Способ (варианты) и система впрыска топлива с постоянным и переменным давлением - RU2710442C2
Код документа: RU2710442C2
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к системе и способам управления топливными форсунками двигателей внутреннего сгорания. Способы могут быть, прежде всего, применимы к двигателям, содержащим топливные форсунки непосредственного впрыска топлива с постоянным и переменным давлением.
Уровень техники и сущность изобретения
Системы непосредственного впрыска (НВ) топлива имеют некоторые преимущества перед системами впрыска топлива во впускные каналы. Например, системы непосредственного впрыска топлива могут улучшать охлаждение заряда воздушно-топливной смеси в цилиндре, в результате чего цилиндры двигателя могут работать с более высокой степенью сжатия без угрозы возникновения нежелательной детонации двигателя. Однако при высоких частотах вращения и нагрузках двигателя топливные форсунки непосредственного впрыска могут не справляться с подачей требуемого количества топлива в цилиндр, поскольку продолжительность такта цилиндра в этом случае сокращена, и ее может быть недостаточно для того, чтобы форсунка успела подать в цилиндр требуемое количество топлива. В результате этого двигатель может развить мощность, меньшую требуемой, при более высоких его частотах вращения и нагрузках. Кроме того, системы непосредственного впрыска могут быть более склонными к выбросу твердых частиц.
В попытке уменьшить выбросы твердых частиц и разбавление масла топливом разработаны системы непосредственного впрыска очень высокого давления. Например, если номинальное максимальное давление непосредственного впрыска находится в диапазоне 150 бар, то системы НВ более высокого давления могут работать в диапазоне 250-800 бар.
Один из недостатков таких систем НВ высокого давления состоит в том, что динамический диапазон форсунок может ограничиваться давлением топливной рампы. В частности, когда давление рамы очень высокое, а двигателю необходимо работать с низкой нагрузкой, ширина импульса топливной форсунки может быть очень малой. В таких условиях малой ширины импульса работа форсунки может быть очень неравномерной. Кроме того, при очень малой ширине импульса форсунка даже может не открыться. Такие условия могут привести к значительным погрешностям подачи топлива.
В одном из примеров вышеуказанная проблема может быть, по меньшей мере, частично решена с помощью способа для двигателя, содержащего: работу топливного насоса высокого давления для непосредственного впрыска топлива переменного давления через первую топливную рампу, и при постоянном давлении через вторую топливную рампу, при этом подачей топлива от насоса управляют с помощью клапана регулировки давления, расположенного выше по потоку, причем вторая рампа соединена с впуском насоса, при этом первая рампа соединена с выпуском насоса. Кроме того, возможна успешная работа топливного насоса высокого давления для разделения топлива, впрыскиваемого в каждый цилиндр, между форсунками непосредственного впрыска постоянного давления и переменного давления, чтобы изучить баллистический режим каждой форсунки непосредственного впрыска.
Например, топливная система может быть выполнена с топливоподкачивающим насосом низкого давления и насосом впрыска высокого давления. Насосом высокого давления может быть поршневой насос. Производительность насоса впрыска высокого давления может управляться механически, а не электронно, с помощью электромагнитного клапана (ЭМК). По меньшей мере, один обратный клапан и один клапан сброса давления (или предохранительный клапан давления) может быть выполнен в соединении между топливоподкачивающим насосом и насосом впрыска. Первая топливная рампа, подающая топливо переменного высокого давления в первую группу топливных форсунок непосредственного впрыска, может быть выполнена в соединении с выпуском насоса впрыска через обратный клапан и клапан сброса давления. Аналогично, вторая топливная рампа, подающая топливо постоянного высокого давления во вторую группу топливных форсунок непосредственного впрыска, может быть выполнена в соединении с впуском насоса впрыска также через обратный клапан и клапан сброса давления. При условиях, когда поршневой насос высокого давления не выполняет возвратно-поступательных движений, например, до запуска двигателя, обратные клапаны, клапаны сброса давления и ЭМК обеспечивают повышение постоянного давления второй топливной рампы до давления топливоподкачивающего насоса (как правило, 5 бар (изб.)). Когда топливный насос выполняет возвратно-поступательные движения, давление второй топливной рампы, подающей топливо во вторую группу форсунок непосредственного впрыска, может повышаться до того же самого уровня, что и минимальное давление первой топливной рампы, подающей топливо переменного давления в форсунки непосредственного впрыска (например, 15 бар). Давление первой топливной рампы может дополнительно повышаться и изменяться путем регулировки производительности насоса с помощью ЭМК. Таким образом, на основе рабочих условий двигателя топливо может подаваться при постоянном или переменном высоком давлении в цилиндр двигателя с помощью непосредственного впрыска. Дополнительно, при выбранных условиях изучения баллистический режим форсунок непосредственного впрыска, соединенных с топливной рампой переменного высокого давления, может изучаться путем сообщения ширины импульса впрыска в баллистическом режиме, при этом используя форсунки непосредственного впрыска, соединенные с топливной рампой постоянного высокого давления с шириной импульса впрыска в линейном режиме, и путем наблюдения за изменением воздушно-топливного отношения относительно стехиометрического.
Таким образом, непосредственный впрыск топлива постоянного высокого давления может обеспечиваться при давлении топлива, превышающем давление, обеспечиваемое топливоподкачивающим насосом. В частности, объемный насос высокого давления может успешно работать для обеспечения переменного высокого давления, подаваемого в первую топливную рампу непосредственного впрыска, при этом обеспечения постоянное высокое давление, подаваемое во вторую топливную рампу непосредственного впрыска. Путем повышения постоянного давления по умолчанию второй топливной рампы непосредственного впрыска до уровня минимального давления первой топливной рампы непосредственного впрыска, возможно расширение преимуществ технологии непосредственного впрыска высокого давления и ее применение в более широком диапазоне рабочих условий. Например, меньшее количество/объем топлива может впрыскиваться с помощью системы непосредственного впрыска с большей точностью через форсунки непосредственного впрыска, соединенные с топливной рампой постоянного давления, когда непосредственный впрыск эквивалентного количества ограничивается шириной импульса или динамическим диапазоном топливных форсунок непосредственного впрыска, соединенных с топливной рампой переменного давления (например, в условиях очень высокой или очень низкой частоты вращения/нагрузки двигателя, а также при холодном пуске двигателя). Дополнительно, топливо может подаваться в цилиндр для цикла за большее количество раздельных впрысков топлива в такте впуска и такте сжатия путем эффективного использования непосредственного впрыска от двух топливных рамп. В целом, увеличивается эффективность впрыска топлива и уменьшаются погрешности подачи топлива, улучшая производительность двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Раскрытие изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 схематически иллюстрирует примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
На ФИГ. 2 схематически изображен примерный вариант осуществления топливной системы, выполненной с возможностью механической регулировки непосредственного впрыска постоянного и переменного высокого давления, которая может использоваться с двигателем на ФИГ. 1.
На ФИГ. 3 изображена блок-схема способа для работы насоса высокого давления для подачи постоянного высокого давления в первую топливную рампу непосредственного впрыска и переменного высокого давления во вторую топливную рампу непосредственного впрыска.
На ФИГ. 4 показан пример профилей впрыска топлива, который может использоваться с топливной системой на ФИГ. 2-3 во время холодного пуска двигателя.
На ФИГ. 5 изображена блок-схема способа для изучения баллистического режима форсунок непосредственного впрыска.
На ФИГ. 6 показан пример изучения баллистической области форсунки непосредственного впрыска на основе изменения значения лямбда для отработавших газов, в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 7 показан пример регулировки впрыска топлива в ответ на событие начала нажатия на педаль акселератора, в соответствии с настоящим изобретением.
Раскрытие изобретения
В следующем подробном раскрытии приведена информация, относящаяся к топливному насосу высокого давления и системе для механической регулировки давления в топливной рампе постоянного давления и топливной рампе переменного давления, соединенными с форсунками непосредственного впрыска. ФИГ. 1 схематически иллюстрирует примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания. А на ФИГ. 2 изображена топливная система, которая может использоваться с двигателем на ФИГ. 1. Насос высокого давления с механической регулировкой давления и соответствующими компонентами топливной системы, подробно показанными на ФИГ. 2, обеспечивает работу топливной рампы непосредственного впрыска постоянного давления при давлении, превышающем давление по умолчанию топливоподкачивающего насоса, при этом в тоже время обеспечивая работу топливной рампы непосредственного впрыска переменного давления в диапазоне высокого переменного давления. Способ для регулировки подачи топлива через топливные рампы непосредственного впрыска показан со ссылкой на ФИГ. 3. Например, непосредственный впрыск с постоянным давлением может использоваться при холодном пуске двигателя в связи с ограниченным динамическим диапазоном форсунок непосредственного впрыска переменного высокого давления при таких условиях, как показано на ФИГ. 4. Кроме того, как показано на ФИГ. 5-6, контроллер может изучать передаточную функцию топливной форсунки в баллистическом режиме для каждой форсунки непосредственного впрыска путем разделения впрыска топлива в данный цилиндр между форсункой непосредственного впрыска, получающей топливо от топливной рампы постоянного давления и форсунки непосредственного впрыска, получающей топливо от топливной рампы переменного давления. Примерная регулировка впрыска топлива между форсунками в ответ на изменение рабочих условий двигателя, таких как, например, начало отпускания педали акселератора, показана на ФИГ. 7.
В отношении терминологии, используемой в настоящем подробном раскрытии, термины «насос высокого давления» или «топливный насос непосредственного впрыска» могут сокращаться до терминов «насос ВД» или «топливный насос НВ», соответственно. Кроме того, термин «насос низкого давления» или «топливоподкачивающий насос» может сокращаться до терминов «насос НД» или «ННД». Словосочетание «впрыск топлива во впускные каналы» может сокращаться до аббревиатуры ВТВК, а термин «непосредственный впрыск» может сокращаться до аббревиатуры НВ. Также, термин «давление в топливной рампе» или значение давления топлива в топливной рампе может быть сокращен до аббревиатуры ДТР. Также обратный клапан на впуске с механическим приводом для управления потоком топлива в насос ВД может называться термином «перепускной клапан». В соответствии более подробным рассмотрением далее, насос ВД, который полагается на механическую регулировку давления без использования впускного клапана с электронным управлением может называться термином «насос ВД с механическим управлением» или «насос ВД с механической регулировкой давления». Насосы ВД с механическим управлением, без использования впускных клапанов с электронным управлением для регулировки объема перекачиваемого топлива, могут обеспечивать одно или более дискретных давлений на основе электронного выбора.
ФИГ. 1 иллюстрирует примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере, частично с помощью управляющей системы 12, и с помощью входных данных от водителя 130 транспортного средства через вводное устройство 132. В этом примере вводное устройство 132 содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала положения педали (ПП), пропорционального положению педали. Цилиндр 14 (далее по тексту в настоящем документе также именуемый как «камера сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенными внутри них. Поршень 138 может соединяться с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может соединяться, по крайней мере, с одним приводным колесом пассажирского автомобиля через трансмиссионную систему. Дополнительно, стартер (не показано) может соединяться с коленчатым валом 140 через маховик для возможности пуска двигателя 10.
Впуск воздуха в цилиндр 14 может осуществляться через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может быть выполнен с возможностью сообщения с другими цилиндрами двигателя 10, помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут содержать нагнетающее устройство, такое как турбонагнетатель или турбокомпрессор. Например, Фиг. 1 иллюстрирует двигатель 10, сконструированный с турбонагнетателем 174, предусмотренным между впускным воздушным каналом 142 и 144, а также газовой турбиной 176, предусмотренной на выпускном канале 148. Компрессор 174 может быть, по крайней мере частично, приводиться в действие газовой турбиной 176 посредством вала 180, если нагнетающее устройство сконструировано как турбонагнетатель. Однако, в других примерах, когда двигатель 10 оснащается турбокомпрессором, газовая турбина 176 необязательна и может быть исключена, если компрессор 174 может приводиться в действие механически при помощи мотора или двигателя. Дроссель 162, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть установлен на впускном канале двигателя для изменения уровня расхода и/или давления воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может размещаться ниже по потоку от компрессора 174, как показано на Фиг. 1, или, в качестве альтернативного варианта, выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10, дополнительно к цилиндру 14. Датчик 128 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности. Датчик 128 может быть выбран из разных подходящих датчиков, обеспечивающих показания воздушно-топливного отношения в отработавших газах, как, например, линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик содержания кислорода в отработавших газах), датчик кислорода с двумя состояниями или ДКОГ (датчик содержания кислорода в отработавших газах) (как показан), НДКОГ (нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах), датчик NOx, НС или СО. Устройством 178 контроля выбросов может быть трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель оксидов азота (NOx), различные устройства контроля выбросов или их сочетания.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 изображен с как минимум одним впускным тюльпанообразным клапаном 150 и как минимум одним выпускным тюльпанообразным клапаном 156, установленными в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый из цилиндров двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может содержать как минимум два выпускных тюльпанообразных клапана, установленных в верхней части цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством привода 152. Подобным же образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством привода 154. При определенных условиях контроллер 12 может изменять сигналы, отправляемые приводам 152 и 154 для управления открытием и закрытием соответственно впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно определять с помощью соответствующих датчиков положения клапана. Приводы клапанов могут быть электрического типа или кулачкового типа или их комбинацией. Фазы газораспределения для впускного и выпускного клапана могут контролировать одновременно, также могут использовать изменение фаз кулачка впускных клапанов, выпускных клапанов, двойное независимое изменение фаз или фиксированные фазы. Каждая система кулачкового привода может содержать один или более кулачков и может применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12 для регулировки работы клапанов. Например, цилиндр 14 в других случаях может содержать впускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, таких как системы ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления впускным и выпускным клапаном можно управлять с помощью общего клапанного привода или приводной системы, или с помощью привода системы изменения фаз газораспределения или приводной системы.
Цилиндр 14 может обладать степенью сжатия, т.е. соотношением объемов, когда поршень 138 находится в нижней точке и верхней точке. В одном из примеров степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании различных видов топлива, степень сжатия может быть выше. Это может происходить, например, при использовании видов топлива с более высоким октановым числом или с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия также может возрастать при применении прямого впрыска благодаря его воздействию на детонацию.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (03) для свечи от контроллера 12 при выбранном рабочем режиме. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, когда в двигателе 10 сгорание инициируется путем самовозгорания или впрыском топлива, как, например, в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для впрыска топлива. В качестве примера, кроме прочего, цилиндр 14 показан с двумя топливными форсунками 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, полученного от топливной системы 8. Как показано на ФИГ. 2, топливная система 8 может содержать один или несколько топливных баков, топливных насосов и топливных рамп. Топливные форсунки 166 и 170 показаны в непосредственном соединении с цилиндром 14 для непосредственного впрыска топлива пропорционально ширине импульсов впрыска топлива (ШИВТ) сигналов ШИВТ-1 и ШИВТ-2, полученными от контроллера 12 через электронные драйверы 168 и 171 соответственно. Таким образом, топливные форсунки 166 и 170 обеспечивают то, что называется непосредственным впрыском (далее именуемый «НВ») топлива в цилиндр 14 сгорания. На ФИГ. 1 показаны топливные форсунки 166 и 170, расположенные на одной из сторон цилиндра 14, одна или более форсунок 166, 170 в других случаях могут устанавливаться над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Такое положение может улучшить смешивание и сгорание, когда двигатель работает на спиртовом топливе, благодаря более низкой летучести некоторых спиртовых видов топлива. В других случаях топливную форсунку могут устанавливать над и рядом с впускным клапаном для улучшения смешивания.
Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливного бака топливной системы 8 через топливный насос высокого давления и топливную рампу. Дополнительно топливный бак может иметь датчик давления, передающий сигнал в контроллер 12. Следует отметить, что один драйвер 168 или 171 может использоваться для обоих топливных форсунок, или можно использовать множество драйверов, в соответствии с изображением.
Топливо можно подавать в цилиндр обеими форсунками во время одного цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть от общего количества впрыскиваемого топлива, которое сгорает в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительный объем топлива, подаваемого каждой форсункой, может изменяться в зависимости от условий работы, например, нагрузки двигателя, детонации и температуры отработавших газов, как раскрыто далее в настоящем документе. Топливо, впрыскиваемое непосредственно, может подаваться, например, в ходе впуска и частично в течение предшествующего хода выпуска, в течение хода сжатия и частично в течение хода сгорания. Таким образом, даже для одного события сгорания впрыскиваемое топливо может впрыскиваться с различными настройками синхронизации из каждой форсунки непосредственного впрыска. Более того, для одного события по сгоранию топлива в течение цикла может выполняться несколько актов впрыска поданного топлива. Несколько актов впрыска могут выполняться в такте сжатия, такте впуска или в любом подходящем их сочетании.
В соответствии с вышеуказанным описанием ФИГ. 1 изображает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Соответственно, каждый из цилиндров может таким же образом содержать собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров, допуская варианты с 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или большим количеством цилиндров. Более того, каждый из таких цилиндров может содержать некоторые или все различные компоненты, описанные и изображенные на ФИГ. 1 применительно к цилиндру 14.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Такие отличия могут содержать отличия в размере, например одна форсунка может иметь отверстие увеличенного размера по сравнению с другой. Другие отличия предусматривают, но не ограничиваются этим, различные углы распыла, различные рабочие температуры, различную направленность, различную регулировку впрыска по времени, различные характеристики распыления, различные места установки и т.д. Более того, в зависимости от коэффициента распределения впрыснутого топлива между форсунками 170 и 166 могут достигаться различные результаты.
Топливные баки в топливной системе 8 могут содержать топливо различных типов, обладающее различными качествами, например, различные составы топлива. Эти различия могут содержать различные содержания спирта, различные содержания воды, разные октановые числа, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их сочетания и т.д. Один из примеров топлива с разной теплотой парообразования может содержать бензин в качестве первого типа топлива с меньшей теплотой парообразования и этанол в качестве второго типа топлива с большей теплотой парообразования. В другом примере в двигателе может использоваться бензин в качестве первого типа топлива и спиртосодержащая топливная смесь, такая как Е 85 (приблизительно состоящая и 85% этанола и 15% бензина), или М85 (приблизительно состоящая из 85% метанола и 15% бензина) в качестве второго типа топлива. К прочим подходящим веществам относятся вода, метанол, смесь спирта и воды, смесь воды и метанола, смесь спиртов и т.д.
В другом примере оба типа топлива могут быть спиртосодержащими смесями с различным содержанием спирта, причем первый тип топлива может быть смесью бензина и спирта с меньшей концентрацией спирта, такой как ЕЮ (с приблизительным содержанием 10% этанола), а второй тип топлива может быть смесью бензина и спирта с большей концентрацией спирта, такой как Е85 (с приблизительным содержанием 85% этанола). Кроме того, первое и второе топлива также могут различаться по другим качествам топлива, таким как разная температура, вязкость, октановое число и т.д. Кроме того, топливные характеристики одного или обоих топливных баков могут часто варьироваться, например, из-за ежедневных изменений, вызванных доливом топлива в бак.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство (МПУ) 106, порты 108 ввода-вывода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 110 в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 112, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Контроллер 12 может создавать сигнал частоты вращения двигателя из сигнала ПЗ. Сигнал абсолютного давления в коллекторе от датчика давления в коллекторе может использоваться для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.
На ФИГ. 2 схематически изображен пример осуществления 200 топливной системы, такой как топливная система 8 на ФИГ. 1. Топливная система 200 может использоваться для подачи топлива в двигатель, такой как двигатель 10 на ФИГ. 1. Топливная система 200 может управляться контроллером для выполнения некоторых или всех операций, описываемых со ссылкой на технологические последовательности на ФИГ. 3.
Топливная система 200 содержит бак 210 хранения топлива для хранения топлива на борту транспортного средства, топливный насос 212 низкого давления (ННД) (также в настоящем документе называемый топливоподкачивающим насосом 212) и топливный насос 214 повышенного давления (также называемый в настоящем документе насосом 214 впрыска топлива). Топливо могут подавать в топливный бак 210 через топливный заправочный канал 204. В одном из примеров ННД 212 может представлять собой электрический топливный насос низкого давления, расположенный по крайней мере частично в топливном баке 210. ННД 212 может управляться контроллером 222 (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) для подачи топлива в насос 214 повышенного давления через топливный канал 218. ННД 212 может быть выполнен с возможностью действия в качестве так называемого топливоподкачивающего насоса. В качестве одного примера ННД 212 может представлять собой турбинный (например, центробежный) насос, содержащий электрический двигатель (например, постоянного тока) насоса, причем увеличением давления на насосе и/или объемным расходом насоса могут управлять путем изменения электрической мощности, подаваемой на двигатель насоса, в результате чего уменьшается или увеличивается частота вращения двигателя. Например, объемный расход и/или увеличение давления на топливоподкачивающем насосе может уменьшаться путем снижения контроллером электрической мощности, подаваемой на топливоподкачивающий насос 212. Объемный расход и/или увеличение давления на насосе можно повышать путем повышения электрической мощности, подаваемой на топливоподкачивающий насос 212. В одном примере электрическую мощность, подаваемую на двигатель насоса пониженного давления, могут получать от генератора или другого устройства накопления энергии на борту автомобиля (не показано), в результате чего система управления может регулировать электрическую нагрузку, используемую для обеспечения питания насоса пониженного давления. Таким образом, путем изменения напряжения и/или тока, подаваемого на топливный насос низкого давления, возможна регулировка расхода и давления топлива, подаваемого на впуск топливного насоса 214 повышенного давления.
ННД 212 низкого давления может находиться в гидравлическом сообщении с фильтром 217, выполненным с возможностью удаления мелких загрязнений, содержащихся в топливе, что может привести к повреждению компонентов, взаимодействующих с топливом. Выше по потоку от фильтра 217 может быть расположен в гидравлическом сообщении обратный клапан 213, который может способствовать подаче топлива и поддержанию давления в топливной линии. С обратным клапаном 213 выше по потоку от фильтра 217 податливость канала 218 низкого давления может быть увеличена, так как фильтр может иметь большой физический объем. Кроме того, для ограничения давления топлива в канале 218 низкого давления может быть использован предохранительный клапан 219 (например, касательно производительности топливоподкачивающего насоса 212). Предохранительный клапан 219 может, например, содержать шаровой пружинный механизм, фиксирующийся и герметизирующий при определенном перепаде давления. Заданное значение перепада давления, при котором предохранительный клапан 219 может быть переведен в открытое состояние, может допускать различные подходящие значения; в качестве неограничивающего примера, заданное значение может составлять 6,4 бар или 5 бар изб. Последовательно с дросселем 223 может быть размещен дроссельный обратный клапан 221 для обеспечения возможности стравливания воздуха и/или топливных паров из топливоподкачивающего насоса 212. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления топливная система 8 может содержать один или более (например, последовательность) обратных клапанов, гидравлически соединенных с топливным насосом 212 низкого давления с целью предотвращения обратного затекания топлива выше по потоку от клапанов. В связи с этим, восходящим потоком называется поток топлива, перемещающийся от топливных рамп 250, 260 к ННД 212, а нисходящим потоком называется номинальный поток топлива, направленный от ННД к топливному насосу 214 повышенного давления и после этого к топливным рампам.
Топливо, подкачиваемое с помощью ННД 212, может подаваться при более низком давлении в топливный канал 218, ведущий к впуску 203 топливного насоса 214 повышенного давления. Топливный насос 214 повышенного давления затем может подавать топливо в первую топливную рампу 250, соединенную с одной или более топливными форсунками первой группы форсунок 252 непосредственного впрыска (далее также именуемой первой группой форсунок). Топливо, подкачиваемое ННД 212, также может подаваться во вторую топливную рампу 260, соединенную с одной или более топливными форсунками второй группы форсунок 262 непосредственного впрыска (далее также именуемой второй группой форсунок). Как указано далее, топливный насос 214 повышенного давления может использоваться для повышения давления топлива, подаваемого в первую и вторую топливную рампу, до уровня, превышающего давление топливоподкачивающего насоса, при этом первая топливная рампа соединяется с первой группой форсунок непосредственного впрыска, работающей с переменным высоким давлением, а вторая топливная рампа соединяется со второй группой форсунок непосредственного впрыска, работающей с постоянным высоким давлением. В результате возможно использование непосредственного впрыска с постоянным и переменным высоким давлением. Топливный насос высокого давления ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса низкого давления не соединен с дополнительным насосом, расположенным между топливным насосом высокого давления и топливоподкачивающим насосом низкого давления.
В то время как каждая из первой топливной рампы 250 и второй топливной рампы 260 показана с возможностью распределения топлива в четыре топливных форсунки соответствующей группы 252, 262 форсунок, следует понимать, что каждая из топливных рамп 250, 260 первая топливная рампа 252, 262 может распределять топливо между любым необходимым количеством топливных форсунок. В качестве одного примера первая топливная рампа 250 может распределять топливо в одну топливную форсунку первой группы 252 топливных форсунок для каждого цилиндра двигателя, при этом вторая топливная рампа 260 может распределять топливо в одну топливную форсунку второй группы 262 топливных форсунок для каждого цилиндра двигателя. В соответствии с изображением, каждый цилиндр двигателя 202 может получать топливо с переменным высоким давление от первой топливной рампы через, по меньшей мере, одну форсунку непосредственного впрыска первой группы 252 топливных форсунок, а также получать топливо с постоянным высоким давление от второй топливной рампы через, по меньшей мере, одну топливную форсунку второй группы 262 топливных форсунок.
Контроллер 222 может в индивидуальном порядке приводить в действие каждую форсунку 252 непосредственного впрыска с помощью первого драйвера 237 впрыска, и приводить в действие каждую форсунку 262 непосредственного впрыска с помощью второго драйвера 238 непосредственного впрыска. Контроллер 222, драйверы 237, 238 и другие подходящие контроллеры системы двигателя могут содержать систему управления. Хотя показано, что драйверы 237, 238 находится снаружи контроллера 222, специалистам в данной области понятно, что в других примерах контроллер 222 может содержать драйверы 237, 238 или может быть выполнен с возможностью обеспечения функциональности драйверов 237, 238. Контроллер 222 может содержать дополнительные компоненты, которые не показаны, такие как те, что содержатся в контроллере 12, показанном на ФИГ. 1.
Топливным насосом 214 повышенного давления может быть вытеснительный насос с приводом от двигателя. В качестве одного неограничивающего примера, топливный насос 214 повышенного давления может представлять собой НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ BOSCH HDP5, в котором используется электромагнитный регулирующий клапан (например, регулятор расхода топлива, электромагнитный клапан и др.) 236 для варьирования полезного объема насоса при каждом ходе насоса. То есть, производительность топливного насоса повышенного давления управляется механически, но не управляется электронно с помощью внешнего контроллера. Топливный насос 214 повышенного давления может приводиться в действие механическим путем от двигателя, в отличие от ННД 212 с моторным приводом. Топливный насос 214 повышенного давления содержит насосный поршень 228, компрессионную насосную камеру 205 (также называемую компрессионной камерой) и операционную камеру 227. Насосный поршень 228 получает механическое входное воздействие от коленчатого вала двигателя или распределительного вала через кулачок 230, тем самым задействуя топливный насос повышенного давления в соответствии с принципом работы одноцилиндрового насоса с кулачковым приводом. Рядом с кулачком 230 может быть расположен датчик (не показан на ФИГ. 2) для обеспечения возможности определения углового положения кулачка (например, от 0 до 360 градусов), данные о котором могут быть отправлены в контроллер 222.
Топливная система 200 может в некоторых случаях дополнительно содержать накопитель 215. В составе системы накопитель 215 может быть расположен ниже по потоку от топливного насоса 212 пониженного давления и выше по потоку от топливного насоса 214 повышенного давления и может быть выполнен с возможностью удержания объема топлива, уменьшающего темп увеличения или уменьшения давления топлива между топливными насосами 212 и 214. Например, накопитель 215 может соединяться с топливным каналом 218, как показано, или с перепускным каналом 209, соединяя топливный канал 218 с операционной камерой 227 топливного насоса 214 повышенного давления. Объем накопителя 215 может быть выполнен таким, чтобы двигатель мог работать в режиме холостого хода в течение заранее заданного периода времени между рабочими интервалами топливного насоса 212 пониженного давления. Например, размеры накопителя 215 могут быть выполнены такими, чтобы при работе двигателя в режиме холостого хода снижение давления в накопителе до уровня, при котором топливный насос 214 повышенного давления не может поддерживать достаточно высокое давление топлива для топливных форсунок 252, 262, длилось одну или более минут. Накопитель 215, таким образом, может предоставлять возможность использования прерывистого режима работы (или импульсного режима работы) топливного насоса 212 пониженного давления, описанного ниже. За счет уменьшения частоты работы ННД уменьшается потребление энергии. В соответствии с другими вариантами осуществления накопитель 215 может по существу представлять собой часть топливного фильтра 217 и топливного канала 218 и, таким образом, может не быть отдельным элементом.
Датчик 231 давления топлива топливоподкачивающего насоса может располагаться на топливном канале 218 между топливоподкачивающим насосом 212 и топливным насосом 214 повышенного давления. В этой конфигурации показания датчика 231 могут быть интерпретированы как данные о давлении топлива топливоподкачивающего насоса 212 (например, о давлении топлива на выпуске топливоподкачивающего насоса) и/или о давлении на впуске топливного насоса повышенного давления. Показания от датчика 231 могут использоваться для оценки работы различных компонентов топливной системы 200 для определения, достаточное ли давление топлива обеспечивается для топливного насоса 214 повышенного давления, чтобы топливный насос повышенного давления засасывал жидкое топливо, а не топливные пары, и/или для минимизации средней электрической мощности, подаваемой на топливоподкачивающий насос 212. Хотя датчик 231 давления топлива топливоподкачивающего насоса и показан как датчик, расположенный ниже по потоку от накопителя 215, в других вариантах осуществления датчик может располагаться выше по потоку от накопителя.
Первая топливная рампа 250 содержит датчик давления первой 248 первой топливной рампы для предоставления показаний давления первой топливной рампы непосредственного впрыска контроллеру 222. Аналогично, вторая топливная рампа 260 содержит датчик давления 258 второй топливной рампы для предоставления показаний давления второй топливной рампы непосредственного впрыска контроллеру 222. Для передачи в контроллер 222 данных о частоте вращения двигателя может быть использован датчик 233 частоты вращения двигателя. Данные о частоте вращения двигателя могут быть использованы для определения частоты вращения топливного насоса 214 повышенного давления, так как насос 214 приводится в действие механически двигателем 202, например посредством коленчатого вала или распределительного вала.
Первая топливная рампа 250 соединяется с выпуском 208 топливного насоса 214 повышенного давления по топливному каналу 278. Для сравнения, вторая топливная рампа 260 соединяется с впуском 203 топливного насоса 214 повышенного давления через топливный канал 288. Обратный клапан 274 и клапан 272 сброса давления могут располагаться между выпуском 208 топливного насоса 214 повышенного давления и первой топливной рампой. На изображенном примере обратный клапан 274 может находиться на топливном канале 278 для уменьшения или предотвращения обратного потока топлива из первой топливной рампы 250 в насос 214 высокого давления. Кроме того, клапан 272 сброса давления, установленный в параллельной конфигурации с обратным клапаном 274 в перепускном канале 279, может ограничивать давление в топливном канале 278, ниже по потоку от топливного насоса 214 повышенного давления и выше по потоку от первой топливной рампы 250. Например, клапан 272 сброса давления может ограничивать давление в топливном канале 278 до 200 бар. Таким образом, клапан 272 сброса давления может ограничивать давление, которое бы в противном случае создавалось в топливном канале 278, если бы клапан 236 регулировки давления (намеренно или ненамеренно) был бы открыт и топливный насос 214 высокого давления выполнял бы перекачивание топлива.
Один или более обратных клапанов и клапанов сброса давления могут также соединяться с топливным каналом 218, ниже по потоку от ННД 212 и выше по потоку от насоса 214 повышенного давления. Например, обратный клапан 234 на впуске может устанавливаться на топливном канале 218 для уменьшения или предотвращения обратного потока топлива из насоса 214 высокого давления в насос 212 низкого давления и топливный бак 210. Кроме того, клапан 232 сброса давления может устанавливаться на перепускном канале, с параллельным расположением относительно обратного клапана 234. Клапан 232 сброса давления может ограничивать давление в топливном канале 218, выше по потоку от топливного насоса 214 повышенного давления. Например, клапан 232 сброса давления может ограничивать давление в топливном канале 218 до 15 бар. Таким образом, клапан 232 сброса давления может ограничивать давление, которое бы в противном случае создавалось в топливном канале 218, если бы клапан 236 регулировки давления (намеренно или ненамеренно) был бы открыт и топливный насос 214 высокого давления выполнял бы перекачивание топлива.
Контроллер 222 может быть выполнен с возможностью регулирования потока топлива в топливный насос 214 повышенного давления через клапан 236 регулировки давления путем подачи энергии или прекращения подачи энергии на электромагнитный клапан (на основе конфигурации электромагнитного клапана) синхронно с кулачковым приводом. Соответственно, клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом может использоваться в первом режиме, когда клапан 236 расположен на впуске 203 топливного насоса повышенного давления для ограничения (например, уменьшения) количества топлива, проходящего через клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом. Электромагнитный клапан также может функционировать во втором режиме, когда клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом надежно отключен и топливо может проходить вверх по потоку и вниз по потоку относительно клапана, и в топливный насос 214 повышенного давления.
Таким образом, клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом может быть выпилен с возможностью регулировки массы (или объема) топлива, подаваемого под давлением в топливный насос непосредственного впрыска. В одном из примеров контроллер 222 может регулировать время закрытия электромагнитного обратного клапана регулировки давления для регулировки массы сжимаемого топлива. Например, позднее закрытие клапана регулировки давления может уменьшить количество массового расхода топлива, поступающего в компрессионную камеру 205. Время открытия и закрытия обратного клапана с электромагнитным приводом можно координировать в соответствии с фазами ходов топливного насоса НВ.
Клапан 232 сброса давления позволяет топливу выходить через клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом в направлении ННД 212, когда давление между клапаном 232 сброса давления и клапаном 236 регулировки давления с электромагнитным приводом превышает заранее заданное давление (например, 10 бар). Когда клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом дезактивирован (например, не подается электроэнергия), клапан регулировки давления с электромагнитным приводом функционирует в режиме прохождения, а клапан 232 сброса давления регулирует давление в компрессионной камере 205 до уровня единственном заданном значении сброса давления клапана 232 сброса давления (например, 15 бар). Регулирование давления в компрессионной камере 205 обеспечивает формирование дифференциала давления от днища поршня до юбки поршня. Давление в операционной камере 227 соответствует давлению на выпуске насоса низкого давления (например, 5 бар), а давление у верха поршня соответствует давлению регулировки клапана сброса давления (например, 15 бар). Дифференциал давления позволяет топливу стекать с днища поршня на юбку поршня через зазор между поршнем и стенкой цилиндра насоса, увлажняя, таким образом, НВД 214. Поршень 228 выполняет возвратно-поступательные движения вверх и вниз. НВД 214 находится в ходе сжатия, когда поршень 228 двигается в направлении, уменьшающем объем компрессионной камеры 205. НВД 214 находится в такте всасывания, когда поршень 228 двигается в направлении, увеличивающем объем компрессионной камеры 205.
Выпускной обратный клапан 274 прямого потока может быть установлен ниже по потоку от выпуска 208 компрессионной камеры 205. Выпускной обратный клапан 274 открывается, пропуская топливо из выпуска 208 насоса высокого давления в топливную рампу, только когда давление на выпуске топливного насоса 214 непосредственного впрыска (например, давление на выпуске компрессионной камеры) выше давления в топливной рампе. Таким образом, в условиях, когда топливный насос НВ не запрашивается, контроллер 222 может дезактивировать клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом, и клапан 232 сброса давления регулирует давление в компрессионной камере 205 до единственного, по существу, постоянного давления (например, регулируемое давление) в течение большей части хода сжатия. Во время впуска давление в компрессионной камере 205 падает до величины, близкой к величине давления топливоподкачивающего насоса (212). Смазывание насоса 214 НВ может происходить, когда давление в компрессионной камере 205 превышает давление в операционной камере 227. Эта разность давлений может также повлиять на смазывание насоса, когда контроллер 222 деактивирует клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом. Одним из результатов такого способа управления является то, что давление в топливной рампе регулируется до минимального давления около разгрузки предохранительного клапана 232. Таким образом, клапан 232 сброса давления настроен с установкой сброса давления 10 бар, давление в топливной рампе достигает 15 бар, потому что эти 10 бар добавляются к 5 бар давления топливоподкачивающего насоса. В частности, топливное давление в компрессионной камере 205 регулируется в ходе сжатия топливного насоса 214 непосредственного впрыска. Таким образом, во время, по меньшей мере, хода сжатия топливного насоса 214 непосредственного впрыска происходит смазывание насоса. Когда насос непосредственного впрыска топлива вступает в такт всасывания, давление топлива в компрессионной камере может уменьшаться, при этом некоторое количество смазочного материала все еще может подаваться, пока сохраняется разность давлений. Другой клапан 272 сброса давления может быть размещен в параллельной конфигурации с обратным клапаном 274. Клапан 272 сброса давления позволяет топливному потоку выходить из топливной рампы 250 НВ в направлении выпуска насоса 208, когда давление в топливной рампе превышает заранее заданное давление.
Таким образом, когда функционирует насос непосредственного впрыска топлива, поток топлива, проходящий через него, обеспечивает достаточное смазывание и охлаждение насоса. Однако при условиях, когда не запрашивается работа насоса непосредственного впрыска топлива, например, когда не требуется непосредственный впрыск топлива, насос непосредственного впрыска топлива не может смазываться в достаточной степени, если прерывается поток, проходящий через насос. При таких условиях топливоподкачивающий насос может кратковременно задействоваться в импульсном режиме, когда работа топливоподкачивающего насоса регулируется на основе давления, рассчитанного на выпуске топливоподкачивающего насоса и впуске насоса высокого давления. В частности, в ответ на падение давления на впуске насоса высокого давления до уровня ниже давления паров топлива топливоподкачивающий насос может задействоваться до тех пор, пока давление на впуске не станет равным или не превысит давление паров топлива. Это уменьшает риск всасывания топливным насосом высокого давления паров топлива (вместо топлива), приводящего к событиям останова двигателя.
Следует отметить, что насос 214 высокого давления на ФИГ. 2 представлен в качестве наглядного примера одной из возможных конфигураций насоса высокого давления. Компоненты, изображенные на ФИГ. 2, могут быть удалены и/или заменены, при этом дополнительные компоненты, не показанные на данной фигуре, могут добавляться к насосу 214, сохраняя способность подачи топлива под высоким давлением в топливную рампу непосредственного впрыска постоянного давления и переменного давления.
Клапан 236 регулировки давления с электромагнитным приводом может также использоваться для направления обратного потока топлива из насоса высокого давления в клапан 232 сброса давления или накопитель 215. Например, клапан 236 регулировки давления может создавать и сохранять давление топлива в накопителе 215 для дальнейшего использования. Например, в накопителе может храниться объем топлива во время хода впуска (то есть, ход вниз) поршня 228, когда топливо выталкивается из операционной камеры 227 в накопитель 215. Во время хода сжатия (то есть, ход вверх) поршня 228 накопитель может высвобождать объем топлива в операционную камеру 217. Дополнительно, когда на клапан 236 регулировки давления не подается электропитание, во время хода сжатия поршня 228 накопитель сохраняет объем топлива, когда топливо выталкивается из компрессионной камеры 205 в накопитель. Во время хода впуска поршня 228 накопитель высвобождает объем топлива в компрессионную камеру. Дополнительно, накопитель 215 заполняется, когда на топливоподкачивающий насос 212 подается напряжение, которое приводит к образованию давления, превышающего линейное давление в 218. Происходит слив из накопителя, когда прекращается подача напряжения на топливоподкачивающий насос 212 и насос 214 «захлебывается» топливом (конечный результат).
Первая топливная рампа 250 непосредственного впрыска соединяется с выпуском 208 топливного насоса 214 повышенного давления (а не впуском топливного насоса 214 повышенного давления), а вторая топливная рампа 260 непосредственного впрыска соединяется с впуском 203 топливного насоса 214 повышенного давления (а не выпуском топливного насоса 214 повышенного давления). В частности, вторая топливная рампа 260 соединяется со впуском 203 топливного насоса повышенного давления в месте выше по потоку от клапана 236 регулировки давления с электромагнитным приводом и ниже по потоку от обратного клапана 234 и клапана 232 сброса давления. Дополнительно, не требуется использование дополнительного насоса между топливоподкачивающим насосом 212 и топливной рампой 260 непосредственного впрыска. Как указано далее, конкретная конфигурация топливной системы с топливной рампой непосредственного впрыска, соединенной со впуском насоса высокого давления через клапан сброса давления и обратный клапан, позволяет повышать давление во второй топливной рампе с помощью насоса высокого давления до постоянного значения давления по умолчанию, которое превышает значение давления по умолчанию топливоподкачивающего насоса. То есть, постоянное высокое давление в топливной рампе непосредственного впрыска создается за счет поршневого насоса высокого давления, и, в частности, за счет обратного потока насоса высокого давления.
Когда насос 214 высокого давления не выполняет возвратно-поступательные движения, например, когда ключ находится в положении готовности к запуску двигателя, обратный клапан 244 позволяет заполнить вторую топливную рампу с давлением 5 бар. Давление во второй топливной рампе не превышает давление топливоподкачивающего насоса, когда насос 214 не выполняет возвратно-поступательных движений. Таким образом, без обратного клапана 244 объем топливной рампы непосредственного впрыска предотвратил бы работу второй топливной рампы.
Когда насос 214 выполняет возвратно-поступательные движения, клапан 242 сброса давления сжатия затем задает давление во второй топливной рампе на уровне 15 бар. Кроме того, минимальное давление в первой топливной рампе также задается на уровне 15 бар. Таким образом, постоянное высокое давление во второй топливной рампе создается за счет обратного потока из топливного насоса высокого давления.
Таким образом, топливный насос высокого давления подает топливо с переменным высоким давлением (например, 15-200 бар) на форсунки 252 непосредственного впрыска через первую топливную рампу 250, при это также подает топливо с постоянным высоким давлением (например, 15 бар) на топливные форсунки 262 непосредственного впрыска через вторую топливную рампу 260. Переменное давление может содержать минимальное давление, то есть, уровень постоянного давления (как в системе на ФИГ. 2) или выше уровня постоянного давления. В конфигурации, изображенной на ФИГ. 2, постоянное давление второй топливной рампы непосредственного впрыска то же самое, что и минимальное давление для первой топливной рампы непосредственного впрыска, причем оба значения давления превышают стандартное давление топливоподкачивающего насоса. В данном случае подача топлива от насоса высокого давления управляется клапаном регулировки давления (с электромагнитным приводом) выше по потоку и, дополнительно, различными обратными клапанами и клапанами сброса давления, соединенными со впуском насоса высокого давления. Путем регулировки работы клапана регулировки давления с электромагнитным приводом давление в первой топливной рампе увеличивается с постоянного давления до переменного давления, при этом сохраняя постоянное давление во второй топливной рампе. Кроме того, постоянное давление во второй топливной рампе основывается на заданном значении давления механического клапана 242 сброса давления, расположенного ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса низкого давления и выше по потоку от клапана 236 регулировки давления топливного насоса высокого давления. В других вариантах осуществления обратный клапан и клапаны сброса давления могут располагаться между впуском насоса высокого давления и второй топливной рампой, таким образом, чтобы минимальное давление в первой топливной рампе 250 на выпуске топливного насоса 214 повышенного давления превышало постоянное давление во второй топливной рампе 260 и на впуске топливного насоса 214 повышенного давления. Например, для того чтобы уменьшить давление в рампе 260 на 5 бар, обратный клапан 244 может быть выполнен, таким образом, чтобы требовалось 5 бар для открытия обратного клапана 244 (то есть, разность давлений по обратному клапану 244 - 5 бар). В некоторых примерах минимальное давление в рампе 250 может быть уменьшено на требуемое значение давления (например, 2 бар) путем увеличения давления открытия обратного клапана 274 на требуемое значение давления (например, 2 бар).
Контроллер 12 также может управлять работой каждого из топливных насосов 212 и 214 для регулирования объема, давления, расхода потока и т.д., топлива, подаваемого в двигатель. В качестве одного из примеров, контроллер 12 может варьировать настройки давления, объем хода насоса, режим насоса и/или расход потока топлива в топливных насосах для подачи топлива в разные точки топливной системы. Драйвер (не показан), выполненный с возможностью электронного соединения с контроллером 222, может использоваться для отправки управляющего сигнала насосу низкого давления, по необходимости, для регулировки производительности (например, частоты вращения) насоса низкого давления.
Что касается ФИГ. 3, примерная последовательность 300 показана для работы насоса впрыска топлива высокого давления для подачи топлива с переменным высоким давление в первую топливную рампу, соединенную с форсунками непосредственного впрыска, и с постоянным высоким давлением во вторую топливную рампу, соединенную с форсунками непосредственного впрыска. Способ позволяет использовать одну группу форсунок непосредственного впрыска с постоянным высоким давлением, при этом другая группа форсунок непосредственного впрыска используется с переменным высоким давлением. Способ также позволяет использоваться непосредственный впрыск с постоянным высоким давлением для подачи топлива в цилиндр двигателя при условиях, когда подача топлива через форсунки непосредственного впрыска переменного давления (сверхвысокое давление) ограничена, например, в связи с необходимостью использования очень малой ширины импульса непосредственного впрыска.
На шаге 302 можно определять наличие условий холодного пуска двигателя. В одном из примеров условия холодного пуска двигателя могут подтверждаться, если температура двигателя ниже порогового значения, температура каталитического нейтрализатора отработавших газов ниже температуры инициирования каталитических реакций, окружающая температура ниже порогового значения и/или истек пороговый период времени с момента предыдущего события останова двигателя. Если подтверждаются условия холодного пуска, то на шаге 304 последовательность содержит, при условии холодного пуска двигателя, для нескольких событий сгорания с момента запуска двигателя, работу топливного насоса высокого давления для непосредственного впрыска топлива из второй топливной рампы в цилиндр двигателя с постоянным давлением. Топливо может подаваться из второй топливной рампы с помощью одного или более непосредственных впрысков. Например, топливо может подаваться из второй топливной рампы в качестве множество впрысков тактов впуска, множество впрысков такта сжатия или их сочетаний. То есть, топливо может не подаваться в двигатель в течение нескольких событий сгорания с момента холодного пуска двигателя (например, одно событие сгорания) через форсунки непосредственного впрыска, соединенные с топливной рампой переменного высокого давления. Это вызвано тем, что при условиях холодного пуска (или крайне холодного пуска), в связи с тем, что давление в топливной рампе непосредственного впрыска переменного давления ограничивается, форсунки непосредственного впрыска могут оказаться неспособными подавать достаточное количество топлива в двигатель при каждом впрыске. В то же время, выходное давление многомерной характеристики высокого давления не может находиться на более высоком уровне при холодном пуске в связи с ограничениями, обусловленными уплотнениями форсунки. При таких условиях холодного пуска, путем перехода на подачу топлива через непосредственный впрыск постоянного давления, большее количество топлива может подаваться при каждом впрыске, используя форсунку непосредственного впрыска, и достаточное распыление топлива может обеспечиваться благодаря постоянному высокому давлению во второй топливной рампе непосредственного впрыска. Следовательно, улучшаются рабочие характеристики двигателя в условиях холодного пуска. По прошествии некоторого количества событий сгорания с момента холодного пуска топливо может впрыскиваться непосредственно в цилиндр двигателя из первой топливной рампы с переменным давлением в качестве одного или более впрысков такта впуска и/или сжатия. При холодном пуске подача некоторого количества топлива может осуществляться во время такта сжатия, в зависимости от типа топлива. Например, по мере увеличения количества этанола в топливе, подача большего количества топлива может осуществляться во время такта сжатия при холодном пуске. Например, профиль впрыска топлива при холодном пуске раскрывается далее со ссылкой на ФИГ. 4. При запуске двигателя только НВ постоянного давления может осуществляться в ходе заранее заданного количества событий впрыска в цилиндр. Это позволяет системе высокого давления создать давление для впрыска под высоким давлением без уменьшения времени запуска. По истечении заранее заданного количества событий впрыска может осуществляться НВ переменного давления.
На ФИГ. 4 показана карта 400 фаз газораспределения и положение поршня относительно положения двигателя для данного цилиндра двигателя. При запуске двигателя, когда двигатель находится в процессе запуска, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью регулировки профиля впрыска топлива для топлива, подаваемого в цилиндр. В частности, топливо может подаваться в соответствии с первым профилем во время холодного пуска двигателя, когда подача топлива через форсунки непосредственного впрыска топлива ограничена шириной импульса впрыска топлива. Для сравнения, топливо может подаваться в соответствии со вторым профилем во время горячего пуска двигателя, когда подача топлива через форсунки непосредственного впрыска топлива не ограничена шириной импульса впрыска топлива. Впрыск топлива может переходить от первого профиля ко второму профилю после запуска двигателя. В первом профиле впрыска топлива может использоваться непосредственный впрыск с постоянным высоким давлением, создаваемым с помощью насоса высокого давления, для обеспечения достаточного распыления топлива, при этом во втором профиле впрыска топлива может использоваться непосредственный впрыск с переменным высоким давлением, также создаваемым с помощью насоса высокого давления, для обеспечения достаточного распыления топлива.
Например, при холодном пуске впрыск постоянного давления может осуществляться первым, после которого выполняется впрыск переменного давления в такте впуска. Таким образом, поскольку двигатель стенки цилиндра разогреты (например, во время горячих перезапусков на топливе Е85 в системах пуска/останова), впрыск в такте сжатия для топлива с высоким содержанием этанола может не потребоваться.
На карте 400 иллюстрируется положение двигателя вдоль оси X в градусах угла коленчатого вала (ГУКВ). Кривая 408 изображает положения поршня (по оси Y) со ссылкой на их местоположения от верхней мертвой точки (ВМТ) и/или нижней мертвой точки (НМТ) и далее со ссылкой на их местоположения в четырех тактах (впуск, сжатие, сгорание и выпуск) цикла двигателя. В соответствии с синусоидальной кривой 408 поршень постепенно перемещается вниз от ВМТ, достигая самого нижнего положения в НМТ к концу рабочего такта. Поршень затем возвращается вверх, в ВМТ, к концу такта выпуска. Поршень затем снова перемещается обратно вниз, в направлении НМТ, во время такта впуска, возвращаясь в свое первоначальное положение в ВМТ к концу такта сжатия.
На кривых 402 и 404 изображены фазы газораспределения для выпускного клапана (кривая 402, изображенная пунктирной линией) и впускного клапана (кривая 404, изображенная непрерывной линией) во время нормальной работы двигателя. В соответствии с иллюстрацией выпускной клапан может открываться, как только поршень достигает самого нижнего положения в конце рабочего такта. Затем выпускной клапан может закрываться, когда поршень завершает такт выпуска, оставаясь открытым, по меньшей мере, до начала последующего такта впуска. Таким же способом впускной клапан может открываться в момент или до начала такта впуска и может оставаться открытым, по меньшей мере, до начала последующего такта сжатия.
В результате временных различий между закрытием выпускного клапана и открытием впускного клапана, в течение короткого периода времени, до окончания такта выпуска и после начала такта впуска, как впускной, так и выпускной клапан могут открываться. Это период, в течение которого оба клапана могут открываться, называется положительным перекрытием 406 клапанов у впускного и выпускного клапана (или, проще говоря, положительное перекрытие клапанов), представленное заштрихованной областью на пересечении кривых 402 и 404. В одном из примеров положительное перекрытие 406 клапанов у впускного и выпускного клапана может быть положением кулачка по умолчанию двигателя, имеющегося в случае холодного пуска двигателя.
На графике 410 изображен пример профиля впрыска топлива, который может использоваться при холодном пуске, в системе двигателя, выполненной с возможностью непосредственного впрыска топлива с переменным и постоянным высоким давлением через общий насос высокого давления. Профиль 410 может использоваться для улучшения распыления топлива и уменьшения количества выбросов твердых частиц с отработавшими газами при запуске двигателя без ухудшения устойчивости сгорания в двигателе. В соответствии с настоящим описанием профиль 410 впрыска может осуществляться для множества событий сгорания (например, одного), с момента холодного пуска двигателя с непосредственным впрыском топлива только с постоянным давлением и без непосредственного впрыска топлива с более высоким переменным давлением. Однако в других примерах профиль впрыска топлива при холодном пуске может содержать большую часть топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр, при постоянном давлении и меньшую часть топлива, впрыскиваемую непосредственно в цилиндр, при более высоком переменном давлении. Например, насос высокого давления может подавать общее количество топлива в цилиндр с большей частью топлива в качестве одного или более непосредственных впрысков D1 высокого давления, подаваемых при постоянном давлении (например, 15 бар) через топливную рампу постоянного давления во время такта впуска, и оставшееся небольшое количество топлива в качестве прямого впрыска D3, подаваемого при переменном высоком давлении (например, между 15 и 200 бар).
Профиль 410 впрыска топлива может использоваться для первого количества событий сгорания с момента холодного пуска двигателя. В одном из примеров профиль 410 впрыска топлива может использоваться только для первого события сгорания с момента холодного пуска двигателя, или крайне холодного пуска. Контроллер двигателя выполнен с возможностью обеспечения работы насоса высокого давления для подачи общего количества топлива в цилиндр в качестве одного или более непосредственных впрысков D1 высокого давления, подаваемых с постоянным давлением (например, 15 бар), через топливную рампу постоянного давления. На изображенном примере топливо подается как два асимметричных непосредственных впрыска такта впуска при постоянном давлении (15 бар). В других вариантах топливо может подаваться как один непосредственный впрыск с постоянным давлением, непосредственный впрыск в такте впуска и сжатия, симметричный множественные непосредственные впрыски и т.д. Непосредственный впрыск D1 может осуществляться с первым средним временем ГУКВ1 (в данном случае во время такта впуска). Количество непосредственных впрысков с постоянным давлением может выбираться на основе температуры двигателя и типа топлива. В крайне холодных условиях возможно осуществление множества (например, 2) впрысков. В очень холодных температурных условиях подача большого количества топлива может потребоваться для холодного пуска. При одном впрыске большое количество топлива может попасть на стенки цилиндра. Следовательно, предпочтительно использование множества впрысков для уменьшения момента впрыска, таким образом, чтобы минимизировать попадание топлива на стенки цилиндра и поверхность поршня. В профиле 410 впрыска топлива не осуществляется подача топлива с использованием прямого впрыска более высокого давления (например, 15-200 бар). Это обусловлено тем, что топливная рампа непосредственного впрыска переменного высокого давления ограничивается по давлению в условиях холодного пуска. В то же время, переменное давление в топливной рампе непосредственного впрыска не может дополнительно повышаться путем повышения производительности топливного насоса высокого давления в связи с ограничениями уплотнения форсунки, поскольку максимальное давление впрыска ограничивается во время холодной работы в связи с предельной производительностью уплотнения форсунки в крайне холодных условиях. При таких условиях распыление топлива успешно выполняется благодаря использованию непосредственного впрыска постоянного давления. Кроме того, непосредственный впрыск постоянного давления позволяет подавать требуемую массу топлива без возникновения проблем, связанных с выбросом твердых частиц, ожидаемых в случае непосредственного впрыска более высокого давления.
В дополнение к подаче топлива в качестве единичного впрыска во впускные каналы высокого давления возможна регулировка момента зажигания. Например, момент зажигания может опережаться в направлении оптимального момента зажигания (ОМЗ) при условиях, как показано на S1, когда происходит запуск двигателя в условиях крайне холодного пуска. В одном из примеров момент зажигания S1 (сплошной столбец) может устанавливаться как 12 градусов до ВМТ.
На графике 420 изображен пример профиля впрыска топлива, который может использоваться при горячем пуске двигателя, в системе двигателя, выполненной с возможностью непосредственного впрыска топлива с переменным и постоянным высоким давлением через общий насос высокого давления. Профиль 420 может использоваться для улучшения распыления топлива. Профиль 420 впрыска может осуществляться для множества событий сгорания с момента горячего пуска с только с непосредственным впрыском топлива переменного давления и без непосредственного впрыска топлива с постоянным давлением. Однако в других примерах профиль впрыска топлива при горячем пуске может содержать большую часть топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр, при переменном давлении и меньшую часть топлива, впрыскиваемую непосредственно в цилиндр, при постоянном давлении.
Профиль 420 впрыска топлива может использоваться во время второго множества событий сгорания с момента горячего пуска двигателя, второе множество превышает первое множество событий сгорания, для которых профиль 410 впрыска топлива применяется для холодного пуска. В одном из примеров профиль 420 впрыска топлива может использоваться только для первого события сгорания с момента горячего пуска двигателя. Контроллер двигателя выполнен с возможностью обеспечения работы насоса высокого давления для подачи общего количества топлива в цилиндр в качестве одного или более непосредственных впрысков D2 высокого давления, попеременным давлением (например, 15-200 бар), через топливную рампу переменного давления. Количество непосредственных впрысков переменного давления может выбираться на основе температуры хладагента двигателя и количества содержания этанола в топливе.
В изображенном примере топливо подается в качестве множества непосредственных впрысков D2 высокого давления, изображенных в виде блоков и диагональными полосами. Хотя и на изображенных примерах показан непосредственный впрыск топлива как три непосредственных впрыска высокого давления, в других примерах топливо может подаваться с использованием большего или меньшего количества непосредственных впрысков. Непосредственный впрыск D2 может осуществляться как первый и второй впрыск такта впуска и третий впрыск такта сжатия, впрыски отрегулированы с возможностью использования среднего времени впрыска ГУКВ2, более позднего, чем среднее время впрыска ГУКВ1. На изображенном примере множественные непосредственные впрыски высокого давления асимметричны с большим количеством общей массы топлива, подаваемой при впрысках такта впуска, а оставшееся меньшее количество общей массы топлива подается при впрыске во время такта сжатия. Однако это не следует рассматривать в качестве ограничения. В других примерах большее количество общей массы топлива может подаваться в такте сжатия. Дополнительно, впрыски могут быть симметричными с общим количеством топлива, подаваемого в качестве множественных впрысков фиксированного количества.
В профиле 520 впрыска топлива не осуществляется подача топлива с использованием прямого впрыска постоянного давления. Это обуславливается тем, что давление в топливной рампе непосредственного впрыска достаточно высокое в условиях горячего пуска. При таких условиях распыление топлива может обеспечиваться с использованием непосредственного впрыска переменного более высокого давления.
В дополнение к подаче топлива в качестве множественных непосредственных впрысков высокого давления возможна регулировка момента зажигания. Например, момент зажигания может запаздывать от ОМЗ при непосредственном впрыске, как показано на S2, когда выполняется горячий пуск двигателя. В одном из примеров момент зажигания S2 (сплошной столбец) может устанавливаться в ВМТ. В другом примере момент зажигания S2 может устанавливаться за ВМТ.
Что касается ФИГ. 3, контроллер может продолжить подачу топлива (на шаге 304) в двигатель в течение некоторого количества событий сгорания при холодном пуске до тех пор, пока двигатель не разогреется в достаточной степени. Например, возможен непосредственный впрыск топлива только с постоянным давлением (например, 15 бар) до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора отработавших газов не повысится до температуры инициирования каталитических реакций. В других случаях возможен непосредственный впрыск топлива с постоянным давлением до тех пор, пока не истечет пороговое количество событий сгорания с момента холодного пуска. После истечения порогового количества событий сгорания, на шаге 306, последовательность переходит к работе топливного насоса высокого давления для непосредственного впрыска топлива с переменным давлением в двигатель при холодном пуске с использованием одного или более впрысков в такте впуска и/или сжатия. Например, топливо может подаваться в качестве множества впрысков с давлением 15-200 бар в такте впуска и/или такте сжатия.
Если не подтверждены условия холодного пуска двигателя, последовательность переходит к шагу 308, на котором рассчитываются и/или измеряются рабочие условия двигателя, такие как частота вращения, требуемый крутящий момент, ДВК, МРВ и т.д. Затем, на шаге 310, на основе расчетных рабочих условий возможно определение профиля впрыска топлива. Он может содержать, например, количество топлива (в настоящем документе также называемое массой топлива), подаваемого в двигатель, на основе определенных рабочих условий двигателя, а также время впрыска топлива и соотношение разделения топлива. Соотношение разделения топлива может содержать соотношение общей массы топлива, подаваемой в цилиндр двигателя с помощью непосредственного впрыска постоянного давления к непосредственному впрыску переменного давления. Соотношение разделения топлива может также содержать подачу общего количества топлива как за единственный впрыск или множество впрысков за цикл впрыска топлива. Профиль впрыска топлива может дополнительно содержать давление впрыска топлива и ширину импульса впрыска топлива для каждого впрыска из форсунок впрыска во впускные каналы и непосредственного впрыска.
На шаге 312 последовательность содержит регулировку установки давления топливной рампы переменного высокого давления, соединенной с форсунками непосредственного впрыска, на основе определенного профиля впрыска топлива. Например, давление в топливной рампе непосредственного впрыска может увеличиваться по мере увеличения установки давления запрашиваемого события непосредственного впрыска.
На шаге 314 может определяться, произошло ли событие начала отпускания педали акселератора и, дополнительно, привело ли отпускание педали акселератора к условиям малой нагрузки. В одном из примеров отпускание педали акселератора, приводящее к малой нагрузке, может подтверждаться, если водитель транспортного средства отпускает педаль акселератора до уровня ниже порогового значения нагрузки. На шаге 316 последовательность содержит, в ответ на отпускание педали акселератора до уровня ниже пороговой нагрузки, переход от непосредственного впрыска, по меньшей мере, некоторого количества топлива с переменным давлением к непосредственному впрыску топлива только с постоянным давлением. В данном случае при малой нагрузке требуемая ширина импульса впрыска топлива может оказаться слишком малой, чтобы точно подавать топливо через форсунки непосредственного впрыска переменного более высокого давления. Таким образом, для уменьшения погрешностей подачи топлива и переходных крутящих моментов возможно задействование подачи топлива через форсунки непосредственного впрыска более низкого постоянного давления. С шага 316 последовательность может переходить к шагу 320.
Если не подтверждается отпускание педали акселератора с переходом в режим малой нагрузки, на шаге 318, возможно подтверждение отпускания педали акселератора с переходом в режим средней нагрузки или подтверждение отсутствия события отпускания педали акселератора. В одном из примеров отпускание педали акселератора, приводящее к средней нагрузке, если водитель транспортного средства отпускает педаль акселератора до уровня выше пороговой нагрузки. На шаге 318 последовательность содержит, в ответ на отпускание педали акселератора до уровня выше пороговой нагрузки, или на отсутствие отпускания до уровня ниже порогового значения, или в ответ на отсутствие события отпускания педали газа, продолжение осуществления непосредственного впрыска, по меньшей мере, некоторого количества топлива при переменном давлении в соответствии с профилем впрыска топлива, определенном на шаге 310. Например, топливо может подаваться в качестве одного или более непосредственных впрыском при переменном давлении, одного или более непосредственных впрысков при постоянном давлении или их сочетания.
На шаге 320 можно определять наличие условий изучения характеристик форсунки. Как показано на ФИГ. 5, при выбранных условиях, таких как условия, когда истек пороговый период времени с момента последней характеризации форсунок непосредственного впрыска, и/или когда частота вращения двигателя и условия нагрузки, в сущности, постоянны, возможно подтверждение условий изучения характеристик форсунки и инициирование последовательности изучения. На шаге 322 в ответ на выполнение условий изучения возможно изучение передаточной функции для каждой форсунки непосредственного впрыска, соединенной с топливной рампой высокого давления, путем выполнения примерной последовательности изучения, раскрытой в настоящем документе со ссылкой на ФИГ. 5. В соответствии с этим раскрытием со ссылкой на ФИГ. 5 топливо может непосредственно впрыскиваться с первым импульсом впрыска топлива в цилиндр двигателя через первую форсунку непосредственного впрыска, соединенную с первой топливной рампой, при этом осуществляется непосредственный впрыск оставшегося топлива со второй шириной импульса впрыска топлива в цилиндр двигателя через вторую форсунку непосредственного впрыска, соединенную со второй топливной рампой, первая ширина импульса впрыска используется для первой топливной форсунки непосредственного впрыска в баллистическом режиме, вторая ширина импульса впрыска используется для второй топливной форсунки непосредственного впрыска в линейном режиме. Контроллер затем может изучать передаточную функцию (или значение усиления) первой форсунки на основе значения лямбда отработавших газов во время работы. На шаге 324 последовательность дополнительно содержит регулировку профиля впрыска топлива на основе обновленной передаточной функции форсунки или значения усиления. Например, контроллер может регулировать работу первой форсунки на основе изученной передаточной функции.
Что касается ФИГ. 5, показан способ регулирования передаточной функции топливной форсунки и работы двигателя на основе отрегулированной передаточной функции. Например, способ 500 может задействовать определение производительности форсунки в баллистическом режиме (то есть, при очень малой ширине импульса впрыска топлива). При работе в баллистическом режиме форсунка непосредственного впрыска топлива может характеризоваться большим непостоянством по сравнению с линейным (небаллистическим) режимом. Непостоянство форсунки непосредственного впрыска топлива может изучаться путем разделения требуемого количества топлива, впрыскиваемого в выбранный цилиндр через первую топливную форсунку непосредственного впрыска, на два впрыска топлива, подаваемого через первую и вторую форсунку непосредственного впрыска во время цикла выбранного цилиндра, и определения относительного отклонения значения лямбда двигателя от номинального. Относительное изменение значения лямбда может использоваться для определения поправочного коэффициента, который может применяться к передаточной функции топливной форсунки. Таким образом, передаточная функция или усиление топливной форсунки, представляющее непостоянство форсунки, может изучаться без подачи в цилиндр воздуха и топлива с воздушно-топливным отношением, более богатым или более бедным чем требуется. Способ в соответствии с ФИГ. 5 может входить в систему, показанную на ФИГ. 1-2 в качестве исполняемых инструкций, хранимых в энергонезависимой памяти. Дополнительно, способ в соответствии с ФИГ. 5 может осуществляться как часть способа в соответствии с ФИГ. 3 и может обеспечивать последовательность работы в соответствии с ФИГ. 6.
На шаге 502 способ 500 оценивает, имеются ли условия для характеризации топливных форсунок непосредственного впрыска и адаптации работы топливного форсунки непосредственного впрыска. В одном примере способ 500 может оценить, что для характеристики топливных форсунок имеются условия, когда двигатель находится на холостом ходу с нулевым крутящим моментом, требуемым водителем. В других примерах способ 500 может оценить, что для характеристики топливных форсунок имеются условия, когда двигатель работает с постоянной частотой вращения и нагрузкой, например, когда транспортное средство находится в режиме управления со стабилизацией скорости на ровной дороге. Если способ 500 оценивает, что имеются условия для характеристики топливных форсунок, то способ 500 переходит к шагу 504.
В шаге 504 способ 500 выбирает один цилиндр из группы цилиндров двигателя для характеристики топливной форсунки непосредственного впрыска. Другими словами, выбирают топливную форсунку непосредственного впрыска цилиндра для определения того, точно ли раскрывает передаточная функция топливной форсунки непосредственного впрыска работу топливной форсунки непосредственного впрыска или расход топлива. В частности, контроллер может выбирать форсунку непосредственного впрыска из первой группы форсунок непосредственного впрыска, соединенной с первой топливной рампой, получающей топливо с переменным высоким давлением с помощью топливного насоса высокого давления. В соответствии с описанием в настоящем документе контроллер может успешно использовать непосредственный впрыск топлива в данный цилиндр из форсунки непосредственного впрыска второй группы форсунок непосредственного впрыска, соединенной со второй топливной рампой, получающей топливо с постоянным давлением, для характеризации форсунки непосредственного впрыска для данного цилиндра, соединенной с первой топливной рампой. Передаточная характеристика или функция топливной форсунки непосредственного впрыска раскрывает расход топлива через топливную форсунку непосредственного впрыска и/или количество топлива, подаваемое топливной форсункой непосредственного впрыска, на основе ширины импульса напряжения, подаваемого на топливную форсунку непосредственного впрыска. В одном из примеров способ 500 начинается с выбора топливной форсунки непосредственного впрыска цилиндра номер один, соединенной с первой топливной рампой. Однако в других примерах могут быть выбраны другие цилиндры. Способ 500 переходит к шагу 508 после выбора цилиндра.
На шаге 506 способ 500 подает топливо в первую топливную рампу непосредственного впрыска с постоянным давлением. Постоянным давлением может быть давление в пределах диапазона значений давления, допустимых в пределах диапазона переменного давления первой топливной рампы (например, от 15 до 200 бар). В то же время, во вторую топливную рампу непосредственного впрыска топливо может подаваться с постоянным давлением (например, 15 бар). Благодаря подаче топлива в первую топливную рампу с постоянным давлением, при этом подавая топливо во вторую топливную рампу с переменным давлением, возможна более точная характеризация расхода топлива топливной форсунки и количества топлива, впрыскиваемого форсункой непосредственного впрыска, соединенной с первой топливной рампой. Способ 500 переходит к шагу 510 после подачи топлива с постоянным давлением в первую топливную рампу и подачи топлива с переменным давлением во вторую топливную рампу.
В шаге 508 по способу 500 работу двигателя осуществляют с постоянной массой воздуха. Работу двигателя можно осуществлять с постоянной массой воздуха путем регулирования положения дросселя или другого устройства регулирования воздуха по мере изменения частоты вращения двигателя. При постоянной частоте вращения двигателя положение устройства регулирования массы воздуха может оставаться неизменным. Постоянная масса воздуха может быть заранее определенным количеством, например, количеством воздуха для перехода двигателя на холостой ход или для поддержания постоянной скорости транспортного средства при имеющихся рабочих условиях. При работе двигателя с постоянной массой воздуха можно определить погрешности подачи топлива топливной форсункой более точно, так как изменение воздушно-топливного отношения двигателя в связи с погрешностями заряда воздуха менее вероятно. Способ 500 переходит к шагу 510 после начала работы двигателя с постоянной массой воздуха.
На шаге 510 способ 500 регулирует общую массу топлива, которую необходимо подать в выбранный цилиндр, через только первую топливную форсунку непосредственного впрыска (подлежащую характеризации), получающую топливо из первой топливной рампы с постоянным давлением. На этом шаге не осуществляется впрыск топлива в цилиндр через вторую форсунку непосредственного впрыска, получающую топливо из второй топливной рампы с постоянным давлением. Общая масса топлива - это количество топлива, подаваемое на цилиндр за цикл выбранного цилиндра для получения требуемого воздушно-топливного отношения. Таким образом, общая масса топлива может подаваться как единичный непосредственный впрыск в такте впуска цикла цилиндра с помощью первой форсунки непосредственного впрыска. Способ 500 переходит к шагу 512 после выбора и использования требуемого количества топлива.
В шаге 512 по способу 500 определяют значение лямбда, при котором осуществляют работу двигателя, на основе выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах (например, датчик УДКОГ). Значение лямбда - это текущее воздушно-топливное отношение двигателя, разделенное на стехиометрическое воздушно-топливное отношение (например, 14,3/14,64=0,977). Датчик содержания кислорода выводит напряжение, преобразуемое в воздушно-топливное отношение двигателя посредством передаточной функции датчика содержания кислорода. Текущее значение лямбда сохраняется в память контроллера. Дополнительно, ширина импульса напряжения, подаваемого на первую топливную форсунку непосредственного впрыска (то есть, топливная форсунка, подлежащая характеризации), может также сохраняться в запоминающем устройстве. Способ 500 переходит к шагу 514 после сохранения значения лямбда в памяти.
Затем способ содержит разделение требуемого количества топлива, впрыскиваемого в выбранный цилиндр через первую топливную форсунку непосредственного впрыска, на два впрыска топлива, подаваемого через первую и вторую форсунку непосредственного впрыска во время цикла выбранного цилиндра. Два впрыска из двух форсунок осуществляются во время хода впуска цикла цилиндра, подавая на каждую топливную форсунку непосредственного впрыска импульсы напряжения определенной ширины или импульсы впрыска топлива.
В частности, на шаге 514 первая часть требуемого количества топлива подается в выбранный цилиндр через первую топливную форсунку непосредственного впрыска с постоянным давлением путем сообщения первой ширины импульса первой форсунке непосредственного впрыска. На шаге 516 оставшаяся вторая часть требуемого количества топлива подается в выбранный цилиндр через вторую топливную форсунку непосредственного впрыска с постоянным давлением путем сообщения второй ширины импульса второй форсунке непосредственного впрыска. Первая и вторая ширина импульса может регулироваться, таким образом, чтобы количества топлива, подаваемого каждой форсункой, были асимметричными. Например, первой форсунке непосредственного впрыска может сообщаться ширина импульса баллистического режима, когда поток топлива через форсунку непосредственного впрыска нелинейный, при этом второй топливной форсунке может сообщаться ширина импульса линейного режима, когда поток топлива через форсунку непосредственного впрыска - линейный. Количество топлива, задаваемое с помощью использования двух значений ширины импульса, может добавляться к количеству топлива, которое, при объединении с количеством воздуха выбранного цилиндра, основывается на обеспечении значения лямбда, равного единице, в выбранном цилиндре. Например, если для работы выбранного цилиндра необходимо X грамм топлива при значении лямбда, равном единице, то количество топлива, впрыснутого топливной форсункой непосредственного впрыска, может быть первым количеством 0,3Х, при этом количество топлива, впрыснутого второй топливной форсункой непосредственного впрыска, может быть 0,7Х. В дополнительном примере впрыски могут быть симметричными, а количество впрыскиваемого топлива на основе первой ширины импульса, подаваемого в первую топливную форсунку непосредственного впрыска, может составлять пятьдесят процентов от общей массы топлива, и количество топлива, впрыскиваемого на основе второй ширины импульса, подаваемого во вторую топливную форсунку непосредственного впрыска, может также составлять пятьдесят процентов от общей массы топлива, подаваемого во время цикла цилиндра.
В шаге 518 по способу 500 определяют значение лямбда, при котором осуществляют работу двигателя, на основе выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах. Значение лямбда - это текущее воздушно-топливное отношение двигателя, разделенное на стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Датчик содержания кислорода выводит напряжение, преобразуемое в воздушно-топливное отношение двигателя посредством передаточной функции датчика содержания кислорода. Текущее значение лямбда сохраняется в память контроллера. Дополнительно ширину импульса напряжения, подаваемого на две топливные форсунки непосредственного впрыска, можно также сохранить в памяти. Значение лямбда затем может сохраняться в качестве зависимости от ширины импульса первой форсунки непосредственного впрыска (форсунка, подлежащая характеризации). Погрешности между шириной импульса топливной форсунки непосредственного впрыска для обеспечения требуемого воздушно-топливного отношения двигателя и значения лямбда, определяемого датчиком содержания кислорода в отработавших газах, могут быть признаками погрешностей в передаточной функции топливной форсунки непосредственного впрыска в баллистическом рабочем режиме топливной форсунки непосредственного впрыска. Ширина импульса форсунки большая, чем ширина импульса, обеспечивающая работу топливной форсунки непосредственного впрыска в линейном режиме, должна иметь меньшее воздействие на погрешности лямбда. Способ 500 переходит к шагу 520 после сохранения значения лямбда в памяти.
В некоторых примерах возможно повторное многократное выполнение шагов 514-518 путем разделения общей массы топлива между двумя топливными форсунками с различными соотношениями. Например, во время первой итерации на первом цикле подачи топлива в цилиндр первая форсунка непосредственного впрыска может подавать 30% от общей массы топлива, а вторая форсунка непосредственного впрыска может подавать 70% от общей массы топлива. Во время второй итерации на втором, последующем цикле подачи топлива в цилиндр первая форсунка непосредственного впрыска может подавать 20% от общей массы топлива, а вторая форсунка непосредственного впрыска может подавать 80% от общей массы топлива. Во время третьей итерации на третьем, последующем цикле подачи топлива в цилиндр первая форсунка непосредственного впрыска может подавать 10% от общей массы топлива, а вторая форсунка непосредственного впрыска может подавать 90% от общей массы топлива, и т.д. Таким образом, впрыски топлива могут регулироваться до тех пор, пока первая форсунка непосредственного впрыска не начнет работать с минимальной шириной импульса, обеспечивающей работу топливной форсунки непосредственного впрыска в нелинейном или баллистическом рабочем режиме, где расход топлива через топливную форсунку непосредственного впрыска является нелинейным. В одном из примеров на первой итерации ширина импульса второй форсунки непосредственного впрыска может быть на уровне минимальной ширины импульса, а в последующих итерациях ширина импульса второй форсунки непосредственного впрыска может постепенно увеличиваться, при этом ширина импульса первой форсунки непосредственного впрыска постепенно уменьшается до минимальной ширины импульса.
Путем постепенного уменьшения ширины импульса первой топливной форсунки первая топливная форсунка непосредственного впрыска может доводиться до работы приближающейся или все более погружающейся в нелинейный рабочий режим топливной форсунки непосредственного впрыска. В то же время, ширина импульса второй топливной форсунки может регулироваться на основе ширины импульса первой топливной форсунки, таким образом, чтобы обеспечить, в сущности, воздушно-топливное отношение для стехиометрического сгорания. Это позволяет уменьшить погрешности, связанные с подачей топлива в двигатель, при этом обеспечивая возможность определения погрешностей подачи топлива через топливную форсунку.
На шаге 520 способ 500 оценивает, была ли охарактеризована работа всех топливных форсунок непосредственного впрыска двигателя, соединенных с первой топливной рампой. Если работа всех топливных форсунок непосредственного впрыска первой группы форсунок не была охарактеризована, способ 200 переходит к шагу 522, причем последовательность выбирает новый цилиндр из цилиндров двигателя, топливные форсунки непосредственного впрыска которого еще не охарактеризованы. Например, если топливная форсунка непосредственного впрыска первого цилиндра, подающая топливо из первой топливной рампы, охарактеризована, возможен выбор последующего второго цилиндра. В некоторых примерах последовательность цилиндров, выбранных для характеристики, может быть основана на порядке зажигания. Например, в двигателе с 4 цилиндрами рядного исполнения с порядком работы 1-3-4-2, после выполнения характеризации форсунки непосредственного впрыска цилиндра 1 возможна характеризация топливной форсунки цилиндра 3. Дополнительно, ранее выбранный цилиндр может возобновить работу в нормальном режиме с подачей топлива за единственный впрыск с линейной шириной импульса линейного режима. Способ 500 возвращается к шагу 506 после того, как будет выбран новый цилиндр для характеристики топливной форсунки.
Если работа всех топливных форсунок непосредственного впрыска двигателя, соединенных с первой топливной рампой, охарактеризована, на шаге 524 при характеризации всех топливных форсунок способ 500 определяет поправки для баллистических или нелинейных режимов топливных форсунок непосредственного впрыска всех цилиндров двигателя. Производятся поправки номинальной ширины импульса (например, существующих значений передаточной функции) топливной форсунки при ширине импульса, при которой работает топливная форсунка на шагах 514-516 в течение времени, когда регулировался впрыск топлива между первой и второй форсункой непосредственного впрыска. В одном примере корректировка ширины импульса подачи топлива определяется как функция значения лямбда двигателя при ширине импульса. Например, корректировка ширины импульса подачи топлива может быть раскрыта как:
Total%reduction=f(%change_in_lambda_from_nom,split_ratio)
где Total%reduction (Общий % уменьшения) - это поправка передаточной функции топливной форсунки непосредственного впрыска выбранного цилиндра при определенной ширине импульса топливной форсунки непосредственного впрыска, %change_in_lambda_from_nom (% изменения значения лямбда по сравнению с номинальным) - это процент изменения определяемого значения лямбда при определенной ширине импульса по сравнению со значением лямбда при ширине импульса впрыска топлива, используемой, когда на топливную форсунку непосредственного впрыска подается топливо на основе начальной ширины импульса (например, значение лямбда на шаге 512), и split_ratio - это соотношение пропорции топлива, подаваемого через первую форсунку непосредственного впрыска, относительно второй форсунки непосредственного впрыска. Корректировка может быть определена и применена для всех топливных форсунок непосредственного впрыска выбранных цилиндров на основе значений лямбда и ширины импульса, сохраненных в шаге 518. Таким образом, корректировка может быть произведена для всех топливных форсунок непосредственного впрыска всех цилиндров двигателя. По способу 500 выполняют аналогичные регулировки передаточной функции топливной форсунки непосредственного впрыска при любой ширине импульса, при которой работала топливная форсунка непосредственного впрыска между шагами 514 и 516.
Следует понимать, что, несмотря на то, что в вышеуказанной последовательности предлагается подача общей массы топлива в качестве впрыска топлива за один такт впуска, подаваемого первой форсункой непосредственного впрыска, соединенной с первой топливной рампой, и в качестве впрыска топлива за один такт впуска, подаваемого второй топливной форсункой непосредственного впрыска, соединенной во второй топливной рампой, в других примерах впрыск топлива, подаваемого первой топливной форсункой непосредственного впрыска, может разделяться на множество впрысков топлива с соотношением впрысков, регулируемых таким образом, чтобы только один из впрысков имел ширину импульса баллистического режима, при этом для оставшихся впрысков использовалась ширина импульса линейного режима. В таком сценарии поправка ширины импульса впрыска топлива может определяться в зависимости от значения лямбда двигателя при ширине импульса и, дополнительно, основываться на коэффициенте разделения впрысков топлива, подаваемого первой топливной форсункой непосредственного впрыска, а также на общем количестве впрысков топлива, подаваемого первой топливной форсункой.
На шаге 526 значения, сохраненные в таблице или функции, представляющей передаточную функцию топливной форсунки непосредственного впрыска, регулируются путем умножения значений, сохраненных в передаточной функции, на соответствующую поправку форсунки, определенную на шаге 524, и сохранения результата передаточной функции топливной форсунки непосредственного впрыска.
Например, если передаточная функция топливной форсунки непосредственного впрыска раскрывает расход топливной форсунки непосредственного впрыска при ширине импульса в 400 микросекунд в качестве Z, и корректировка, определенная в шаге 240 для ширины импульса в 400 микросекунд, составляет 5%, отрегулированное значение, сохраненное в передаточной функции топливной форсунки непосредственного впрыска, равно 0.05⋅Z. Также, когда на топливную форсунку непосредственного впрыска подается импульс шириной, отличающейся от 400 микросекунд, выполняются регулировки для каждого уменьшения ширины импульса подачи топлива, выполненного в шаге 514. Аналогично могут быть произведены регулировки для передаточных функций топливных форсунок непосредственного впрыска других цилиндров. В случаях, когда одна передаточная функция описывает работу всех топливных форсунок непосредственного впрыска цилиндров двигателя, одна передаточная функция регулируется аналогично. Способ 500 сохраняет рассмотренную передаточную функцию или функции в память и переходит к шагу 528.
В шаге 528 по способу 500 производят работу двигателя посредством подачи топлива на цилиндры двигателя на основе отрегулированных и обновленных передаточных функций топливной форсунки непосредственного впрыска. Например, импульсы подаются на каждую топливную форсунку непосредственного впрыска цилиндра двигателя, соединенную с первой топливной рампой, значения ширины импульса основываются на требуемой массе топлива, которая должна быть подана на цилиндр в течение цикла цилиндра, и передаточной функции, подающей импульс топливной форсунки согласно требуемой массе топлива, которая должна быть впрыснута в цилиндр. Способ 500 переходит к выходу после того, как цилиндры двигателя приводятся в работу в ответ на одну или несколько рассмотренных передаточных функций топливной форсунки непосредственного впрыска.
Таким образом, способ по ФИГ. 5 - это способ, в котором топливный насос высокого давления для впрыска топлива используется для непосредственного впрыска топлива с первым импульсом впрыска топлива в цилиндр двигателя через первую форсунку непосредственного впрыска, соединенную с первой топливной рампой, при этом осуществляется непосредственный впрыск оставшегося топлива со второй шириной импульса впрыска топлива в цилиндр двигателя через вторую форсунку непосредственного впрыска, соединенную со второй топливной рампой, первая ширина импульса впрыска используется для первой топливной форсунки непосредственного впрыска в баллистическом режиме, вторая ширина импульса впрыска используется для второй топливной форсунки непосредственного впрыска в линейном режиме. Дополнительно, способ позволяет изучать передаточную функцию первой форсунки на основе значения лямбда отработавших газов во время работы. Затем контроллер двигателя может регулировать работу первой форсунки на основе изученной передаточной функции.
Что касается ФИГ. 6, показан примерный график величины поправки топливной форсунки по отношению к ширине импульса топливной форсунки для топливной форсунки непосредственного впрыска, соединенной с топливной рампой переменного высокого давления, топливная форсунка работает в нелинейном или баллистическом режиме. Топливные форсунки 252, показанные на ФИГ. 2 (и топливная форсунка 166, 170 на ФИГ. 1) могут функционировать аналогично способу, показанному на ФИГ. 6.
Ось X представляет ширину импульса топливной форсунки. Величина ширины импульса топливной форсунки может изменяться от нуля до десятых миллисекунд. Ось Y представляет корректировку расхода топлива от номинального расхода топливной форсунки. Номинальная корректировка имеет значение 1. Если значение расхода топливной форсунки меньше номинального, поправочный коэффициент - это часть номинального значения (например, 0,8). Корректировка может быть применена как единица, разделенная на 0,8 (т.е. 1/0,8). Если значение расхода топливной форсунки больше номинального, поправочный коэффициент может быть больше 1 (например, 1,1). Круги представляют отдельные значения данных для разных ширин импульса топливной форсунки.
В этом примере (первая) топливная форсунка непосредственного впрыска, соединенная с топливной рампой переменного высокого давления, начинает работу в нелинейном или баллистическом режиме, когда значения ширины импульса меньше приблизительно 500 микросекунд. Этот диапазон обозначен стрелкой 602. При больших или более длительных ширинах импульса расход топливной форсунки - это номинальное количество, что отображается значением, равным единице, когда ширина импульса топливной форсунки больше 500 микросекунд. Этот диапазон обозначен стрелкой 606. Если первая топливная форсунка непосредственного впрыска, раскрытая на графике 600, работает с шириной импульса 420 микросекунд, расход топливной форсунки составляет приблизительно 0,93 процента от номинального расхода топливной форсунки, как показано стрелкой 604, это означает, что, когда форсунка работает в режиме малой ширины импульса, то количество подаваемого топлива снижается на большую величину, чем ожидается. Таким образом, расход топлива данной топливной форсунки снижается, когда на него подают импульс впрыска в 420 микросекунд. Т. е. при 420 микросекундах подача топлива составляет 93% в сравнении с номинальным значением (100%) для определенной форсунки. Это означает, что когда запрашивается расход топлива со значением 1 для форсунки при 420 микросекундах, фактическая подача форсунки составляет 0,93. Поэтому поправочный коэффициент равен 0,93, и количество топлива, умноженное на 1/ поправочный коэффициент (т.е. 1/0,93=1,075), может использоваться для работы форсунки с номинальным расходом, равным 1.
Поправочный коэффициент затем уменьшается в ответ на ширину импульса топливной форсунки меньше 420 микросекунд. При ширине импульса топливной форсунки больше 500 микросекунд поправочный коэффициент от номинального значения равен единице (т.е. без корректировки). Номинальный расход топливной форсунки может быть умножена на поправочный коэффициент для обеспечения расхода топливной форсунки, когда определенная ширина импульса применяется для топливной форсунки.
Множество поправочных значений, показанных на Фиг. 6, можно сохранить в таблице или функции в качестве передаточной функции для топливной форсунки. Поправочные значения могут быть отрегулированы или обновлены по способу на Фиг. 5. Таким образом, можно раскрыть расход топливной форсунки в баллистическом рабочем режиме топливной форсунки, где форсунка может показывать нелинейный расход.
Таким образом, при условии изучения контроллер может быть выполнен с возможностью обеспечения работы топливного насоса высокого давления для разделения впрыска топлива во время цикла цилиндра на один или более непосредственных впрысков, подаваемых в цилиндр с переменным давлением через первую форсунку непосредственного впрыска, работающую в баллистическом режиме, и непосредственный впрыск, подаваемый в цилиндр при постоянном давлении через вторую форсунку непосредственного впрыска, работающую в линейном режиме. Контроллер может дополнительно изучить передаточную функцию первой форсунки непосредственного впрыска на основе значения лямбда отработавших газов, рассчитанного во время работы; и после условия изучения использовать первую форсунку непосредственного впрыска на основе изученной передаточной функции. В данном случае первая форсунка непосредственного впрыска получает топливо из первой топливной рампы, соединенной с выпуском топливного насоса высокого давления, при этом вторая форсунка непосредственного впрыска получает топливо из второй топливной рампы, соединенной со впускном топливного насоса высокого давления. Первая форсунка непосредственного впрыска, работающая в баллистическом режиме, содержит первую форсунку непосредственного впрыска, работающую с первой шириной импульса, причем поток топлива, проходящий через форсунку - нелинейный, при этом вторая форсунка непосредственного впрыска, работающая в линейной режиме, содержит вторую форсунку непосредственного впрыска, работающую со второй шириной импульса, причем поток топлива, проходящий через форсунку - линейный, первая ширина импульса и вторая ширина импульса основана на получении стехиометрического значения лямбда двигателя. Один или более непосредственных впрысков в цилиндр двигателя с переменным давлением через первую форсунку непосредственного впрыска может происходить до непосредственного впрыска в двигатель с постоянным давлением через вторую форсунку непосредственного впрыска, первый и второй впрыск топлива отделяются минимальным углом поворота коленчатого вала. Дополнительно, при условиях изучения, двигатель может работать с постоянной частотой вращения и массовым расходом воздуха, и топливо может подаваться первой и второй форсункой непосредственного впрыска, при этом давление в первой топливной рампе поддерживается на постоянном уровне.
Что касается ФИГ. 7, на карте 700 ФИГ. 7 показан пример регулировки впрыска топлива из топливной рампы непосредственного впрыска переменного давления и топливной рампы непосредственного впрыска постоянного давления в ответ на условия частоты вращения и нагрузки двигателя. Подход позволяет использовать свойства непосредственного впрыска постоянного высокого давления при условиях, когда использование непосредственного впрыска переменного высокого давления ограничено. В одном из примеров непосредственный впрыск постоянного высокого давления может использоваться, если переменное высокое давление слишком высокое, как, например, когда требуемая ширина импульса для работы форсунки непосредственного впрыска (для непосредственного впрыска переменного высокого давления) меньше минимальной ширины импульса форсунки. В другом примере управление впрыском может переключаться на использование непосредственного впрыска постоянного высокого давления в случае сбоя управления насосом высокого давления или сбоя датчика давления топливной рампы высокого давления. В другом примере, при нормальной работе двигателя, в условиях высокой нагрузки, когда подача топлива осуществляется с переменным высоким давление, возможно выполнение множества впрысков для уменьшения момента топлива, приводящего к смачиванию стенок. При этих условиях некоторое количество топлива может подаваться через форсунку непосредственного впрыска постоянного давления (за единственный или множество впрысков), а затем форсунка непосредственного впрыска переменного давления может подавать оставшееся топлива за один или два впрыска. Количество впрысков через каждую систему может основываться на минимальной ширине импульса и доступным временем для впрыска в такте впуска. Таким образом, возможно уменьшение смачивания стенок, а также выбросов твердых частиц. В другом примере, при работе в режиме обогащения в условиях высокой частоты вращения и высокой нагрузки, если все требуемое количество топливо не может распределяться через систему непосредственного впрыска переменного давления, дополнительное требуемое топливо может подаваться через систему НВ постоянного давления.
На карте 700 изображены изменения частоты вращения двигателя на графике 702, выходные данные положения педали акселератора изображены на графике 704, непосредственный впрыск высокого давления из топливной рампы переменного давления в цилиндр изображен на графике 706, а непосредственный впрыск высокого давления из топливной рампы постоянного давления в цилиндр изображен на графике 708. Все графики построены и изображены в зависимости от времени, по оси X.
Между t0 и t1 двигатель может работать при средних условиях частоты вращения и нагрузки. На основе рабочих условий двигателя топливо может подаваться в каждый цилиндр как первое количество топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр, через топливную рампу переменного высокого давления и второе количество топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр, через топливную рампу постоянного высокого давления. В t1 возможно возникновение события начала отпускания педали акселератора. В частности, отпускание педали акселератора может быть до положения выше пороговой нагрузки. То есть, возможно небольшое отпускание педали акселератора. В ответ на отпускание педали акселератора до уровня выше пороговой нагрузки впрыск топлива из топливной рампы постоянного высокого давления и топливной рампы переменного высокого давления может уменьшаться. На изображенном примере впрыск топлива из обеих топливных рамп уменьшается пропорционально. В t2 возможно возникновение дополнительного события отпускания педали акселератора. В частности, отпускание педали акселератора может быть до положения ниже пороговой нагрузки. То есть, возможно отпускание педали акселератора с большой амплитудой. В ответ на отпускание педали акселератора в положение ниже пороговой нагрузки в t2 последовательность содержит переход от непосредственного впрыска, по меньшей мере, некоторого количества топлива с переменным давлением к непосредственному впрыску топлива только с постоянным давлением. То есть, непосредственный впрыск топлива из топливной рампы переменного высокого давления может временно прекращаться. Это обусловливается тем, что высокое давление в топливной рампе приводит к погрешностям подачи топлива при малой ширине импульса впрыска топлива, которая требуется вслед за отпусканием педали акселератора. При таких условиях путем перехода к подаче топлива через топливную рампу высокого давления возможно более точная подача топлива. В t3 возможно возникновение событие отпускания педали акселератора. В ответ на событие отпускания педали акселератора непосредственный впрыск топлива через топливную рампу переменного давления может снова возобновляться.
В одном из примеров топливная система для двигателя транспортного средства содержит: первую форсунку непосредственного впрыска, получающую топливо из первой топливной рампы и подающую топливо в цилиндр двигателя; вторую форсунку непосредственного впрыска, получающую топливо из второй топливной рампы и подающую топливо в цилиндр двигателя; механический топливный насос высокого давления, обеспечивающий подачу топлива переменного высокого давления в первую топливную рампу и постоянного высокого давления во вторую топливную рампу, топливный насос высокого давления не содержит каких-либо электрических соединений с контроллером, первая топливная рампа соединяется с выпускном топливного насоса высокого давления, вторая топливная рампа соединяется с впуском топливного насоса высокого давления, клапан регулировки давления с электромагнитным приводом, расположенным выше по потоку от впуска топливного насоса высокого давления, для изменения давления топлива, подаваемого насосом в первую топливную рампу; и механический клапан сброса давления, присоединенный выше по потоку от топливного насоса высокого давления между клапаном регулировки давления и второй топливной рампой, клапан сброса давления выполнен с возможностью поддержания постоянного давления во второй топливной рампе. Система дополнительно содержит контроллер с машиночитаемыми инструкциями для: подачи топлива из первой топливной рампы в цилиндр двигателя в качестве множественных впрысков в такте впуска и/или сжатия при переменном давлении; и подачу топлива из второй топливной рампы в цилиндр двигателя в качестве множественных впрысков в также впуска и/или сжатия при постоянном давлении. Количество множественных впрысков в такте впуска и/или сжатия в цилиндр двигателя при постоянном давлении основывается на температуре хладагента двигателя, требуемом общем количестве топлива, которое необходимо подать при данной частоте вращения двигателя и данных условиях нагрузки двигателя, температуре каталитического нейтрализатора, сбоях в системе переменного давления, при этом количество множественных впрысков в такте впуска и/или такте сжатия, подаваемых в цилиндр двигателя при переменном давлении, основывается на температуре хладагента двигателя, частоте вращения, нагрузке, температуре каталитического нейтрализатора. Контроллер содержит дополнительные инструкции для: в ответ на отпускание педали акселератора до уровня ниже пороговой нагрузки, переход от непосредственного впрыска, по меньшей мере, некоторого количества топлива с переменным давлением к непосредственному впрыску топлива только с постоянным давлением.
Таким образом, технический результат от работы топливного насоса высокого давления с первой топливной рампой непосредственного впрыска постоянного высокого давления, соединенной с впуском насоса, и другой топливной рампы непосредственного впрыска переменного давления, соединенной с выпуском насоса, состоит в том, что один поршневой насос высокого давления может работать для обеспечения способности подачи топлива для непосредственного впрыска постоянного и переменного высокого давления. Благодаря соединению рампы непосредственного впрыска постоянного давления со впуском насоса высокого давления через клапан регулировки давления с электромагнитным приводом, механический обратный клапана и клапан сброса давления, постоянное давление в топливной рампе может повышаться до уровня свыше давления по умолчанию топливоподкачивающего насоса за счет использования обратного потока, создаваемого возвратно-поступательными движениями поршня. Благодаря впрыску во впускные каналы постоянного высокого давления без необходимости использования дополнительного специального насоса между топливоподкачивающим насосом и топливной рампой впрыска во впускные каналы, непосредственный впрыск постоянного давления может использоваться для подачи топлива в условиях, когда непосредственный впрыск переменного высокого давления ограничен по ширине импульса или динамическому диапазону. Кроме того, подача топлива через форсунку непосредственного впрыска, соединенную с топливной рампой постоянного давления, может успешно использоваться для изучения и компенсации для баллистического режима форсунки непосредственного впрыска, соединенной с топливной рампой переменного давления. Дополнительно, достигаются преимущества, связанные с использованием меньшего количества компонентов. В целом, уменьшаются погрешности подачи топлива, тем самым улучшая производительность двигателя.
Следует отметить, что примерные последовательности управления и расчета, указанные в настоящем документе, могут использовать с различными конфигурациями систем двигателями и/или автомобиля. Способы и последовательности управления, раскрытые в данном документе, могут хранить как исполняемые инструкции в энергонезависимой памяти и выполнять посредством системы управления, содержащей контроллер, используемый совместно с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные последовательности, раскрываемые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как управление событиями, управление прерываниями, многозадачность, многопоточность и т.д. Различные продемонстрированные действия, операции и/или функции могут выполнять последовательно, параллельно или в некоторых случаях пропускать. Аналогично, порядок обработки не обязательно необходим для достижения характеристик и преимуществ примерных вариантов осуществления, описываемых в настоящем документе, но его приводят только для упрощения наглядности и самого описания. Продемонстрированные действия, операции и/или функции могут выполнять циклически, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память накопителя машиночитаемых данных компьютера, где раскрываемые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрываемые конфигурации и последовательности в сущности являются лишь примерами, и эти конкретные варианты осуществления не рассматривают в ограничивающем смысле, потому что возможно множество вариантов. Например, вышеописанную технологию могут применять в двигателях V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитных 4-цилиндровых двигателях и т.д. Предмет настоящего раскрытия содержит все новые и неочевидные сочетания и под-сочетания различных систем и конфигураций, и другие характеристики, функции, и/или свойства, раскрываемые в настоящем документе.
Следующая формула конкретно определяет сочетания и под-сочетания, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных. Формула может относиться к элементу или первому элементу, или их эквивалентам. Следует понимать, что формула содержит такие элементы, не требуя и не исключая два или более таких элементов. Другие сочетания и под-сочетания раскрываемых характеристик, функций, элементов и/или свойств могут заявлять путем изменения настоящей формулы или представления новой формулы в настоящей или в связанной заявке. Такая формула, более широкая, более узкая, равная или отличная относительно объема первоначальной формулы считается отнесенной к предмету раскрытия настоящего изобретения.
Реферат
Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложены способы и системы для работы топливного насоса высокого давления 214, обеспечивающего высокое постоянное давление топлива в первой топливной рампе непосредственного впрыска 260 и высокое переменное давление топлива во второй топливной рампе непосредственного впрыска 250. Давление в топливной рампе непосредственного впрыска может быть повышено до уровня свыше давления, создаваемого топливоподкачивающим насосом 212, за счет конфигурации топливной системы, содержащей различные обратные клапаны, клапаны сброса давления и перепускной клапан, расположенный между впуском насоса впрыска высокого давления и топливной рампой впрыска во впускные каналы. Непосредственный впрыск постоянного и переменного высокого давления может быть успешно использован для изучения баллистического режима каждой форсунки непосредственного впрыска. Изобретение позволяет повысить эффективность впрыска топлива, уменьшить погрешности подачи топлива и улучшить характеристики двигателя, а также использовать один насос высокого давления для создания постоянного и переменного давления топлива в топливных рампах 260 и 250 соответственно. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Формула
Документы, цитированные в отчёте о поиске
Система топливного насоса непосредственного впрыска
