Система и способ управления установкой момента и длительности импульса впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания (варианты) - RU2626921C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящая заявка относится к способам и системам для управления установкой момента и длительности импульса впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания.

Уровень техники

Непосредственный впрыск топлива, при котором топливо подается непосредственно в камеру сгорания двигателя, может применяться для подачи топлива в двигатель. Топливная форсунка может принимать топливо под высоким давлением из направляющей-распределителя для топлива, находящейся под давлением от топливного насоса высокого давления. Непосредственный впрыск может обеспечивать гибкость в установке момента подачи топлива в цилиндр в зависимости от условий работы.

Раскрытие изобретения

Авторы в материалах настоящей заявки осознали, что во время перезапусков прогретого двигателя, более высокий, чем запрошенный поток топлива, может подаваться в двигатель вследствие высокого давления направляющей-распределителя для топлива из-за топлива высокой температуры наряду с минимальными временами открывания форсунки. По существу, топливовоздушное соотношение может не поддерживаться на требуемом уровне вследствие увеличенного количества топлива, подаваемого в двигатель. В результате, эффективное снижение токсичности отработавших газов может уменьшаться, так как могут возрастать выбросы из двигателя.

Таким образом, в одном из примеров, вышеприведенные проблемы могут быть по меньшей мере частично решены способом для двигателя.

Таким образом, в одном из аспектов предложен способ для двигателя, включающий, во время перезапуска прогретого двигателя, регулирование установки момента впрыска топлива в цилиндр двигателя, так чтобы в течение всей длительности, когда открыта топливная форсунка, давление в цилиндре было большим, чем пороговое давление в цилиндре. Таким образом, можно использовать преимущество сжатия, формируемого поршнем во время хода сжатия, чтобы нейтрализовать следствия минимального времени открывания форсунки.

В одном из примеров, пороговое давление в цилиндре может повышаться с повышением давления в направляющей-распределителе для топлива. По существу, установки момента открывания и закрывания впрыска топлива могут подвергаться запаздыванию по сравнению с состоянием холодного запуска или состоянием горячего перезапуска, где установка момента впрыска не модифицируется значительно на основании давления в цилиндре. Посредством осуществления запаздывания впрыска топлива для состояния, когда давление в цилиндре является более высоким, более высокое давление в цилиндре увеличивает длительность импульса топлива, необходимую для достижения требуемого количества впрыскиваемого топлива для данного давления в направляющей-распределителе. Таким образом, длительность импульса топлива может, например, легче модифицироваться в ответ на требования к топливовоздушному соотношению для снижения токсичности отработавших газов.

Пороговое давление в цилиндре предпочтительно основано на давлении в направляющей-распределителе для топлива, при этом пороговое давление в цилиндре увеличивается при повышении давления в направляющей-распределителе для топлива.

Способ предпочтительно дополнительно включает регулирование длительности импульса впрыска топлива на основании давления в направляющей-распределителе для топлива и давления в цилиндре.

Перезапуск прогретого двигателя предпочтительно включает в себя случаи, когда двигатель включается после отключения в течение пороговой длительности, и температура охлаждающей жидкости является большей, чем пороговая температура.

Установка момента впрыска топлива предпочтительно включает в себя момент времени, когда форсунка открывается, и момент времени, когда форсунка закрывается.

Установка момента впрыска топлива предпочтительно включает в себя среднее время, на которое открывается форсунка.

Способ предпочтительно дополнительно включает, во время холодного запуска двигателя, впрыскивание топлива непосредственно в цилиндр, при этом топливная форсунка открыта по меньшей мере когда давление в цилиндре находится ниже порогового давления в цилиндре.

Способ предпочтительно дополнительно включает осуществление запаздывания установки момента впрыска для величины впрыска топлива, меньшей чем пороговое значение, при этом установка момента от открывания до закрывания подвергается запаздыванию на длительность по углу поворота коленчатого вала, в течение которой давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление в цилиндре.

Способ предпочтительно дополнительно включает впрыскивание топлива непосредственно в цилиндр двигателя множество раз во время цикла сгорания.

Согласно другому аспекту предложен способ для двигателя, включающий, во время перезапуска прогретого двигателя, впрыскивание топлива непосредственно в цилиндр, при этом форсунка открыта только когда давление в цилиндре находится выше порогового давления в цилиндре, причем пороговое давление в цилиндре регулируется в ответ на давление в направляющей-распределителе для топлива, и, во время холодного запуска двигателя, впрыскивание топлива непосредственно в цилиндр, при этом форсунка открыта по меньшей мере когда давление в цилиндре находится ниже порогового давления в цилиндре.

Пороговое давление в цилиндре предпочтительно повышается в ответ на повышение давления в направляющей-распределителе для топлива.

Способ предпочтительно дополнительно включает, во время перезапуска прогретого двигателя, регулирование длительности импульса впрыска на основании давления в цилиндре и давления в направляющей-распределителе для топлива.

Во время перезапуска прогретого двигателя, установка момента открывания и закрывания впрыска топлива предпочтительно подвергается запаздыванию.

Во время холодного запуска двигателя, установка момента впрыска топлива предпочтительно основана на температуре окружающей среды и давлении окружающей среды.

Способ предпочтительно дополнительно включает оценивание давления в цилиндре на основании политропного уравнения состояния.

Способ предпочтительно дополнительно включает оценивание давления в цилиндре на основании справочной таблицы заданных значений.

Согласно еще одному аспекту предложена система для двигателя, содержащая топливную систему с форсункой непосредственного впрыска, присоединенной по текучей среде между направляющей-распределителем для топлива и цилиндром двигателя, и выполненной с возможностью непосредственного впрыскивания топлива в цилиндр, и контроллер в сообщении с форсункой непосредственного впрыска, выполненный с возможностью определения давления в направляющей-распределителе для топлива и давления в цилиндре, и управления форсункой непосредственного впрыска для впрыскивания топлива в цилиндр, только когда давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление в цилиндре, во время перезапуска прогретого двигателя, при этом пороговое давление в цилиндре регулируется в ответ на давление в направляющей-распределителе для топлива.

Контроллер предпочтительно выполнен с возможностью определения давления в цилиндре на основании политропного уравнения состояния.

Контроллер предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью впрыскивания по меньшей мере некоторого количества топлива в цилиндр, когда давление в цилиндре является меньшим, чем пороговое давление в цилиндре, во время холодного запуска двигателя.

Контроллер предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью регулирования длительности импульса впрыска в ответ на давление в цилиндре и давление в направляющей-распределителе для топлива.

Контроллер предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью осуществления запаздывания установок момента открывания и закрывания форсунки в ответ на пороговое давление в цилиндре во время перезапуска прогретого двигателя.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые решают какие-нибудь недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой принципиальную схему двигателя.

Фиг.2 представляет собой принципиальную схему цилиндра двигателя, присоединенного к топливной системе.

Фиг.3 представляет собой временные диаграммы, иллюстрирующие впрыск топлива по отношению к давлению цилиндра и положению поршня.

Фиг.4 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для управления впрыском топлива для двигателя во время холодного запуска двигателя.

Фиг.5 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для управления впрыском топлива для двигателя во время перезапуска прогретого двигателя.

Фиг.6 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для управления впрыском топлива для двигателя во время перезапуска прогретого двигателя.

Фиг.7 представляет собой временные диаграммы, иллюстрирующие установку момента впрыска топлива относительно числа оборотов двигателя и длительности импульса топлива.

Подробное описание изобретения

Последующее описание относится к различным вариантам осуществления способов и систем для управления впрыском топлива в двигатель. В одном из примерных способов для приведения в действие двигателя, во время перезапуска прогретого двигателя, установка момента впрыска топлива цилиндра двигателя регулируется, так чтобы в течение всей длительности, когда открыта топливная форсунка, давление в цилиндре было большим, чем пороговое давление в цилиндре. В таком примере, каждая из установок момента открывания и закрывания топливной форсунки может подвергаться запаздыванию, так чтобы топливо впрыскивалось в более поздний момент времени, когда давление в цилиндре является большим. Например, пороговое давление в цилиндре может регулироваться в ответ на давление в направляющей-распределителе для топлива, так чтобы пороговое давление в цилиндре увеличивалось в зависимости от повышенного давления в направляющей-распределителе для топлива. Когда топливо впрыскивается при более высоком давлении в цилиндре, когда перепад между давлением в цилиндре и давлением в направляющей-распределителе для топлива является меньшим, скорость потока топлива в цилиндр снижается, и топливная форсунка должна дольше оставаться открытой, чтобы подавать требуемое количество топлива в цилиндр. По существу, есть малая вероятность подачи более высокого, чем требуемое, количества топлива в цилиндр во время перезапуска прогретого двигателя, и может поддерживаться требуемое топливовоздушное соотношение. Перезапуск прогретого двигателя может содержать запуск двигателя из состояния покоя, вскоре после предыдущей работы двигателя, так чтобы температура двигателя поднималась выше порогового значения и поднималась относительно температуры окружающей среды. В противоположность, холодный запуск двигателя может содержать запуск двигателя из состояния покоя, в котором двигатель остыл до температуры окружающей среды, например, ниже пороговой температуры. Различные альтернативные подходы также могут использоваться для идентификации холодных запусков двигателя или горячих перезапусков, таких как температура охлаждающей жидкости двигателя, температура блока цилиндров двигателя и различные другие.

На фиг.1 показана принципиальная схема, показывающая примерный вариант осуществления одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 управляется, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 сгорания (то есть цилиндр) двигателя 10 включает в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенными в них. Как показано, поршень 36 присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы обеспечивать операцию запуска двигателя 10.

Как показано в примере на фиг.1, камера 30 сгорания принимает всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускает газообразные продукты сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

В этом примере, впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 управляются посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 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 клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положения впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 определяются датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.

Кроме того, топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива прямо в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания (как показано на фиг.1). Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой 70, включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива, как будет подробнее описано ниже со ссылкой на фиг.2. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном коллекторе 44, в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как оконный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от камеры 30 сгорания.

Как показано на фиг.1, впускной канал 42 включает в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 62, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, среди других цилиндров двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 выдается в контроллер 12, например, посредством сигнала TP положения дросселя. Впускной канал 42 дополнительно включает в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.

В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания или одна, или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, со свечой зажигания или без нее. В других примерах, двигатель 10, дополнительно или в качестве альтернативы, может включать в себя систему зажигания, которая выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах.

Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NO_x, HC или CO. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может периодически перерегулироваться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя, в пределах конкретного топливовоздушного соотношения.

Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 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 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления во в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP, например, может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включая воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать заданное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.

Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.

Как описано выше, фиг.1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя; следует понимать, что каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания, и т.д.

На фиг.2 показан примерный вариант осуществления цилиндра, такого как камера 30 сгорания двигателя 10, описанного выше со ссылкой на фиг.1. Как показано на фиг.2, камера 30 сгорания присоединена по текучей среде к топливной системе 70. Фиг.1 и 2 включают в себя аналогичные части, и по существу, обозначены сходными ссылочными позициями, и некоторые из частей могут подробно вновь не описываться.

Как показано на фиг.2, топливная система 70 включает в себя топливный бак 72, топливный насос 72 и направляющую-распределитель 76 для топлива. Топливный бак 72 удерживает подходящее топливо для сгорания, которое подается в камеру 30 сгорания. В качестве примера, топливный бак 72 может удерживать дизельное топливо. В других примерах, топливный бак 72 может удерживать бензин или спирт, содержащий в себе топливную смесь, такую как E85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта и 15% бензина) или M85 (которая приблизительно является 85% метилового спирта и 15% бензина).

Насос 72 может быть насосом высокого давления, который питает направляющую-распределитель 76 для топлива топливом под высоким давлением. Направляющая-распределитель 76 для топлива, например, может быть аккумулятором высокого давления, который хранит топливо под высоким давлением до тех пор, пока оно не подается в камеру 30 сгорания. Топливная система 70 дополнительно включает в себя датчик 78 давления на связи с контроллером 12, и выполненный с возможностью отправки сигнала, указывающего давление в направляющей-распределителе для топлива, в контроллер 12. Датчик 78 давления может быть любым пригодным датчиком для измерения давления. В некоторых примерах, более чем один датчик давления может быть размещен в направляющей-распределителе для топлива во множестве местоположений. В качестве одного из примеров, каждая топливная форсунка может иметь соответствующий датчик давления. Как показано на фиг.2, топливо впрыскивается непосредственно в верхнюю часть камеры 30 сгорания из направляющей-распределителя 74 для топлива через топливную форсунку 66. В примере, показанном на фиг.2, топливная форсунка 66 приводится в действие контроллером 12. Например, топливная форсунка может приводиться в действие соленоидом, который управляется контроллером 12.

На фиг.3 показана последовательность временных диаграмм, иллюстрирующих впрыск топлива во время различных условий относительно давления в цилиндре и положения поршня. На фиг.4-6 показаны блок-схемы последовательности операций способа, иллюстрирующие процедуры управления для впрыска топлива в цилиндр двигателя, такой как камера 30 сгорания двигателя 10, описанный выше со ссылкой на фиг.1 и 2, во время различных условий, показанных на фиг.3. Например, на фиг.4 показана процедура для определения установки момента и длительности импульса впрыска топлива в состоянии холодного запуска, на фиг.5 показана процедура для определения установки момента и длительности импульса впрыска топлива и на фиг.6 показана процедура для определения установки момента и длительности импульса впрыска топлива на основании давления в цилиндре в состоянии перезапуска прогретого двигателя.

Как изложено выше, на фиг.3 показана последовательность графиков, иллюстрирующих положение поршня, давление в цилиндре и впрыск топлива по времени. В этом примере, впрыск топлива в различных условиях проиллюстрирован так, чтобы была показана его зависимость от давления в цилиндре и положения поршня.

Кривая 302 показывает положение поршня во время такта впуска и такта сжатия цикла двигателя для цилиндра. Например, в момент t₃ времени, поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ, BDC), и такт впуска заканчивается, а такт сжатия начинается. Кривая 304 показывает соответствующее давление в цилиндре во время тактов впуска и сжатия. Например, во время такта впуска, впускной клапан открыт, предоставляя наддувочному воздуху возможность поступать в цилиндр, и объем камеры сгорания увеличивается по мере того, как поршень приближается к НМТ в момент t₃ времени. В результате, давление в цилиндре падает. С другой стороны, во время такта сжатия, давление в цилиндре возрастает, в то время как впускной клапан закрывается, и объем камеры сгорания уменьшается по мере того, как поршень приближается к верхней мертвой точке (ВМТ, TDC) в момент t₆ времени. Кривая 304 показана в качестве примера давления в цилиндре и может указывать среднее давление в цилиндре. Например, во время состояния холодного запуска, давление в цилиндре может быть большим во время такта впуска, чем указанное кривой 304, а во время перезапуска прогретого двигателя, давление в цилиндре может быть меньшим, чем указанное кривой 304.

Кроме того, впрыски A, B и C проиллюстрированы на фиг.3, каждый соответствует разному состоянию. Впрыск A топлива соответствует впрыску топлива во время холодного запуска двигателя. Холодный запуск двигателя, например, может учитывать условия, такие как температура охлаждающей жидкости, меньшая, чем пороговая температура, и отключение двигателя непосредственно перед запуском за более чем пороговую длительность. Как показано, во время холодного запуска двигателя, впрыск топлива может происходить в окне 306 между моментом t₁ времени и моментом t₅ времени, где самым ранним моментом времени открывания топливной форсунки является t₁, а самым поздним моментом времени закрывания топливной форсунки является t₅. Окно для впрыска топлива (например, окно 306), например, может определяться на основании условий, таких как температура и давление окружающей среды, и давление в направляющей-распределителе для топлива.

Впрыск B топлива соответствует впрыску топлива во время перезапуска прогретого двигателя. Перезапуск прогретого двигателя, например, может учитывать условия, такие как температура охлаждающей жидкости, большая, чем пороговая температура, и отключение двигателя непосредственно перед запуском за менее чем пороговую длительность. Как показано, во время перезапуска прогретого двигателя, впрыск топлива может происходить в окне 310 между моментом t₂ времени и моментом t₅ времени, где самым ранним моментом времени открывания топливной форсунки является t₂, а самым поздним моментом времени закрывания топливной форсунки является t₅. Как описано выше, окно для впрыска топлива (например, окно 310), например, может определяться на основании условий, таких как температура и давление окружающей среды, и давление в направляющей-распределителе для топлива. Во время перезапуска прогретого двигателя, давление в направляющей-распределителе для топлива может быть более высоким, чем во время холодного запуска двигателя, по существу, начало окна впрыска топлива может подвергаться запаздыванию относительно состояния холодного запуска. Например, вследствие топлива под высоким давлением в направляющей-распределителе для топлива и относительно низкого давления в камере сгорания во время такта впуска, скорость потока топлива из направляющей-распределителя в камеру сгорания может быть более высоким во время перезапуска прогретого двигателя, чем во время холодного запуска двигателя. Таким образом, окно впрыска топлива может задерживаться во время перезапуска прогретого двигателя так, чтобы величина впрыска топлива (например, длительность импульса) могла регулироваться лучше. Однако даже когда окно впрыска топлива задержано, в некоторых примерах, более высокое, чем требуется, количество топлива может подаваться в цилиндр вследствие более высокого давления в направляющей-распределителе для топлива и повышенной скорости потока топлива в камеру сгорания. Как показано на фиг.3, окно 310, соответствующее впрыску B топлива, начинается в момент t₂ времени, который находится позже, чем момент t₁ времени, в который начинается окно 308, соответствующее впрыску A топлива.

Кроме того, в примере, показанном на фиг.2, впрыск A топлива показан на 308, и впрыск B топлива показан на 312. Как показано, впрыск B топлива имеет гораздо более короткую длительность (например, длительность импульса), чем впрыск A топлива. Как описано выше, это происходит вследствие более высокого давления в направляющей-распределителе для топлива во время перезапуска прогретого двигателя по сравнению с холодным запуском двигателя, обеспечивая в результате более высокую скорость топлива из направляющей-распределителя для топлива в камеру сгорания, когда открыта форсунка. Таким образом, большее количество топлива втекает в камеру сгорания за более короткое количество времени.

Впрыск C топлива соответствует впрыску топлива, основанному на давлении топлива во время перезапуска прогретого двигателя. Как показано, во время перезапуска прогретого двигателя, впрыск топлива может происходить в окне 314 между моментом t₄ времени и моментом t₅ времени, где самым ранним моментом времени открывания топливной форсунки является t₄, а самым поздним моментом времени закрывания топливной форсунки является t₅. Окно для впрыска топлива (например, окно 314) может определяться на основании условий, таких как температура и давление окружающей среды, давление в направляющей-распределителе для топлива и, в этом примере, давление в цилиндре. Как описано выше, во время перезапуска прогретого двигателя, давление в направляющей-распределителе для топлива может быть более высоким, чем во время холодного запуска двигателя, и, по существу, начало окна впрыска топлива может подвергаться запаздыванию относительно состояния холодного запуска. Посредством контроля давления в цилиндре, может определяться момент времени, в который возникает пороговое давление, и впрыск топлива может планироваться, чтобы происходить только после того, как достигнуто пороговое давление в цилиндре. Таким образом, большая длительность импульса может выдаваться на цилиндр, так чтобы количество топлива, подаваемого в цилиндр, регулировалось лучше. Например, впрыск C топлива показан на 316. Впрыск C топлива имеет большую длительность, чем впрыск B топлива, в то время как впрыск C топлива начинается в более поздний момент времени, чем впрыск B топлива, когда больше давление в цилиндре.

Таким образом, как будет подробнее описано ниже, в одном из вариантов осуществления, способ приведения в действие двигателя во время перезапуска прогретого двигателя включает оценку давления в направляющей-распределителе для топлива и оценку давления в цилиндре в цилиндре двигателя. Способ дополнительно включает планирование установки момента впрыска топлива для непосредственного впрыска топлива в цилиндр, только когда давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление в цилиндре, пороговое давление в цилиндре основано на давлении в направляющей-распределителе для топлива. Установка момента впрыска, например, может включать в себя момент времени открывания форсунки, момент времени закрывания форсунки, а также среднее время впрыска.

На фиг.4 показана блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процедуру 400 для управления впрыском топлива в цилиндр двигателя во время холодного запуска двигателя. В качестве примера, процедура 400 может соответствовать впрыску A топлива, проиллюстрированному на фиг.3 и описанному выше.

На 402 процедуры 400, определяются условия работы двигателя. Условия работы могут включать в себя температуру охлаждающей жидкости, температуру и давление (например, барометрическое давление) окружающей среды, топливовоздушное соотношение и тому подобное.

Как только условия работы определены, определяется, находится ли двигатель в холодном запуске, на 404. В качестве примера, может определяться, что двигатель находится в условиях холодного запуска, если температура охлаждающей жидкости является меньшей, чем пороговая температура, и/или если длительность от того, как двигатель был остановлен, до непосредственно перед запуском является большей, чем пороговая длительность. Кроме того, запуск двигателя может определяться, если двигатель является проворачивающим коленчатый вал или работающим на холостом ходу в течение длительности, меньшей чем пороговая длительность. Если определено, что двигатель не находится в условиях холодного запуска, процедура переходит на 416, и продолжается текущая работа.

С другой стороны, если определено, что двигатель находится в холодном запуске, процедура 400 переходит на 406, где определяется температура и давление окружающей среды. Например, во время холодного запуска двигателя до того, как двигатель прогрелся, температура и давление во впускном коллекторе могут быть близкими к давлению окружающей среды. По существу, давление в цилиндре может быть большим на величину, соответствующую температуре и давлению окружающей среды во время такта впуска при операции холодного запуска, чем во время работы прогретого двигателя.

На 408, процедура определяет окно для впрыска топлива. Окно впрыска топлива может определяться на основании параметров, таких как требуемое топливовоздушное соотношение, смесь воздуха и топлива в цилиндре, установка фаз распределения впускных клапанов и тому подобное. Как только определено окно впрыска топлива, процедура 400 продолжается до 410, где определяется величина впрыска топлива. Величина впрыска топлива может определяться на основании требуемого топливовоздушного соотношения, установки фаз кулачкового распределения и тому подобного.

Как только окно впрыска топлива и величина впрыска топлива определены, процедура 400 переходит на 412, где установка момента и длительность импульса впрыска топлива регулируются на основании условий работы. Например, на основании давления окружающей среды во время холодного запуска, топливо может впрыскиваться как можно раньше, когда давление окружающей среды является более высоким вследствие меньшего перепада давления между направляющей-распределителем для топлива и камерой сгорания. Таким образом, топливо может иметь максимальное количество времени для смешивания с всасываемым воздухом до того, как происходит сгорание. Кроме того, длительность импульса может регулироваться, чтобы быть большей или меньшей в зависимости от температуры и давления окружающей среды, и момента времени, в который начинается впрыск. В некоторых вариантах осуществления, впрыск топлива может регулироваться, так чтобы впрыск топлива был разделен, и топливо впрыскивалось в цилиндр большое количество раз (например, 2 события впрыска, 3 события впрыска, 4 события впрыска, и т.д.) в одиночном цикле сгорания. В таком примере, общее требуемое количество топлива, которое должно впрыскиваться в двигатель, может быть разделено по многочисленным событиям впрыска, так чтобы длительность импульса для каждого события впрыска в течение цикла сгорания была сокращена. Затем, на 414 процедуры 400, впрыск топлива выполняется с отрегулированной установкой момента и длительностью импульса.

Таким образом, установка момента и длительность импульса впрыска топлива могут планироваться на основании условий окружающей среды, в то время как двигатель прогревается. Таким образом, впрыск топлива может планироваться так, чтобы эффективная работа двигателя происходила во время условий холодного запуска.

Продолжая по фиг.5, показана блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процедуру 500 для управления впрыском топлива в цилиндр двигателя во время перезапуска прогретого двигателя. В качестве примера, процедура 500 может соответствовать впрыску B топлива, проиллюстрированному на фиг.3 и описанному выше.

На 502 процедуры 500, определяются условия работы двигателя. Условия работы могут включать в себя температуру охлаждающей жидкости, температуру и давление (например, барометрическое давление) окружающей среды, топливовоздушное соотношение и тому подобное.

Как только условия работы определены, процедура 500 переходит на 504, где определяется, находится ли двигатель в горячем перезапуске. Может определяться, что двигатель находится в горячем перезапуске, например, если температура охлаждающей жидкости является большей, чем пороговая температура, и/или если длительность остановки двигателя, непосредственно предшествующая запуску, является меньшей, чем пороговая длительность. Кроме того, запуск двигателя может определяться, если двигатель является проворачивающим коленчатый вал или работающим на холостом ходу в течение длительности, меньшей чем пороговая длительность. Если определено, что двигатель не находится в горячем перезапуске, процедура 500 переходит на 516, где продолжается текущая работа.

С другой стороны, если определено, что двигатель находится в горячем перезапуске, процедура 500 продолжается до 506, где определяется окно для впрыска топлива. Окно впрыска топлива может определяться на основании параметров, таких как требуемое топливовоздушное соотношение, смесь воздуха и топлива в цилиндре, установка фаз распределения впускных клапанов и тому подобное. Как только определено окно впрыска топлива, процедура 400 продолжается до 410, где определяется величина впрыска топлива. Величина впрыска топлива может определяться на основании требуемого топливовоздушного соотношения, установки фаз кулачкового распределения и тому подобного.

На 510 определяется давление в направляющей-распределителе для топлива. Давление в направляющей-распределителе для топлива, например, может измеряться датчиком давления, размещенным в направляющей-распределителе для топлива и находящимся на связи с контроллером. Как описано выше, во время перезапуска прогретого двигателя, давление в направляющей-распределителе для топлива может быть более высоким, чем во время холодного запуска двигателя. Вследствие более высокого перепада давления между камерой сгорания и направляющей-распределителем для топлива, топливо может течь в цилиндр на более высокой скорости. По существу, установка момента впрыска топлива (например, начала впрыска, окончания впрыска и/или среднего времени впрыска) может задерживаться.

Как только определено давление в направляющей-распределителе для топлива, установка момента и длительности импульса впрыска топлива регулируются на основании условий работы на 512. В качестве примера, установка момента открывания форсунки, установка момента закрывания форсунки и/или средняя длительность, когда открыта форсунка, могут регулироваться в ответ на условия работы. Например, вследствие более высокого давления в направляющей-распределителе для топлива во время перезапуска прогретого двигателя, впрыск топлива может начинаться (например, момент времени открывания форсунки) в более поздний момент времени, чем во время холодного запуска двигателя. Кроме того, вследствие более высокого перепада давления между направляющей-распределителем для топлива и камерой сгорания, длительность импульса может иметь меньшую длительность, чем во время холодного запуска двигателя, как показано впрыском B топлива на фиг.3. В некоторых вариантах осуществления, впрыск топлива может регулироваться, так чтобы впрыск топлива был разделен, и топливо впрыскивалось в цилиндр большое количество раз (например, 2 события впрыска, 3 события впрыска, 4 события впрыска, и т.д.) в одиночном цикле сгорания. В таком примере, общее требуемое количество топлива, которое должно впрыскиваться в двигатель, может быть разделено по многочисленным событиям впрыска, так чтобы длительность импульса для каждого события впрыска в течение цикла сгорания была сокращена. Затем, на 514 процедуры 500, впрыск топлива выполняется с отрегулированной установкой момента и длительностью импульса.

Таким образом, впрыск топлива может планироваться во время перезапуска прогретого двигателя, например, так чтобы поддерживалось требуемое топливовоздушное соотношение. Однако вследствие высокого давления в направляющей-распределителе для топлива, длительность импульса может быть относительно короткой, тем самым повышая необходимость в точном управлении форсункой в тех случаях, когда модуляция длительности импульса требуется для регулирования топливовоздушного соотношения. В некоторых примерах, требуемая длительность импульса может быть меньшей, чем минимальная или пороговая длительность импульса. Таким образом, впрыск топлива может планироваться на основании давления в цилиндре, как будет подробнее описано ниже со ссылкой на фиг.6.

Продолжая по фиг.6, показана блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процедуру 600 для управления впрыском топлива в цилиндр двигателя на основании давления в цилиндре во время перезапуска прогретого двигателя. В качестве примера, процедура 600 может соответствовать впрыску C топлива, проиллюстрированному на фиг.3 и описанному выше.

На 602 процедуры 600, определяются условия работы двигателя. Условия работы могут включать в себя температуру охлаждающей жидкости, температуру и давление (например, барометрическое давление) окружающей среды, топливовоздушное соотношение, и тому подобное.

Как только условия работы определены, процедура 600 переходит на 604, где определяется, находится ли двигатель в горячем перезапуске. Как описано выше, может определяться, что двигатель находится в горячем перезапуске, например, если температура охлаждающей жидкости является большей, чем пороговая температура, и/или если длительность остановки двигателя, непосредственно предшествующая запуску, является меньшей, чем пороговая длительность. Кроме того, запуск двигателя может определяться, если двигатель является проворачивающим коленчатый вал или работающим на холостом ходу в течение длительности, меньшей чем пороговая длительность.

Если определено, что двигатель не находится в горячем перезапуске, процедура 600 переходит на 622, где продолжается текущая работа.

С другой стороны, если определено, что двигатель находится в горячем перезапуске, процедура 600 переходит на 606, где процедура определяет окно для впрыска топлива. Окно впрыска топлива может определяться на основании параметров, таких как требуемое топливовоздушное соотношение, смесь воздуха и топлива в цилиндре, установка фаз распределения впускных клапанов, и тому подобное, как описано выше. Как только определено окно впрыска топлива, процедура 600 продолжается до 608, где определяется величина впрыска топлива. Величина впрыска топлива может определяться на основании требуемого топливовоздушного соотношения, установки фаз кулачкового распределения, и тому подобного.

На 610 определяется давление в направляющей-распределителе для топлива. Давление в направляющей-распределителе для топлива, например, может измеряться датчиком давления, размещенным в направляющей-распределителе для топлива и находящимся на связи с контроллером. Как описано выше, во время перезапуска прогретого двигателя, давление в направляющей-распределителе для топлива может быть более высоким, чем во время холодного запуска двигателя, обеспечивая в результате более высокий перепад давления между камерой сгорания и направляющей-распределителем для топлива. По существу, скорость потока топлива из направляющей-распределителя для топлива в камеру сгорания может увеличиваться, а установка момента впрыска (например, начало впрыска и/или окончания впрыска) может подвергаться запаздыванию.

На 612 определяется давление в цилиндре. В одном из примеров, давление в цилиндре может оцениваться посредством его расчета согласно политропному уравнению состояния, такому как

где P₂ - давление в цилиндре, V₂ - объем в цилиндре, который определяется по углу поворота коленчатого вала, а P₁, V₁ и γ определяются посредством испытания. В еще одном примере, давление в цилиндре может оцениваться на основании справочной таблицы, хранимой в программном обеспечении контроллера двигателя. Например, давления в цилиндре во время такта сжатия двигателя могут измеряться, и давления в цилиндре могут подгоняться к кривой в качестве функции положения коленчатого вала (например, установки фаз кулачкового распределения), и уравнение и/или коэффициенты могут сохраняться в качестве справочной таблицы.

Как только давление в цилиндре оценено, пороговое давление в цилиндре определяется на 614. Пороговое давление в цилиндре может быть минимальным давлением в цилиндре, чтобы начинался впрыск топлива. Например, выше порогового давления в цилиндре может применяться большая базовая длительность импульса, так чтобы был больший запас модуляции длительности импульса для снижения токсичности отработавших газов и могло поддерживаться топливовоздушное соотношение. Пороговое давление в цилиндре может определяться в ответ на измеренное давление в направляющей-распределителе для топлива. Например, пороговое давление в цилиндре может быть давлением в цилиндре, необходимым для смещения давления в направляющей-распределителе для топлива во время перезапуска прогретого двигателя по сравнению с давлением в направляющей-распределителе для топлива во время условий холодного запуска. По существу, пороговое давление в цилиндре может повышаться, по мере того, как увеличивается давление в направляющей-распределителе для топлива. В некоторых вариантах осуществления, пороговое давление в цилиндре может определяться, по меньшей мере частично, на основании минимальной величины впрыска топлива. Например, система может иметь минимальную величину впрыска топлива, которая может превышаться в конкретном диапазоне углов поворота коленчатого вала, когда давление в направляющей распределителе для топлива является относительно высоким. В таком примере, установка момента от открывания до закрывания впрыска топлива может подвергаться запаздыванию на длительность по углу поворота коленчатого вала, через которую давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление, так чтобы количество топлива, которое является большим, чем минимальная величина впрыска топлива, могло подаваться в камеру сгорания.

На 616 процедуры 600, установка момента и длительности импульса впрыска топлива регулируются на основании условий работы. Например, установка момента открывания и закрывания топливной форсунки может подвергаться запаздыванию по сравнению с состоянием холодного запуска (фиг.4) или состоянием горячего перезапуска, где впрыск топлива не определяется на основании давления в цилиндре (фиг.5). Во время перезапуска прогретого двигателя, установка момента впрыска топлива может регулироваться в ответ на давление в цилиндре посредством сохранения топливной форсунки открытой, например, только когда давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление в цилиндре. Кроме того, длительность импульса топлива может увеличиваться (например, длительность, когда форсунка открыта) вследствие более позднего момента времени начала впрыска и меньшего перепада между давлением в цилиндре и давлением в направляющей-распределителе для топлива. В одном из примеров, впрыск топлива может планироваться, чтобы происходить полностью во время такта сжатия. Кроме того, впрыск топлива может планироваться, так чтобы форсунка была открыта, только когда давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление в цилиндре. Другими словами, установка момента впрыска топлива цилиндра может регулироваться, так чтобы, в течение всей длительности, когда открыта топливная форсунка, давление в цилиндре было большим, чем пороговое давление в цилиндре. Кроме того еще, в некоторых вариантах осуществления, впрыск топлива может регулироваться, так чтобы впрыск топлива был разделен, и топливо впрыскивалось в цилиндр большое количество раз (например, 2 события впрыска, 3 события впрыска, 4 события впрыска и т.д.) в одиночном цикле сгорания. В таком примере, общее требуемое количество топлива, которое должно впрыскиваться в двигатель, может быть разделено по многочисленным событиям впрыска, так чтобы длительность импульса для каждого события впрыска в течение цикла сгорания была сокращена.

На 618, определяется, является ли давление в цилиндре большим, чем пороговое давление. Если давление в цилиндре не является большим, чем пороговое давление, процедура ожидает до тех пор, пока давление в цилиндре не является большим, чем пороговое давление в цилиндре. Как только давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление в цилиндре, процедура 600 переходит на 620, где впрыск топлива выполняется согласно отрегулированным установкам.

Таким образом, впрыск топлива может управляться во время перезапуска прогретого двигателя, так чтобы топливная форсунка была открыта, только когда давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление. Как описано выше, пороговое давление в цилиндре может регулироваться в ответ на давление в направляющей-распределителе для топлива. Например, по мере того, как давление в направляющей-распределителе для топлива возрастает, пороговое давление увеличивается. Таким образом, впрыск топлива может происходить, когда перепад давлений между камерой сгорания и направляющей-распределителем для топлива является меньшим, так чтобы большая длительность импульса могла использоваться, и модуляция длительности импульса могла легче выполняться для управления топливовоздушным соотношением.

На фиг.7 показана последовательность временных диаграмм, иллюстрирующих примеры числа оборотов двигателя, длительности импульса топлива и установки момента впрыска топлива для состояния холодного запуска и состояния горячего перезапуска. В примере по фиг.7, двигатель находится в состоянии покоя до момента t₁ времени, и проворачивание коленчатого вала двигателя происходит в момент t₁ времени.

После того как происходит проворачивание коленчатого вала двигателя, длительность импульса топлива увеличивается, так чтобы первое сгорание могло происходить в момент t₂ времени. По мере того как число оборотов 702 двигателя (RPM) возрастает, требуемая длительность импульса топлива может уменьшаться, например, для того чтобы уменьшать крутящий момент двигателя. При холодном запуске, указанном кривой 704, длительность импульса топлива остается выше минимальной длительности импульса топлива (pw_min). По существу, установка момента впрыска во время холодного запуска, указанного кривой 708, может оставаться подвергнутой опережению от состояния, когда давление в цилиндре достигает порогового давления в цилиндре (P_thresh). При горячем перезапуске, однако, длительность импульса топлива падает ниже минимальной длительности импульса топлива между моментами t₃ и t₄ времени. По существу, установка момента впрыска топлива подвергается запаздыванию между моментами t₃ и t₄ времени, так чтобы впрыск топлива происходил при более высоком давлении в цилиндре, как указано кривой 710. Таким образом, так как давление в цилиндре является более высоким, то же самое количество топлива может впрыскиваться в течение большей длительности импульса, так чтобы длительность импульса была по меньшей мере минимальной длительностью импульса, как указано кривой 706.

Таким образом, можно использовать преимущество сжатия, формируемого поршнем во время хода сжатия, чтобы нейтрализовать следствия минимального времени открывания (например, длительности импульса) форсунки во время перезапуска прогретого двигателя.

Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Конкретные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, 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. Аналогичным образом, порядок обработки не требуется обязательно для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, 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 машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.

Следует отметить, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти конкретные 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 неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

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 настоящего изобретения.

Реферат

Изобретение относится к способам и системам для управления установкой момента и длительности импульса впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания. Предложены различные системы и способы для управления впрыском топлива в двигатель. В одном из примеров установка момента впрыска топлива цилиндра двигателя регулируется во время перезапуска прогретого двигателя, так чтобы топливная форсунка была открыта, только когда давление в цилиндре является большим, чем пороговое давление в цилиндре. Пороговое давление в цилиндре может регулироваться в ответ на давление в направляющей-распределителе для топлива. Техническим результатом является снижение токсичности отработавших газов. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула