством неполного сгорания содержимого цилиндра сгорания, повышается вероятность детонации в двигателе. Кроме того, сгорание CNG вырабатывает гораздо меньше сажи, чем для эквивалентного бензинового двигателя. Это уменьшает естественную смазку клапанов двигателя, потенциально приводя к проседанию и ухудшению характеристик клапанов.
Чтобы противостоять проблемам перегрева, заряд воздуха может ограничиваться посредством дросселирования потока воздуха, либо работы с обеднением, но эти решения будут ограничивать максимальную выходную мощность двигателя. Удельная мощность может повышаться посредством увеличения размера двигателя, но это может не быть возможным для всех платформ или модернизаций. Впрыск воды или других управляющих текучих сред в камеру сгорания может понижать температуры и защищать от детонации в двигателе, но кроме того, может снижать воспламеняемость топливной смеси.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы в материалах настоящего описания выявили, что вышеприведенные проблемы, например, по меньшей мере частично могут быть преодолены способом для двигателя с турбонаддувом, включающим в себя этап, на котором:
осуществляют непосредственный впрыск второго количества второго, жидкого топлива с первой установкой момента, которая зависит от требуемого воздушно-топливного соотношения, в условиях высокой нагрузки в ответ на повышенную температуру двигателя, после впрыска во впускной канал первого количества первого газового топлива.
В одном из вариантов предложен способ, в котором первое газовое топливо является одним или более из сжатого природного газа (CNG) и метана.
В одном из вариантов предложен способ, в котором второе жидкое топливо является одним или более из раствора метилового спирта и раствора этилового спирта.
В одном из вариантов предложен способ, в котором второе жидкое топливо является текучей средой для стеклоочистителя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором второе количество второго жидкого топлива зависит от количества спирта в растворе.
В одном из вариантов предложен способ, в котором первая установка момента находится на такте сжатия перед искровым зажиганием.
В одном из вариантов предложен способ, в котором первая установка момента находится на рабочем такте вслед за искровым зажиганием.
В одном из вариантов предложен способ, в котором первое количество первого газового топлива вызывает работу двигателя на по существу стехиометрическом воздушно-топливном соотношении, а второе количество второго жидкого топлива понижает воздушно-топливное соотношение до по существу богатого воздушно-топливного соотношения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором первое количество первого газового топлива обеспечивает работу двигателя на по существу бедном воздушно-топливном соотношении, а второе количество второго жидкого топлива понижает воздушно-топливное соотношение до по существу стехиометрического воздушно-топливного соотношения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором температура двигателя включает в себя температуру выпускного клапана.
В одном из вариантов предложен способ, в котором непосредственный впрыск второго количества второго, жидкого топлива дополнительно включает в себя этап, на котором впрыскивают жидкое топливо с разной установкой момента в ответ на спрогнозированное местоположение концевой зоны горения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором впрыск жидкости дополнительно включает в себя этап, на котором впрыскивают жидкое топливо радиально нацеленной форсункой в разные местоположения цилиндра в ответ на спрогнозированное местоположение концевой зоны горения.
Таким образом, мощность двигателя для двигателя, снабжаемого топливом, главным образом, посредством первого, газового топлива, может максимизироваться наряду с одновременным сдерживанием максимальной температуры сгорания и максимального давления сгорания и подавлением детонации в двигателе.
В еще одном аспекте способ для двигателя с турбонаддувом может включать в себя этап, на котором:
осуществляют непосредственный впрыск второго, жидкого топлива с установкой момента, которая находится позже искрового зажигания для сгорания и во время сгорания первого, газового топлива, в условиях высокой нагрузки, в ответ на повышенную температуру двигателя, после впрыска во впускной канал первого, газового топлива.
В одном из вариантов предложен способ, в котором установка момента зависит от воспламеняемости второго, жидкого топлива, причем первое газовое топливо является одним или более из CNG или метана.
В одном из вариантов предложен способ, в котором установка момента находится после 10% времени горения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором установка момента задерживается пропорционально снижению воспламеняемости второго, жидкого топлива, причем момент времени находится после формирования центра горения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором установка момента регулируется в зависимости от уровня наддува.
Таким образом, второе, жидкое топливо, впрыскиваемое между искровым зажиганием и событием верхней мертвой точки, может понижать температуру и давления сгорания независимо от воспламеняемости второго, жидкого топлива. Кроме того, второе, жидкое топливо, впрыскиваемое после искрового зажигания и вслед за событием верхней мертвой точки, может понижать температуры выхлопных газов независимо от воспламеняемости второго, жидкого топлива.
В еще одном другом аспекте способ для двигателя с турбонаддувом включает в себя этап, на котором:
осуществляют непосредственный впрыск второго, жидкого топлива наряду с сохранением установки момента зажигания, в условиях высокой нагрузки, в ответ на детонацию в двигателе, после впрыска во впускной канал первого, газового топлива.
В одном из вариантов предложен способ, в котором непосредственный впрыск второго, жидкого топлива дополнительно включает в себя этап, на котором повышают плотность заряда газа, поступающего в камеру сгорания.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых понижают температуру выхлопных газов, выходящих из камеры сгорания.
Таким образом, детонация в двигателе у двигателя, снабжаемого топливом, главным образом, посредством газового топлива, может подавляться посредством впрыска второго, жидкого топлива, совпадающего с событиями сгорания, и без повторного осуществления опережения и запаздывания установки момента зажигания в ответ на детонацию в двигателе.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 схематично изображает примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 2 схематично изображает примерный вариант осуществления многоцилиндрового двигателя.
Фиг. 3 изображает примерную высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа работы двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя систему впрыска топлива во впускной канал и вторичную систему непосредственного впрыска топлива, согласно настоящему раскрытию.
Фиг. 4 изображает примерную блок-схему последовательности операций способа работы системы впрыска топлива во впускной канал и вторичной системы непосредственного впрыска в зависимости от условий работы двигателя.
Фиг. 5 - графическое представление примерной временной диаграммы для работы транспортного средства и работы системы впрыска топлива во впускной канал и вторичной системы непосредственного впрыска согласно настоящему раскрытию.
Фиг. 6 изображает примерную блок-схему последовательности операций способа работы системы впрыска топлива во впускной канал и вторичной системы непосредственного впрыска в зависимости от воспламеняемости резервной текучей среды.
Фиг. 7 - графическое представление примерной временной диаграммы для работы транспортного средства и работы системы впрыска топлива во впускной канал и вторичной системы непосредственного впрыска согласно настоящему раскрытию.
Фиг. 8 изображает примерную блок-схему последовательности операций способа регулировки интенсивности вторичного впрыска.
Фиг. 9 схематично изображает примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание относится к системам и способам принятия мер в ответ на перегрев и детонацию в двигателе у двигателей с газовым топливоснабжением, таких как двигатели, схематично начерченные на фиг. 1 и 2. Системы могут включать в себя газовый топливный бак, присоединенный к топливной форсунке впрыска во впускной канал, и вторичный топливный бак резервуара, присоединенного к топливной форсунке непосредственного впрыска. Контроллер может быть запрограммирован для управления интенсивностью и установкой момента впрыска топлива посредством процедуры управления, такой как процедуры, описанные на фиг. 3, 4, 6 и 8. Установка момента впрыска топлива может устанавливаться, чтобы совпадать с событиями во время цикла сгорания у цилиндра двигателя, как изображено на фиг. 5 и 7. Кроме того, непосредственный впрыск топлива может управляться, чтобы смещаться на впрыск топлива в области цилиндра двигателя, предрасположенные к детонации, как схематично изображено 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.
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 выхлопных газов, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от выхлопных газов 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 выхлопных газов, 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.
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 соотношения воздуха выхлопных газов/топлива, 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. 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.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется непосредственный впрыск, вследствие его воздействия на работу двигателя с детонацией.
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 8 высокого давления, включающей в себя топливный бак, топливные насосы, направляющую-распределитель для топлива и формирователь 168. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, установка момента непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. Кроме того, несмотря на то, что не показано, топливный бак может иметь измерительный преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12.
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 продолжительности времени импульса сигнала FPW-2, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 топливной системой 172.
Топливо может подаваться обеими форсунками в цилиндр в течение одиночного цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть полного впрыска топлива, который подвергается сгоранию в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого из каждой форсунки, может меняться в зависимости от условий работы, таких как описанные ниже. Относительное распределение совокупного впрыскиваемого топлива среди форсунок 166 и 170 может указываться ссылкой как первое соотношение впрыска. Например, впрыск большего количества топлива для события сгорания через форсунку 170 (впрыска во впускной канал) может быть примером более высокого первого соотношения впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска наряду с тем, что впрыск большего количества топлива для события сгорания через форсунку 166 (непосредственного впрыска) может быть более низким первым соотношением впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска. Отметим, что таковые являются всего лишь примерами разных соотношений впрыска, и могут использоваться различные другие соотношения впрыска. Дополнительно, следует принимать во внимание, что впрыскиваемое во впускной канал топливо может подаваться во время события открытого впускного клапана, события закрытого впускного клапана (например, по существу после такта впуска, к примеру, во время такта выпуска), а также во время работы как с открытым, так и закрытым впускным клапаном. Подобным образом, непосредственно впрыскиваемое топливо, например, может подаваться во время такта впуска, а также частично во время предшествующего такта выпуска, во время такта впуска и частично во время такта сжатия. Кроме того, непосредственно впрыскиваемое топливо может подаваться в качестве одиночного впрыска или множественных впрысков. Таковые могут включать в себя многочисленные впрыски во время такта сжатия, многочисленные впрыски во время такта впуска или комбинацию некоторого количества непосредственных впрысков во время такта сжатия и некоторого количества во время такта впуска. Когда выполняются многочисленные непосредственные впрыски, относительное распределение совокупного непосредственно впрыскиваемого топлива между (непосредственным) впрыском такта впуска и (непосредственным) впрыском такта сжатия может указываться ссылкой как второе соотношение впрыска. Например, впрыск большего количества непосредственно впрыскиваемого топлива для события сгорания во время такта впуска может быть примером более высокого второго соотношения непосредственного впрыска такта впуска наряду с тем, что впрыск большего количества топлива для события сгорания во время такта сжатия может быть примером более низкого второго соотношения непосредственного впрыска такта сжатия. Отметим, что таковые являются всего лишь примерами разных соотношений впрыска, и могут использоваться различные другие соотношения впрыска.
По существу, даже для одиночного события сгорания, впрыскиваемое топливо может впрыскиваться с разными временными характеристиками из форсунки впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска. Кроме того, для одиночного события сгорания, многочисленные впрыски подаваемого топлива могут выполняться за каждый цикл. Многочисленные впрыски могут выполняться на такте сжатия, такта впуска или любой надлежащей их комбинации.
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.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Таковые включают в себя отличия по размеру, например, одна форсунка может иметь большее отверстие для впрыска, чем другая. Другие отличия включают в себя, но не в качестве ограничения, разные углы факела распыла, разные рабочие температуры, разное нацеливание, разную установку момента впрыска, разные характеристики факела распыла, разные расположения, и т.д. Более того, в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива среди форсунок 170 и 166, могут достигаться разные эффекты.
Топливная система 172 может включать в себя один топливный бак или многочисленные топливные баки. В вариантах осуществления, где топливная система 172 включает в себя многочисленные топливные баки, топливные баки могут содержать в себе идентичное качество топлива или могут вмещать топливо с разными качествами топлива, такими как разные составы топлива. Эти различия могут включать в себя разное содержание спиртов, разное октановое число, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их комбинацию и т.д. В одном из примеров, топливо с разным содержанием спиртов могло бы включать в себя бы смеси бензина, этилового спирта, метилового спирта или спиртов, такие как E85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта и 15% бензина) или M85 (которая приблизительно является 85% метилового спирта и 15% бензина). Другие спиртосодержащие виды топлива могли бы быть смесью спирта и воды, смесью спирта, воды и бензина, и т.д. В некоторых примерах, топливная система 172 может включать в себя топливный бак, содержащий в себе жидкое топливо, такое как бензин, а также включает в себя топливный бак, содержащий в себе газовое топливо, такое как CNG. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью впрыскивать топливо из одного и того же топливного бака, из разных топливных баков, из множества одних и тех же топливных баков или из перекрывающегося множества топливных баков.
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; 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.
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. 3.
Фиг. 2 показывает схематичное изображение многоцилиндрового двигателя в соответствии с настоящим раскрытием. Как изображено на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя цилиндры 14, присоединенные к впускному каналу 144 и выпускному каналу 148. Впускной канал 144 может включать в себя дроссель 162. Выпускной канал 148 может включать в себя устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов.
Цилиндры 14 могут быть выполнены в виде части головки 201 блока цилиндров. На фиг. 2, показана головка 201 блока цилиндров с 4 цилиндрами в рядной конфигурации. В некоторых примерах, головка 201 блока цилиндров может иметь большее или меньшее количество цилиндров, например, шесть цилиндров. В некоторых примерах, цилиндры могут быть расположены в V-образной конфигурации или другой пригодной конфигурации.
Головка 201 блока цилиндров показана присоединенной к топливной системе 172. Цилиндр 14 показан присоединенным к топливным форсункам 166 и 170. Хотя показан только один цилиндр, присоединенный к топливным форсункам, следует понимать, что все цилиндры 14, заключенные в головке 201 блока цилиндров, также могут быть присоединены к одной или более топливных форсунок. В этом примерном варианте осуществления, топливная форсунка 166 изображена в качестве топливной форсунки непосредственного впрыска, а топливная форсунка 170 изображена в качестве топливной форсунки впрыска во впускной канал. Каждая топливная форсунка может быть выполнена с возможностью подавать специфичное количество топлива в конкретный момент времени в цикле двигателя в ответ на команды из контроллера 12. Одна или обе топливных форсунки могут использоваться для подачи сжигаемого топлива в цилиндр 14 во время каждого цикла сгорания. Установка момента и количество впрыска топлива могут регулироваться в зависимости от условий работы двигателя. Регулирование установки момента и количества впрыска топлива будет дополнительно обсуждено ниже со ссылкой на фиг. 3-9.
Топливная форсунка 170 показана присоединенной к направляющей-распределителю 206 для топлива. Направляющая-распределитель 206 для топлива может быть присоединена к топливной магистрали 221. Топливная магистраль 221 может быть присоединена к топливному баку 240. Топливный насос 241 может быть присоединен к топливному баку 240 и топливной магистрали 221. Направляющая-распределитель 206 для топлива может включать в себя множество датчиков, в том числе, датчик температуры и датчик давления. Подобным образом, топливная магистраль 221 и топливный бак 240 могут включать в себя множество датчиков, в том числе, датчики температуры и давления. Топливный бак 240 также может включать в себя отверстие для дозаправки топливом.
В некоторых вариантах осуществления, топливный бак 240 может содержать в себе газовое топливо, такое как CNG, метан, LPG, газообразный водород, и т.д. В вариантах осуществления, где топливный бак 240 содержит в себе газовое топливо, клапан бака может быть присоединен к топливной магистрали 221 выше по потоку от топливного насоса 241. Магистральный клапан может быть присоединен к топливной магистрали 221 выше по потоку от клапана бака. Регулятор давления может быть присоединен к топливной магистрали 221 выше по потоку от магистрального клапана. Топливная магистраль 221 также может быть присоединена к коалесцирующему фильтру и, кроме того, может включать в себя клапан сброса давления выше по потоку от направляющей-распределителя 206 для топлива.
Топливная форсунка 166 показана присоединенной к направляющей-распределителю 205 для топлива. Направляющая-распределитель 205 для топлива может быть присоединена к топливной магистрали 220. Топливная магистраль 220 может быть присоединена к топливному баку 250. Топливный насос 251 может быть присоединен к топливному баку 250 и топливной магистрали 220. Направляющая-распределитель 205 для топлива может включать в себя множество датчиков, в том числе, датчик температуры и датчик давления. Подобным образом, топливная магистраль 220 и топливный бак 250 могут включать в себя множество датчиков, в том числе, датчики температуры и давления. Топливный бак 250 также может включать в себя отверстие для дозаправки топливом. В некоторых вариантах осуществления, топливный бак 250 может содержать в себе жидкое топливо, такое как бензин, дизельное топливо, этиловый спирт, E85, и т.д. В вариантах осуществления, где топливный бак 250 содержит в себе жидкое топливо, а топливный бак 240 содержит в себе газовое топливо, направляющая-распределитель 205 для топлива может быть выполнена в виде направляющей-распределителя для топлива высокого давления, а направляющая-распределитель 206 для топлива может быть выполнена в виде направляющей-распределителя для топлива низкого давления.
Топливная форсунка 166 также показана присоединенной к питающей магистрали 235. Питающая магистраль 235 может быть присоединена к резервуару 260. Резервуар 260 может включать в себя насос 261. В некоторых вариантах осуществления, насос 261 может быть заменен аспиратором. Питающая магистраль 235 показана присоединенной непосредственно к форсунке 166, но может быть присоединена к направляющей-распределителю 205 для топлива или отдельной камере повышения давления. Питающая магистраль 235 может быть присоединена к отдельной форсунке, которая может быть выполнена в виде форсунки непосредственного впрыска или форсунки впрыска во впускной канал.
2
В некоторых вариантах осуществления, резервуар 260 может быть бачком текучей среды для стеклоочистителя, бачком для хладагента радиатора или другим баком для хранения жидкости. В этих примерах, резервуар 260 может быть присоединен к дополнительным питающим магистралям через дополнительные насосы или аспираторы. Резервуар 260 может содержать в себе текучую среду, такую как этиловый спирт, метиловый спирт и/или раствор этилового спирта/воды или метилового спирта/воды, жидкостную EGR, бензин, и т.д., или может содержать газ, такой как H, CO, газообразную EGR, и т.д. В вариантах осуществления, где резервуар 260 содержит в себе текучую среду, текучая среда может иметь множество разных качеств, в том числе, но не в качестве ограничения включать в себя разное содержание спиртов, разное содержание воды, разное октановое число, разную теплоту испарения, разные топливные смеси, разные содержания воды, разные пределы воспламеняемости и/или их комбинации, и т.д. В вариантах осуществления, где резервуар 260 содержит в себе газ, клапан бака может быть присоединен к питающей магистрали 235 выше по потоку от топливного насоса 261. Магистральный клапан может быть присоединен к топливной магистрали 235 выше по потоку от клапана бака. Регулятор давления может быть присоединен к топливной магистрали 235 выше по потоку от магистрального клапана. Топливная магистраль 235 также может быть присоединена к коалесцирующему фильтру и, кроме того, может включать в себя клапан сброса давления. Топливная магистраль 235 может быть присоединена к одному или более датчиков давления и/или температуры на связи с контроллером.
Установка момента и расходы впрыска топлива у вторичного топлива или разбавителя могут координироваться, чтобы совпадать с событиями, происходящими во время последовательности сгорания. Кроме того, установка момента и расходы непосредственного впрыска вторичного топлива или разбавителя могут определятся в зависимости от условий работы двигателя или в зависимости от состава вторичного топлива или разбавителя. Кроме того, установка момента зажигания и давление наддува могут регулироваться в соответствии с установкой момента и расходами непосредственного впрыска вторичного топлива или разбавителя.
Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую способ 300 в соответствии с настоящим раскрытием. Способ 300 может выполняться контроллером 12. Способ 300 может начинаться на этапе 305 определением условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут измеряться, оцениваться или логически выводиться, и могут включать в себя различные условия транспортного средства, такие как скорость транспортного средства, а также различные условия работы двигателя, такие как скорость вращения двигателя, температура двигателя, температура выхлопных газов, уровень наддува, MAP, MAF, требование крутящего момента, требование мощности в лошадиных силах, и т.д. Определение условий работы двигателя может включать в себя определение, является ли двигатель работающим в состоянии высокой нагрузки. В материалах настоящего описания, состояние высокой нагрузки может быть определено в качестве нагрузки, которая больше, чем верхнее пороговое значение, например, 75% максимальной нагрузки, по сравнению с нагрузкой, которая больше, чем нижнее пороговое значение.
На этапе 310, способ может включать в себя определение, является ли двигатель работающим в режиме газового топлива. Что касается транспортных средств, которые работают исключительно на CNG или другом газовом топливе, транспортное средство может предполагаться работающим в режиме газового топлива, например, работающим на первом газовом топливе, которое является одним или более из CNG и метана. Что касается двухтопливных, многотопливных или гибридных двигателей, способ может включать в себя определение текущего коэффициента использования газового топлива. Если двигатель не является работающим в режиме газового топлива, способ 300 может переходить на этап 312. На этапе 312, способ 300 может включать в себя поддержание текущего профиля впрыска. Способ 300 затем может заканчиваться. Если двигатель является работающим в режиме газового топлива, или если использование газового топлива находится выше порогового значения, способ 300 может переходить на этап 315.
На этапе 315, способ 300 может включать в себя измерение или оценку качества и количества газового топлива, оставшегося в топливном баке. Количество топлива может измеряться с использованием датчика давления, присоединенного к топливному баку или топливной магистрали, содержащим в себе газовое топливо. Качество газового топлива может включать в себя октановое число, воспламеняемость, чистоту, и т.д., и может измеряться одним или более бортовых датчиков, оцениваться на основании измеренных условий работы двигателя, логически выводиться или определяться при событии дозаправки топливом или оцениваться благодаря другим средствам.
На этапе 320, способ 300 может включать в себя установку профиля впрыска газового топлива в зависимости от условий, измерений или оценок, обсужденных выше. Профиль впрыска топлива может включать в себя количество впрыскиваемого топлива и может включать в себя установку момента впрыска топлива относительно цикла сгорания двигателя. Примерные профили впрыска топлива дополнительно обсуждены ниже и со ссылкой на фиг. 4-8. Профиль впрыска топлива, в свою очередь, может выполняться контроллером, подающим сигналы на топливные форсунки, а кроме того, регулирующим давление газового топлива в направляющей-распределителе для топлива или топливной магистрали посредством регулирования насоса или аспиратора. Профиль впрыска топлива может быть функцией требуемого соотношения A/F. Например, количество впрыскиваемого топлива может увеличиваться, чтобы повышать максимальную мощность посредством работы с обогащением, или уменьшаться, чтобы максимизировать экономию топлива посредством работы с обеднением.
На этапе 325, способ 300 может включать в себя измерение или оценку качества и количества вторичного впрыскиваемого вещества. Как обсуждено выше и со ссылкой на фиг. 2, вторичное впрыскиваемое вещество может быть источником вторичного топлива, содержащимся в топливном баке. Например, в двухтопливном транспортном средстве, вторичное впрыскиваемое вещество может быть бензином. Второе жидкое топливо может быть одним или более из раствора метилового спирта и раствора этилового спирта. В некоторых вариантах осуществления, второе впрыскиваемое вещество может быть разбавителем, содержащимся в резервуаре. Например, вторичное впрыскиваемое вещество может быть раствором метилового спирта или текучей средой для стеклоочистителя, содержащейся в бачке с текучей средой для стеклоочистителя. В некоторых примерах, могут иметься в распоряжении многочисленные вторичные впрыскиваемые вещества, например, бензин и раствор метилового спирта. В таких примерах, все возможные вторичные впрыскиваемые вещества могут оцениваться. В качестве альтернативы, если вторичные впрыскиваемые вещества имеют в крайней степени разные свойства, количество и качество одного или более вторичных впрыскиваемых веществ могут оцениваться в зависимости от условий работы двигателя и требуемого эффекта вторичного впрыска.
На этапе 330, способ 300 может включать в себя установку профиля вторичного впрыска в зависимости от условий, измерений или оценок, обсужденных выше. Профиль вторичного впрыска топлива может включать в себя количество впрыскиваемого топлива и/или разбавителя и может включать в себя установку момента вторичного впрыска относительно цикла сгорания двигателя и относительно установки момента первичного впрыска топлива. Примерные профили вторичного впрыска дополнительно обсуждены ниже и со ссылкой на фиг. 4-8. Профиль вторичного впрыска, в свою очередь, может выполняться контроллером, подающим сигналы на топливные форсунки, а кроме того, регулирующим давление топлива или разбавителя в направляющей-распределителе для топлива, топливной магистрали или подающей магистрали посредством регулирования насоса или аспиратора. Например, разбавитель может впрыскиваться для повышения плотности газового заряда, поступающего в камеру сгорания, или для понижения температуры выхлопных газов, выходящих из цилиндра. Разбавитель может впрыскиваться для изменения соотношения A/F в камере сгорания. Например, первое впрыскиваемое количество первого газового топлива может вызывать работу двигателя с по существу стехиометрическим воздушно-топливным соотношением, а второе впрыскиваемое количество второго жидкого топлива может понижать воздушно-топливное соотношение до по существу богатого воздушно-топливного соотношения. В еще одном примере, первое количество первого газового топлива может предоставлять возможность работы двигателя с по существу бедным воздушно-топливным соотношением, а второе впрыскиваемое количество второго жидкого топлива может понижать воздушно-топливное соотношение до по существу стехиометрического воздушно-топливного соотношения.
На этапе 335, способ 300 может включать в себя регулировку установки момента зажигания и давления наддува в зависимости от условий двигателя и профилей впрыска газового топлива и вторичного впрыскиваемого вещества. Это может включать в себя осуществление опережения или запаздывания установки момента зажигания и повышение или понижение давления наддува. Регулировка установки момента зажигания и установка давления наддува могут реализовывать справочное отображение для выбора оптимальных установки момента зажигания и давления наддува для текущего набора условий работы.
Профиль впрыска топлива, профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут быть реализованы справочным отображением, где требуемые качества рабочей характеристики двигателя отображаются в профили впрыска и профили установки момента зажигания, и в зависимости от качества и количества имеющихся в распоряжении топлива и вторичного впрыскиваемого вещества. Профиль впрыска топлива, профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут определяться последовательно и в зависимости от друг друга, или могут определяться одновременно, например, посредством справочного отображения. Например, профиль вторичного впрыска может определяться в зависимости от давления наддува. Профиль впрыска топлива, профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут устанавливаться многократно через контур обратной связи, а кроме того, могут непрерывно обновляться в зависимости от скорости транспортного средства, нагрузки двигателя или других условий работы двигателя.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую способ 400 в соответствии с настоящим раскрытием. Способ 400 может выполняться контроллером 12. Способ 400 может быть реализован в качестве подпрограммы еще одного способа, например, способа 300. В частности, способ 400 может быть реализован в транспортном средстве с газовым топливоснабжением, двухтопливным топливоснабжением или многотопливным топливоснабжением, содержащем резервуар вторичного впрыскиваемого вещества, например, системе, изображенной на фиг. 2. Способ 400 может выполняться в качестве части процедуры для подавления детонации в двигателе, процедуры для максимизации удельной мощности или иного управления циклом зажигания двигателя. Способ 400 будет описан в материалах настоящего описания со ссылкой на транспортное средство, содержащее двигатель на CNG с турбонаддувом и резервуар с водой, раствором метилового спирта или раствором этилового спирта, но следует понимать, что способ мог бы быть реализован в других транспортных средствах, не выходя из объема этого раскрытия.
Способ 400 может начинаться на этапе 405 определением условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут измеряться, оцениваться или логически выводиться, и могут включать в себя различные условия транспортного средства, такие как скорость транспортного средства, а также различные условия работы двигателя, такие как скорость вращения двигателя, температура двигателя, температура выхлопных газов, уровень наддува, MAP, MAF, требование крутящего момента, требование мощности в лошадиных силах, и т.д. на этапе 410, способ 400 может включать в себя определение, выявлена ли на данный момент детонация в двигателе, или предвосхищают ли условия работы возникновение детонации в двигателе, если не изменяется один или более параметров двигателя. Например, детонация в двигателе может выявляться датчиком детонации. В некоторых примерах, детонация в двигателе может предвосхищаться в зависимости от давления в цилиндре, температуры цилиндра, условий работы двигателя, качества топлива, и т.д.
Если детонация в двигателе не выявлена и не спрогнозирована, способ 400 может переходить на этап 415. на этапе 415, способ 400 может включать в себя определение, является ли текущее требование крутящего момента или текущее требование мощности в лошадиных силах большим, чем пороговое значение. Пороговые значения могут быть заданными значениями или могут рассчитываться в зависимости от текущих условий работы двигателя. В некоторых примерах, может быть возможным предсказывать или предвосхищать повышение требования крутящего момента или мощности в лошадиных силах, например, бортовая GPS (глобальная система определения местоположения) может считывать приближающийся уклон, который требовал бы повышенных крутящего момента или мощности в лошадиных силах для поддержания текущей скорости транспортного средства.
Если текущие требования крутящего момента и мощности в лошадиных силах являются меньшими, чем пороговое значение(я), способ 400 может переходить на этап 420, где способ может включать в себя поддержание текущего профиля впрыска. Когда текущий профиль впрыска был поддержан, способ 400 может заканчиваться.
Если текущие требования крутящего момента и/или мощности в лошадиных силах являются большими, чем пороговое значение(я), способ может переходить на этап 425. На этапе 425, способ 400 может включать в себя определение требуемого соотношения A/F. Например, повышение требования крутящего момента может указывать, что соотношение A/F может повышаться от текущего соотношения A/F и смещаться в направлении соотношения богатого сгорания. На этапе 430, способ 400 может включать в себя установку профиля впрыска топлива во впускной канал. Профиль впрыска топлива во впускной канал может включать в себя установку момента и количество газового топлива, которое должно подвергаться впрыску во впускной канал во впускной коллектор.
На этапе 435, способ 400 может включать в себя установку профиль вторичного впрыска для максимизации удельной мощности. Например, удельная мощность может максимизироваться непосредственным впрыском некоторого количество вторичного впрыскиваемого вещества вслед за впрыском во впускной канал газового топлива и перед искровым зажиганием. Примерные профили впрыска изображены на фиг. 5.
7
2
1
3
5
Фиг. 5 изображает примерные графики временной зависимости для профилей впрыска топлива во впускной канал и вторичного впрыска относительно цикла сгорания в двигателе. Кривая 510 представляет положение поршня для одного из цилиндров, испытывающего четырехтактный цикл двигателя, в том числе, такты впуска, сжатия, рабочий и зажигания. График может рассматриваться образующим бесконечный цикл. В этом примере, выпускной клапан открывается в момент t времени и закрывается в момент t времени. Впускной клапан открывается в момент t времени и закрывается в момент t времени. Искровое зажигание происходит в момент t времени. Искровое зажигание показано в качестве происходящего на несколько градусов раньше достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ, TDC), но может подвергаться опережению или запаздыванию в зависимости от условий работы двигателя.
0
1
4
График 501 временной зависимости показан для установки профиля впрыска, чтобы максимизировать удельную мощность, как описано выше со ссылкой на фиг. 4. График 501 временной зависимости включает в себя профиль A впрыска и профиль B впрыска. Профиль A впрыска является профилем впрыска во впускной канал для впрыска CNG во впускной канал. Профиль B впрыска является профилем непосредственного впрыска для непосредственного впрыска вторичного впрыскиваемого вещества, такого как вода или раствор метилового спирта. Прямоугольник 520 представляет впрыск CNG во впускной канал. В этом примере, впрыск CNG во впускной канал начинается в некоторый момент времени (t) в течение такта впуска, но до открывания впускного клапана в t. Прямоугольник 525 представляет непосредственный впрыск раствора метилового спирта. В этом примере, непосредственный впрыск раствора метилового спирта происходит в момент времени (t) на такте сжатия, но перед искровым зажиганием. Таким образом, CNG может впрыскиваться во впускной канал на стехиометрии или богатом соотношении A/F. Таким образом, впрыск раствора метилового спирта перед искровым зажиганием может повышать действующее соотношение A/F и предоставлять возможность более богатого сгорания, чем для CNG в одиночку. Богатое сгорание CNG/раствора метилового спирта может предоставлять возможность, чтобы удельная мощность двигателя максимизировалась в ответ на повышенную потребность в крутящем моменте или мощности в лошадиных силах.
В материалах настоящего описания, работа двигателя на соотношении A/F стехиометрии (или стехиометрическом) может указывать на соотношения A/F, которые являются по существу стехиометрическими со временем. Например, двигатель может работать в пределах 5% от стехиометрического соотношения и и считаться стехиометрическим, или соотношение A/F может колебаться в пределах 5% выше и ниже стехиометрического соотношения A/F и считаться стехиометрическим в целях этого раскрытия.
Работа двигателя на богатом соотношении A/F может указывать ссылкой на соотношения A/F, которые богаче, чем, стехиометрические соотношения A/F, как описано выше. Двигатель может колебаться между двумя богатыми соотношениями A/F со временем и считаться работающим на по существу богатом соотношении A/F, пока нет отклонений на бедное соотношение A/F.
Подобным образом, работа двигателя на бедном соотношении A/F может указывать ссылкой на соотношения A/F, которые беднее, чем, стехиометрические соотношения A/F, как описано выше. Двигатель может колебаться между двумя бедными соотношениями A/F со временем и считаться работающим на по существу бедном соотношении A/F, пока нет отклонений на богатое соотношение A/F.
Возвращаясь на фиг. 4, если детонация в двигателе выявлена или спрогнозирована на этапе 410, способ 400 может переходить на этап 450. На этапе 450, способ 400 может включать в себя определение, является ли текущее требование крутящего момента или текущее требование мощности в лошадиных силах большим, чем пороговое значение. Как описано выше, пороговые значения могут быть заданными значениями или могут рассчитываться в зависимости от текущих условий работы двигателя. В некоторых примерах, может быть возможным предсказывать или предвосхищать повышение требования крутящего момента или мощности в лошадиных силах.
Если определено, что текущие требования крутящего момента и/или мощности в лошадиных силах являются большими, чем пороговое значение(я), способ может переходить на этап 455. На этапе 455, способ 400 может включать в себя определение требуемого соотношения A/F. Например, если двигатель является работающим с детонацией или близок к тому, чтобы работать с детонацией, и запрошено низкое требование крутящего момента, может требоваться бедное соотношение A/F. На этапе 460, способ 400 может включать в себя установку профиля впрыска топлива во впускной канал. Профиль впрыска топлива во впускной канал может включать в себя установку момента и количество газового топлива, которое должно подвергаться впрыску во впускной канал во впускной коллектор.
На этапе 465, способ 400 может включать в себя установку профиль вторичного впрыска для достижения стехиометрического соотношения A/F. Например, раствор метилового спирта может впрыскиваться вслед за зажиганием и во время рабочего такта для повышения соотношения A/F внутри цилиндра.
0
1
6
Примерный впрыск топлива для вышеприведенного состояния изображен графиком 502 временной зависимости на фиг. 5. График 502 временной зависимости включает в себя профиль C впрыска и профиль D впрыска. Профиль C впрыска является профилем впрыска во впускной канал для впрыска CNG во впускной канал. Профиль D впрыска является профилем непосредственного впрыска для непосредственного впрыска вторичного впрыскиваемого вещества, такого как вода или раствор метилового спирта. Прямоугольник 530 представляет впрыск CNG во впускной канал. В этом примере, впрыск CNG во впускной канал начинается в некоторый момент времени (t) в течение такта впуска, но до открывания впускного клапана в t. В этом примере, прямоугольник 530 представляет количество CNG, которое давало бы в результате соотношение A/F бедного сгорания. Прямоугольник 535 представляет непосредственный впрыск раствора метилового спирта. В этом примере, непосредственный впрыск раствора метилового спирта происходит в момент времени (t) на рабочем такте вслед за искровым зажиганием. Таким образом, CNG может впрыскиваться во впускной канал на бедном соотношении A/F, чтобы избегать детонацию в двигателе, и раствор метилового спирта может непосредственно впрыскиваться для регулирования соотношения A/F, чтобы было по существу стехиометрическим во время сгорания.
Возвращаясь на фиг. 4, на этапе 450, если определено, что текущие требования крутящего момента и/или мощности в лошадиных силах являются большими, чем пороговое значение(я), способ может переходить на этап 475. На этапе 475, способ 400 может включать в себя определение требуемого соотношения A/F. Например, если двигатель является работающим с детонацией или близок к тому, чтобы работать с детонацией, и запрошено высокое требование крутящего момента, может требоваться богатое соотношение A/F. На этапе 480, способ 400 может включать в себя установку профиля впрыска топлива во впускной канал. Профиль впрыска топлива во впускной канал может включать в себя установку момента и количество газового топлива, которое должно подвергаться впрыску во впускной канал во впускной коллектор.
На этапе 485, способ 400 может включать в себя установку профиль вторичного впрыска для понижения температуры сгорания. Например, раствор метилового спирта может впрыскиваться вслед за сгоранием и во время такта выпуска, чтобы понижать температуру выхлопных газов, выходящих из цилиндра.
0
1
4
Примерный впрыск топлива для вышеприведенного состояния изображен графиком 503 временной зависимости на фиг. 5. График 503 временной зависимости включает в себя профиль E впрыска и профиль F впрыска. Профиль E впрыска является профилем впрыска во впускной канал для впрыска CNG во впускной канал. Профиль F впрыска является профилем непосредственного впрыска для непосредственного впрыска вторичного впрыскиваемого вещества, такого как вода или раствор метилового спирта. Прямоугольник 540 представляет впрыск CNG во впускной канал. В этом примере, впрыск CNG во впускной канал начинается в некоторый момент времени (t) в течение такта впуска, но до открывания впускного клапана в t. В этом примере, прямоугольник 540 представляет количество CNG, которое давало бы в результате соотношение A/F стехиометрического или богатого сгорания. Прямоугольник 545 представляет непосредственный впрыск раствора метилового спирта. В этом примере, непосредственный впрыск раствора метилового спирта происходит в момент времени (t) в течение такта выпуска, но до открывания выпускного клапана. Таким образом, CNG может подвергаться впрыску во впускной канал на стехиометрии или богатом соотношении A/F, чтобы максимизировать мощность двигателя, и раствор метилового спирта может непосредственно впрыскиваться для охлаждения температуры цилиндра сгорания и сопутствующих выхлопных газов, выходящих из цилиндра сгорания, тем самым, подавляя детонацию в двигателе. В некоторых примерах, непосредственный впрыск раствора метилового спирта может перекрываться с открыванием выпускного клапана или может начинаться вслед за открыванием выпускного клапана. Многочисленные впрыски топлива раствора метилового спирта могут происходить во время цикла двигателя. Например, первый впрыск может происходить в момент t4 времени, сопровождаемый вторым впрыском в момент t7 времени. Таким образом, удельная мощность двигателя может максимизироваться наряду с поддержанием температуры двигателя ниже порогового значения и, к тому же, наряду с подавлением детонации в двигателе.
Возвращаясь на фиг. 4, когда профиль впрыска во впускной канал и профиль вторичного впрыска были установлены, способ 400 может переходить на этап 490. На этапе 490, способ 400 может включать в себя регулировку установки момента зажигания и/или регулировку давления наддува.
Профиль впрыска во впускной канал, профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут быть реализованы справочным отображением, где требуемые качества рабочей характеристики двигателя отображаются в профили впрыска и профили установки момента зажигания, и в зависимости от качества и количества имеющихся в распоряжении топлива и вторичного впрыскиваемого вещества. Профиль впрыска топлива, профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут определяться последовательно и в зависимости друг от друга, или могут определяться одновременно, например, посредством справочного отображения. Например, профиль вторичного впрыска может определяться в зависимости от давления наддува. Профиль впрыска топлива, профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут устанавливаться многократно через контур обратной связи, а кроме того, могут непрерывно обновляться в зависимости от скорости транспортного средства, нагрузки двигателя, требуемого соотношения A/F, детонации в двигателе или других условий работы двигателя.
Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую способ 600 в соответствии с настоящим раскрытием. Способ 600 может выполняться контроллером 12. Способ 600 может быть реализован в качестве подпрограммы еще одного способа, например, способа 300. В частности, способ 600 может быть реализован в транспортном средстве с газовым топливоснабжением, двухтопливным топливоснабжением или многотопливным топливоснабжением, содержащем резервуар вторичного впрыскиваемого вещества, например, системе, изображенной на фиг. 2. Способ 600 может выполняться в качестве части процедуры для подавления детонации в двигателе, процедуры для максимизации удельной мощности или иного управления циклом зажигания двигателя. Способ 600 будет описан в материалах настоящего описания со ссылкой на транспортное средство, содержащее двигатель на CNG с турбонаддувом и резервуар, который может удерживать одно из множества вторичных впрыскиваемых веществ с отличающимися свойствами, но следует понимать, что способ мог бы быть реализован в других транспортных средствах, не выходя из объема этого раскрытия.
Способ 600 может начинаться на этапе 610 определением условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут измеряться, оцениваться или логически выводиться, и могут включать в себя различные условия транспортного средства, такие как скорость транспортного средства, а также различные условия работы двигателя, такие как скорость вращения двигателя, температура двигателя, температура выхлопных газов, уровень наддува, MAP, MAF, требование крутящего момента, требование мощности в лошадиных силах, и т.д.
На этапе 620, способ 600 может включать в себя определение, является ли температура двигателя большей, чем пороговое значение. Пороговое значение может быть заданной температурой или может определяться в зависимости от условий работы двигателя. В некоторых вариантах осуществления, температура выхлопных газов может сравниваться с пороговым значением в дополнение к или взамен температуры двигателя. Если температура двигателя находится ниже порогового значения, способ 600 может переходить на этап 630. На этапе 630, способ 600 может включать в себя поддержание текущего профиля впрыска. Когда текущий профиль впрыска был поддержан, способ 600 может заканчиваться.
Если температура двигателя находится выше порогового значения, способ 600 может переходить на этап 640. На этапе 640, способ 600 может включать в себя измерение или оценку качества и количества резервной текучей среды. Как обсуждено выше и со ссылкой на фиг. 2 и 3, вторичное впрыскиваемое вещество может быть источником вторичного топлива, содержащимся в топливном баке. Например, в двухтопливном транспортном средстве, вторичное впрыскиваемое вещество может быть бензином. В еще одном примере, второе впрыскиваемое вещество может быть разбавителем, содержащимся в резервуаре. Например, вторичное впрыскиваемое вещество может быть раствором метилового спирта, содержащимся в бачке с текучей средой для омывателя ветрового стекла. В некоторых примерах, могут иметься в распоряжении многочисленные вторичные впрыскиваемые вещества, например, бензин и раствор метилового спирта. В таких примерах, все возможные вторичные впрыскиваемые вещества могут оцениваться. В качестве альтернативы, если вторичные впрыскиваемые вещества имеют в крайней степени разные свойства, количество и качество одного или более вторичных впрыскиваемых веществ могут оцениваться в зависимости от условий работы двигателя и требуемого эффекта вторичного впрыска.
На этапе 650, способ 600 может включать в себя сравнение воспламеняемости резервной текучей среды с пороговым значением. Если резервная текучая среда имеет воспламеняемость ниже порогового значения, способ 600 может переходить на этап 660. На этапе 660, способ 600 может включать в себя регулировку профиля впрыска для впрыска некоторого количества резервной текучей среды на 10% времени горения. Другими словами, вторичное впрыскиваемое вещество с низкой воспламеняемостью может впрыскиваться в заданный момент времени вслед за искровым зажиганием.
Если резервная текучая среда имеет воспламеняемость выше порогового значения, способ 600 может переходить на этап 670. На этапе 670, способ 600 может включать в себя регулировку профиля впрыска для впрыска некоторого количества резервной текучей среды перед искровым зажиганием. Другими словами, вторичное впрыскиваемое вещество с высокой воспламеняемостью может впрыскиваться в заданный момент времени перед искровым зажиганием.
Когда профиль впрыска был настроен в зависимости от воспламеняемости вторичного впрыскиваемого вещества, способ 600 может переходить на этап 680. На этапе 680, способ 600 может включать в себя регулировку установки момента зажигания и/или регулировку давления наддува.
Профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут быть реализованы справочным отображением, где требуемые качества рабочей характеристики двигателя отображаются в профили впрыска и профили установки момента зажигания, и в зависимости от качества и количества имеющихся в распоряжении топлива и вторичного впрыскиваемого вещества. Профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут определяться последовательно и в зависимости друг от друга, или могут определяться одновременно, например, посредством справочного отображения. Профиль вторичного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут устанавливаться многократно через контур обратной связи, а кроме того, могут непрерывно обновляться в зависимости от скорости транспортного средства, нагрузки двигателя, требуемого соотношения A/F, детонации в двигателе или других условий работы двигателя.
Например, установка момента вторичного впрыска может регулироваться в зависимости от давления наддува. Что касается вторичного впрыскиваемого вещества с относительно низкой воспламеняемостью, установка момента вторичного впрыска вслед за искровым зажиганием может быть обратно пропорциональными давлению наддува. Другими словами, при высоком давлении наддува, установка момента может регулироваться, чтобы быть ближе к искровому зажиганию, чем для более низкого давления наддува, где установка момента впрыска может быть дальше от искрового зажигания.
7
2
1
3
5
Фиг. 7 изображает примерный график 700 временной зависимости для профилей впрыска топлива во впускной канал и вторичного впрыска относительно цикла сгорания в двигателе. Кривая 710 представляет положение поршня для одного из цилиндров, испытывающего четырехтактный цикл двигателя, в том числе, такты впуска, сжатия, рабочий и зажигания. График может рассматриваться образующим бесконечный цикл. В этом примере, выпускной клапан открывается в момент t времени и закрывается в момент t времени. Впускной клапан открывается в момент t времени и закрывается в момент t времени. Искровое зажигание происходит в момент t времени. Искровое зажигание показано в качестве происходящего на несколько градусов раньше достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ, TDC), но может подвергаться опережению или запаздыванию в зависимости от условий работы двигателя.
0
1
6
6
График 701 впрыска показан для установки профиля впрыска для вторичного впрыска с низкой воспламеняемостью, как описано выше со ссылкой на фиг. 6. График 701 временной зависимости включает в себя профиль A впрыска и профиль B впрыска. Профиль A впрыска является профилем впрыска во впускной канал для впрыска CNG во впускной канал. Профиль B впрыска является профилем непосредственного впрыска для непосредственного впрыска вторичного впрыскиваемого вещества низкой воспламеняемостью, такого как вода или раствор метилового спирта. Прямоугольник 720 представляет впрыск CNG во впускной канал. В этом примере, впрыск CNG во впускной канал начинается в некоторый момент времени (t) в течение такта впуска, но до открывания впускного клапана в t. Прямоугольник 725 представляет непосредственный впрыск раствора метилового спирта. В этом примере, непосредственный впрыск раствора метилового спирта происходит в момент времени (t) на рабочем такте вслед за искровым зажиганием и после 10% времени горения. Таким образом, впрыск раствора метилового спирта после искрового зажигания может повышать действующее соотношение A/F и предоставлять возможность более богатого сгорания, чем для CNG в одиночку. Посредством впрыска раствора метилового спирта в момент t времени, плохая воспламеняемость раствора метилового спирта не оказывает влияния на создание центра горения. Работа по расширению, выполняемая событием сгорания, может увеличиваться, и температура выхлопных газов может снижаться. В некоторых примерах, установка момента впрыска может задерживаться пропорционально уменьшению воспламеняемости жидкого топлива или разбавителя наряду с тем, что момент времени впрыска находится после формирования центра горения. Установка момента впрыска раствора метилового спирта может происходить между искровым зажиганием и ВМТ. Таким образом, богатое сгорание CNG/раствора метилового спирта может предоставлять возможность, чтобы удельная мощность двигателя максимизировалась в ответ на повышенную потребность в крутящем моменте или мощности в лошадиных силах, к тому же, наряду с подавлением детонации в двигателе посредством понижения максимальной температуры сгорания.
2
0
1
4
График 702 впрыска показан для установки профиля впрыска для вторичного впрыска с высокой воспламеняемостью, как описано выше со ссылкой на фиг. 6. График 702 временной зависимости включает в себя профиль C впрыска и профиль D впрыска. Профиль C впрыска является профилем впрыска во впускной канал для впрыска CNG во впускной канал. Профиль D впрыска является профилем непосредственного впрыска для непосредственного впрыска вторичного впрыскиваемого вещества с высокой воспламеняемостью, такого как H или бензин. Прямоугольник 730 представляет впрыск CNG во впускной канал. В этом примере, впрыск CNG во впускной канал начинается в некоторый момент времени (t) в течение такта впуска, но до открывания впускного клапана в t. Прямоугольник 735 представляет непосредственный впрыск бензина. В этом примере, непосредственный впрыск бензина происходит в момент времени (t) на такте сжатия перед искровым зажиганием. Таким образом, впрыск бензина перед искровым зажиганием может повышать действующее соотношение A/F и предоставлять возможность более богатого сгорания, чем для CNG в одиночку. Богатое сгорание CNG/бензина может предоставлять возможность, чтобы удельная мощность двигателя максимизировалась в ответ на повышенную потребность в крутящем моменте или мощности в лошадиных силах, к тому же, наряду с подавлением детонации в двигателе посредством понижения максимальной температуры сгорания.
Фиг. 8 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую способ 800 в соответствии с настоящим раскрытием. Способ 800 может выполняться контроллером 12. Способ 800 может быть реализован в качестве подпрограммы еще одного способа, например, способа 300. В частности, способ 800 может быть реализован в транспортном средстве с газовым топливоснабжением, двухтопливным топливоснабжением или многотопливным топливоснабжением, содержащем резервуар вторичного впрыскиваемого вещества, например, системе, изображенной на фиг. 2. Способ 800 может выполняться в качестве части процедуры для подавления детонации в двигателе, процедуры для максимизации удельной мощности или иного управления циклом зажигания двигателя. Способ 800 будет описан в материалах настоящего описания со ссылкой на транспортное средство, содержащее двигатель на CNG с турбонаддувом и резервуар, который может удерживать раствор метилового спирта или этилового спирта, но следует понимать, что способ мог бы быть реализован в других транспортных средствах, не выходя из объема этого раскрытия.
Способ 800 может начинаться на этапе 805 определением условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут измеряться, оцениваться или логически выводиться, и могут включать в себя различные условия транспортного средства, такие как скорость транспортного средства, а также различные условия работы двигателя, такие как скорость вращения двигателя, температура двигателя, температура выхлопных газов, уровень наддува, MAP, MAF, требование крутящего момента, требование мощности в лошадиных силах, и т.д.
На этапе 810, способ 800 может включать в себя измерение или оценку количества спирта вторичного впрыскиваемого вещества, удерживаемого в резервном баке. Например, процентное содержание спирта может измеряться в зависимости от давления паров и объема текучей среды в резервном баке или может оцениваться на сновании качеств готового продукта, такого как текучая среда для стеклоочистителя.
На этапе 815, способ 800 может включать в себя определение значения для AFR, которое достижимо при впрыске вторичного впрыскиваемого вещества, в зависимости от процентного содержания спирта вторичного впрыскиваемого вещества. Это значение может указываться ссылкой как AFR_add_capability. Вторичное впрыскиваемое вещество может использоваться для предоставления возможности сгорания с более богатым AFR, чем с CNG в одиночку. Профиль сгорания и максимальное AFR для CNG + впрыскиваемое вещество может определяться в зависимости от процентного содержания спирта вторичного впрыскиваемого вещества. Например, 100% метилового спирта имеет очень широкий интервал AFR, тогда как 20% метилового спирта имеет более узкий интервал AFR.
На этапе 820, способ 800 может включать в себя измерение температуры клапана в цилиндре. Это может включать в себя измерение температуры клапана или седла клапана, или оценку температуры клапана на основании условий двигателя, таких как температура выхлопных газов. Температура клапана может измеряться или оцениваться для впускного клапана, выпускного клапана или обоих. Температура клапана может измеряться или оцениваться для каждого клапана многоцилиндрового двигателя, или может измеряться или оцениваться для двигателя в целом.
На этапе 825, способ 800 может включать в себя определение, является ли температура клапана, измеренная или оцененная на этапе 820, большей, чем пороговое значение. Пороговое значение может быть заданным или может рассчитываться в зависимости от текущих условий работы двигателя. Если температура клапана не находится выше порогового значения, способ 800 может переходить на этапе 830. на этапе 830, способ 800 может включать в себя поддержание минимальной интенсивности резервного впрыска. Минимальная интенсивность резервного впрыска может быть функцией качестве резервной текучей среды, например, процентного содержания спирта резервной текучей среды. Минимальная интенсивность резервного впрыска может устанавливаться в минимальную интенсивность, необходимую для выработки минимального количества сажи во время цикла сгорания, чтобы действовала в качестве смазки выпускного клапана.
Если температура клапана находится выше порогового значения, способ 800 может переходить на этап 840. На этапе 840, способ 800 может включать в себя определение требуемой температуры охлаждения в зависимости от температуры клапана. Требуемая температура охлаждения в материалах настоящего описания может указываться ссылкой как cooling_temp_req и может быть температурой, требуемой для поддержания температуры клапана на определенном значении ниже пороговой температуры, в зависимости от текущих условий работы двигателя.
На этапе 845, способ 800 может включать в себя определение требуемого AFR. Требуемое AFR в материалах настоящего описания может указываться ссылкой как AFR_des и может быть функцией AFR_add_capabilty, cooling_temp_req и других условий работы двигателя. Значение AFR_des может быть установлено в качестве необходимого AFR, чтобы достигалось обогащенное сгорание, и температура сгорания понижалась от текущих условий.
На этапе 850, способ 800 может включать в себя определение интенсивности вторичного впрыска, необходимой для достижения AFR_des, в зависимости от условий работы двигателя. Интенсивность вторичного впрыска в материалах настоящего описания может указываться ссылкой как mass_rate_fluid_req и может быть функцией процентного содержания спирта резервной текучей среды, AFR_add_capability, cooling_temp_req, скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя и других условий работы двигателя.
На этапе 855, способ 800 может включать в себя регулировку интенсивности резервного впрыска, чтобы интенсивность была функцией от mass_rate_fluid_req. Интенсивность впрыска может регулироваться бесконечно или указываться командой для регулировки до тех пор, пока температура клапана не снизилась ниже порогового значения.
Когда профиль впрыска был настроен в зависимости от воспламеняемости вторичного впрыскиваемого вещества, способ 800 может переходить на этап 860. На этапе 860, способ 800 может включать в себя регулировку установки момента зажигания и/или регулировку давления наддува.
Профиль резервного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут быть реализованы справочным отображением, где требуемые качества рабочей характеристики двигателя отображаются в профили впрыска и профили установки момента зажигания, и в зависимости от качества и количества имеющихся в распоряжении топлива и резервного впрыскиваемого вещества. Профиль резервного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут определяться последовательно и в зависимости друг от друга, или могут определяться одновременно, например, посредством справочного отображения. Например, профиль вторичного впрыска может определяться в зависимости от давления наддува. Профиль резервного впрыска, установка момента зажигания и давление наддува могут устанавливаться многократно через контур обратной связи, а кроме того, могут непрерывно обновляться в зависимости от скорости транспортного средства, нагрузки двигателя, требуемого соотношения A/F, детонации в двигателе или других условий работы двигателя.
Фиг. 9 показывает схематичное изображение цилиндра 14 сгорания в соответствии с настоящим раскрытием. Как описано выше и со ссылкой на фиг. 1 и 2, цилиндр 14 содержит стенки 136 камеры, охлаждающую гильзу 118, впускной клапан 150, который расположен между цилиндром 14 и впускным коллектором 144, выпускной клапан 156, который расположен между цилиндром 14 и выпускным коллектором 148, поршень 138, который может быть присоединен к коленчатому валу 140, и свечу 192 зажигания. В этом примере, цилиндр 14 показан присоединенным к топливной форсунке 166 непосредственного впрыска и вторичную форсунку 966 непосредственного впрыска. Цилиндр 14 также может быть присоединен к топливной форсунке 170 впрыска во впускной канал (не показана).
Камера сгорания цилиндра 14 может быть разделена на две области, концевую область 901 и внутреннюю область 902. Концевая область 901 может включать в себя области камеры сгорания, наиболее вероятные для становления концевой зоной горения, и таким образом, области камеры сгорания, наиболее вероятные для подвергания детонации в двигателе. Вторичная форсунка 966 непосредственного впрыска может быть сконфигурирована, чтобы впрыскивать разбавитель в области камеры сгорания, наиболее вероятные для становления концевой зоной горения. Таким образом, вторичное впрыскиваемое вещество может эффективно нацеливаться в части цилиндра, где наиболее вероятно должна происходить детонация.
Вторичная форсунка 966 непосредственного впрыска может быть выполнена с возможностью впрыскивать текучую среду в зависимости от положения поршня в цикле сгорания, например, с впрыском в конце сгорания. Форсунка 966 может впрыскивать большие капли по сравнению с тонко распыленными каплями, впрыскиваемыми форсункой 166 непосредственного впрыска. Таким образом, потоки впрыска, выходящие из форсунки 966, могут проникать дальше в концевую область 901 цилиндра 14, где концевая область 901 расположена ниже в камере сгорания, чем область 902. В некоторых вариантах осуществления, форсунка 966 может быть радиально нацеленной форсункой. Непосредственная форсунка 166 может быть выполнена с возможностью впрыскивать топливо во внутреннюю область 902. Непосредственный впрыск количества жидкого топлива может содержать впрыск жидкого топлива с разными временными характеристиками в ответ на спрогнозированное местоположение концевой зоны горения. Дополнительно, впрыск жидкости может содержать впрыскивание жидкого топлива с радиально нацеленной форсункой в разные местоположения цилиндра в ответ на спрогнозированное местоположение концевой зоны горения. Таким образом, может создаваться впрыск топлива послойного типа.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, 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. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.