Способ (варианты) и система для эксплуатации топливоподкачивающего насоса - RU2699158C2
Код документа: RU2699158C2
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для эксплуатации топливоподкачивающего насоса.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Выкачивание топлива для двигателя из топливного бака может осуществлять топливоподкачивающий насос. Топливоподкачивающий насос продвигает топливо к топливной рампе до его последующего впрыска топливными форсунками. Между топливоподкачивающим насосом и топливной рампой может быть установлен обратный клапан для поддержания давления в топливной рампе и предотвращения обратного течения топлива из топливной рампы к топливоподкачивающему насосу. Как правило, работу топливоподкачивающего насоса регулирует контроллер двигателя с обратной связью по выходным сигналам от датчика давления, установленного в топливной рампе. Контроллер стремиться поддерживать необходимое давление в топливной рампе путем регулирования величины электропитания топливоподкачивающего насоса в зависимости от разности или отклонения между необходимым давлением топлива и измерением давления топлива, полученным отдатчика давления.
Таким образом, топливоподкачивающий насос восполняет убыль топлива из топливной рампы в связи с впрыском. По мере снижения расходов впрыска топлива, происходит соответствующее уменьшение потребностей в восполнении топливной рампы, в связи с чем контроллер уменьшает электропитание топливоподкачивающего насоса. Следовательно, потребности топливоподкачивающего насоса в питании могут быть по существу пропорциональны расходам впрыска топлива. В некоторых примерах, в том числе - во время холостого хода двигателя и/или отсечки топлива в режиме замедления ОТРЗ (DFSO), величина электропитания топливоподкачивающего насоса может упасть так низко, что энергетический КПД может быть выше при эксплуатации топливоподкачивающего насоса в режиме малого расхода топлива. В режиме малого расхода топлива не происходит непрерывное питание топливоподкачивающего насоса или подача ему напряжения согласно коэффициенту заполнения, которая происходила бы при широтно-импульсной модуляции ШИМ (PWM). Вместо этого, топливоподкачивающий насос может находиться в выключенном состоянии с возможностью подачи ему питания только при необходимости. Например, в патенте США №7,640,916 раскрыто решение, согласно которому при низких нагрузках двигателя топливоподкачивающий насос находится в выключенном состоянии, а питание на него подают только для дозаправки аккумулятора.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких систем. Например, может иметь место некоторое запаздывание между регулировками питания топливоподкачивающего насоса и заметными изменениями давления в топливной рампе. То есть может пройти некоторое время, прежде чем давление в топливной рампе отразит изменения питания топливоподкачивающего насоса (при условии по существу постоянного расхода впрыска топлива). Например, при включении питания топливоподкачивающего насоса, он не начнет наращивать давление в топливной рампе до тех пор, пока давление выше по потоку от обратного клапана, расположенного между топливоподкачивающим насосом и топливной рампой, не превысит давление ниже по потоку от обратного клапана. Таким образом, когда включают питание топливоподкачивающего насоса, он может не начать незамедлительно наращивать давление в топливной рампе. В таких примерах, если питание топливоподкачивающего насоса включают во время падения давления в топливной рампе до минимального порога, давление в топливной рампе может продолжить падать ниже минимально допустимого уровня, в то время как топливоподкачивающий насос наращивает давление выше по потоку от обратного клапана. Такие запаздывания топливоподкачивающего насоса могут привести к провалам и/или забросам давления в топливной рампе, результатом которых могут стать ошибки подачи топлива, могущие привести к проблемам с управляемостью и надежностью.
Например, по меньшей мере некоторые из вышеуказанных недостатков позволяет по меньшей мере частично преодолеть способ, содержащий шаги, на которых: поддерживают в выключенном состоянии топливоподкачивающий насос, подающий топливо в топливную рампу, исходя из того, что топливоподкачивающий насос поддерживают в выключенном состоянии, прогнозируют, когда давление в топливной рампе упадет ниже порога в зависимости от расходов впрыска топлива, и включают питание топливоподкачивающего насоса до того, как давление в топливной рампе упадет ниже порога, во избежание падения фактического давления в топливной рампе ниже порога. Включение питания топливоподкачивающего насоса до того, как давление в топливной рампе упадет ниже порога, позволяет уменьшить провалы давления в топливной рампе.
В другом примере способ содержит шаги, на которых: прогнозируют, когда давление в топливной рампе упадет ниже порога, вычисляют необходимый момент включения питания топливоподкачивающего насоса в зависимости от периода запаздывания топливоподкачивающего насоса, причем необходимый момент наступает раньше прогнозного падения давления в топливной рампе ниже порога, скачкообразно повышают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, от нуля до первого уровня в указанный необходимый момент, и линейно повышают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, с первого уровня после указанного необходимого момента.
В еще одном примере система содержит: топливоподкачивающий насос, топливопровод, соединенный с топливоподкачивающим насосом и содержащий топливную рампу, при этом топливная рампа содержит одну или несколько топливных форсунок, при этом топливопровод выполнен с возможностью подачи топлива из топливоподкачивающего насоса в топливные форсунки, обратный клапан, расположенный в топливопроводе между топливоподкачивающим насосом и топливной рампой, для поддержания давления топлива ниже по потоку от обратного клапана между обратным клапаном и топливными форсунками, и контроллер, электрически связанный с топливоподкачивающим насосом, при этом контроллер содержит машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для: когда топливоподкачивающий насос выключен, прогнозирования профиля падения давления топлива ниже по потоку от обратного клапана, определения момента включения питания топливоподкачивающего насоса в зависимости от профиля падения и периода запаздывания топливоподкачивающего насоса во избежание падения давления топлива ниже по потоку от обратного клапана ниже порога, и включения питания топливоподкачивающего насоса в указанный определенный момент до того, как давление топлива ниже по потоку от обратного клапана достигнет порога.
Так можно уменьшить провалы давления в топливной рампе. А именно, прогнозирование времени, через которое топливоподкачивающий насос начнет наращивать давление в топливной рампе, и прогнозирование будущих расходов впрыска топлива позволяет планировать включение топливоподкачивающего насоса во избежание падения давления в топливной рампе до нежелательно низких уровней. Топливоподкачивающий насос можно поддерживать выключенным, тем самым повышая экономию топлива, с возможностью последующего включения подачи на него питания в надлежащий момент во избежание падений эксплуатационных показателей двигателя и крутящего момента двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Заявляемый предмет изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание фигур чертежей
На ФИГ. 1 представлена принципиальная схема примера системы двигателя, содержащей топливную систему с возможностью непосредственного впрыска и/или впрыска во впускной канал, по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 2 представлена блок-схема примера топливной системы, могущей входить в состав системы двигателя на ФИГ. 1, по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
ФИГ. 3А изображает блок-схему первого примера алгоритма для эксплуатации топливоподкачивающего насоса, например, топливоподкачивающего насоса на ФИГ. 2, в непрерывном первом режиме и в прерывистом втором режиме по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 3В представлена диаграмма примеров изменений КПД топливоподкачивающего насоса, например, топливоподкачивающего насоса на ФИГ. 2, при разных расходах потока топлива по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
ФИГ. 4 изображает блок-схему второго примера алгоритма для эксплуатации топливоподкачивающего насоса, например, топливоподкачивающего насоса на ФИГ. 2, в непрерывном первом режиме по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
ФИГ. 5 изображает третий пример алгоритма для эксплуатации топливоподкачивающего насоса, например, топливоподкачивающего насоса на ФИГ. 2, в прерывистом втором режиме по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
ФИГ. 6А изображает четвертый пример алгоритма для определения необходимой величины питания топливоподкачивающего насоса, например, топливоподкачивающего насоса на ФИГ. 2, при подаче питания на топливоподкачивающий насос в прерывистом втором режиме по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 6В представлена диаграмма примера управления топливоподкачивающим насосом в прерывистом втором режиме во время подачи ему питания по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 7 представлена диаграмма примера эксплуатации топливоподкачивающего насоса при изменении параметров работы двигателя по одному из вариантов осуществления раскрываемого изобретения.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для эксплуатации топливоподкачивающего насоса. Топливоподкачивающий насос может входить в состав топливной системы двигателя, например, системы двигателя на ФИГ. 1. Как видно из примера топливной системы на ФИГ. 2, топливоподкачивающий насос перекачивает топливо из топливного бака, где хранят топливо, в одну или несколько топливных рамп, откуда происходит впрыск топлива топливными форсунками. В некоторых примерах топливная система может представлять собой систему непосредственного впрыска НВ (DI) с возможностью впрыска топлива непосредственно в один или несколько цилиндров двигателя из топливной рампы непосредственного впрыска. В таких примерах, между топливоподкачивающим насосом и топливной рампой непосредственного впрыска может быть расположен насос непосредственного впрыска для дополнительного повышения давления топлива перед его впрыском в один или несколько цилиндров двигателя. При этом в других примерах топливная система может представлять собой систему впрыска топлива во впускной канал ВТВК (PFI) с возможностью впрыска топлива во впускной канал выше по потоку от цилиндров двигателя посредством топливной рампы впрыска во впускной канал. В таких примерах подача топлива может происходить непосредственно в топливную рампу впрыска во впускной канал посредством топливоподкачивающего насоса. В дополнительных примерах топливная система может быть выполнена с возможностью и впрыска топлива во впускной канал, и непосредственного впрыска, в связи с чем может именоваться системой впрыска топлива во впускной канал и непосредственного впрыска ВТВКНВ (PFDI).
Работу топливоподкачивающего насоса может регулировать контроллер двигателя с обратной связью по давлению в топливной рампе от датчика давления в топливной рампе, как раскрыто в примере топливной системы на ФИГ. 2. Топливоподкачивающий насос подает топливо в топливную рампу для восполнения топлива, убывающего из топливной рампы через одну или несколько топливных форсунок. То есть, чем больше расходы впрыска топлива, тем больше топлива может быть перекачано в топливную рампу для компенсации возросшей убыли топлива из топливной рампы на впрыск. Для увеличения количества топлива, подаваемого в топливную рампу, можно увеличить питание топливоподкачивающего насоса. То есть питание топливоподкачивающего насоса может быть приблизительно пропорционально расходам впрыска топлива.
При этом возможно снижение КПД топливоподкачивающего насоса при более низких уровнях питания и/или расходах потока топлива из насоса. Пример графика, устанавливающего соотношение КПД насоса и расходов потока топлива, раскрыт в диаграмме на ФИГ. 3В. Топливоподкачивающий насос можно эксплуатировать в разных режимах в зависимости от параметров работы двигателя, как раскрыто в примере способа на ФИГ. 3А. Например, топливоподкачивающий насос можно эксплуатировать в непрерывном первом режиме, как раскрыто в примере способа на ФИГ. 4, когда КПД насоса превышает порог. Когда КПД насоса падает ниже порога, топливоподкачивающий насос можно эксплуатировать в прерывистом втором режиме, как раскрыто в примере способа на ФИГ. 5. В прерывистом втором режиме насос может находиться в выключенном состоянии с возможностью включения подачи ему питания только тогда, когда ожидают падения давления в топливной рампе ниже порога. На ФИГ. 6А раскрыт пример способа для определения необходимой величины питания топливоподкачивающего насоса при включении питания топливоподкачивающего насоса в прерывистом втором режиме.
Важно отметить, что необходимый режим эксплуатации топливоподкачивающего насоса можно выбирать в зависимости от одного или нескольких из таких параметров работы двигателя, как: частота вращения двигателя, давление в топливной рампе, расходы впрыска топлива, требуемый водителем крутящий момент, давление во впускном коллекторе, давление наддува и т.п. В непрерывном первом режиме величину питания топливоподкачивающего насоса можно регулировать по замкнутому контуру с обратной связью по давлению в топливной рампе, причем на давление в топливной рампе влияет расход впрыска топлива. Таким образом, питание топливоподкачивающего насоса может зависеть от расходов впрыска топлива, при этом расход впрыска топлива можно определять в зависимости от требуемого водителем крутящего момента, и/или давления во впускном коллекторе, и/или частоты вращения двигателя, и/или положения дросселя и т.п. То есть на величину питания топливоподкачивающего насоса могут непосредственно и/или опосредованно влиять вышеупомянутые параметры работы двигателя, так как от них зависят расходы впрыска топлива. Поскольку КПД топливоподкачивающего насоса зависит от величины питания насоса (и, следовательно, от расхода потока топлива из насоса), определение того, в каком режиме эксплуатировать топливоподкачивающий насос, также может зависеть от одного или нескольких вышеупомянутых параметров работы двигателя. На диаграмме на ФИГ. 7, например, раскрыто, как можно эксплуатировать топливоподкачивающий насос в разных режимах при изменении параметров работы двигателя.
Что касается терминологии, используемой в тексте настоящего раздела «Осуществление изобретения», «насос высокого давления» или «насос непосредственного впрыска топлива» может сокращенно именоваться «насос ВД» (или «НВД») или «топливный насос ВД». Топливный насос ВД также может именоваться «насос НВ». Соответственно, названия «НВД» и «топливный насос ВД» могут взаимозаменяемо служить для обозначения насоса высокого давления непосредственного впрыска топлива. Аналогичным образом, топливоподкачивающий насос также может именоваться «насос низкого давления». Кроме того, насос низкого давления может сокращенно именоваться «насос НД» или «ННД». «Впрыск топлива во впускной канал» можно сократить до «ВТВК», а «непосредственный впрыск» - до «НВ». Кроме того, топливные системы с возможностью и впрыска топлива во впускной канал, и непосредственного впрыска в настоящем описании могут именоваться «системы впрыска топлива во впускной канал и непосредственного впрыска» с сокращением до ВТВКНВ. Давление в топливной рампе или значение давления топлива внутри топливной рампы можно сократить до «ДТР» (FRP). Топливная рампа непосредственного впрыска также может именоваться «топливная рампа высокого давления» с возможностью сокращения до «топливной рампы ВД». Топливная рампа впрыска во впускной канал также может именоваться «топливная рампа низкого давления» с возможностью сокращения до «топливной рампы НД».
Следует понимать, что в примерах систем впрыска топлива во впускной канал и непосредственного впрыска (ВТВКНВ), раскрытых в настоящем описании, форсунки непосредственного впрыска или форсунки впрыска во впускной канал могут быть удалены без отступления от объема раскрываемого изобретения.
На ФИГ. 1 изображен пример камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 можно по меньшей мере частично управлять с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В данном примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Точечные линии на ФИГ. 1 обозначают электрические связи между контроллером 12 и различными датчиками и исполнительными устройствами двигателя. То есть компоненты, соединенные точечной линией на ФИГ. 1, электрически соединены друг другом.
Цилиндр 14 (в настоящем описании также именуемый «камера сгорания 14») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии (не показана). С коленчатым валом 140 также может быть соединен стартер (не показан) через маховик для пуска двигателя 10. Датчик положения, например, датчик 120 на эффекте Холла, может быть соединен с коленчатым валом 140 для выдачи показания положения коленчатого вала контроллеру 12. В частности, контроллер 12 может оценивать положение коленчатого вала (например, угол поворота кривошипа) по выходным сигналам отдатчика 120 на эффекте Холла.
Всасываемый воздух может поступать в цилиндр 14 по ряду воздухозаборных каналов 142, 144 и 146. Датчик 122 массового расхода воздуха может быть расположен во впускной системе, например, в воздушном канале 142, как показано на ФИГ. 1, для выдачи показания количества воздуха, текущего в цилиндр 14. В частности, контроллер 12 может оценивать массовый расход потока воздуха в цилиндр 14 по выходным сигналам от датчика 122 массового расхода воздуха. Воздухозаборные каналы 142, 144 и 146 выполнены с возможностью сообщения и с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В некоторых примерах один или несколько заборных каналов могут содержать устройство наддува, например, турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на ФИГ. 1 изображен двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, установленный между воздухозаборными каналами 142 и 144, и газовую турбину 176, установленную вдоль выпускного канала 158. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводить в действие газовая турбина 176 посредством вала 180, если устройство наддува выполнено как турбонагнетатель. Однако в других примерах, где двигатель 10 выполнен с нагнетателем, газовая турбина 176 может необязательно отсутствовать, а компрессор 174 может быть выполнен с механическим приводом от мотора или двигателя. В дополнительных примерах компрессор 174 может отсутствовать. Компрессор 174 может повышать давление всасываемого воздуха, поступающего из заборного канала 142 и подаваемого в заборный канал 144. То есть давление воздуха в заборном канале 144 может быть выше, чем в заборном канале 142. Дроссель 162 может регулировать количество сжатого воздуха, подаваемого в заборный канал 146 из заборного канала 144. Заборный канал 146 в настоящем описании также может именоваться «впускной коллектор» 146.
Дроссель 162 с дроссельной заслонкой 164 может быть установлен между заборными каналами 144 и 146 двигателя для изменения расхода и (или) давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как на ФИГ. 1, или выше по потоку от компрессора 174. Впускной коллектор 146 может содержать датчик 124 давления для выдачи показания абсолютного давления в коллекторе ДВК (MAP). Так, контроллер 12 может оценивать давление во впускном коллекторе по выходным сигналам от датчика 124 давления. Датчик 124 давления может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, в связи с чем также может указывать давление наддува, создаваемого компрессором 174, в примерах, где компрессор 174 входит в состав двигателя 10.
В выпускной канал 148 могут поступать отработавшие газы и из других цилиндров двигателя 10 помимо цилиндра 14. Датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 158 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 можно выбрать из числа подходящих для получения показаний воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например: линейный датчик кислорода или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (EGO) (как показано на фигуре), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC), накопитель оксидов азота, устройство снижения токсичности выбросов какого-либо иного типа или их комбинацию.
Любой цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан содержащим по меньшей мере один впускной клапан 150 и по меньшей мере один выпускной клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых примерах любой цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных клапана и по меньшей мере два выпускных клапана в верхней области цилиндра.
Впускным клапаном 150 может управлять контроллер 12 через привод 152. Аналогичным образом, выпускным клапаном 156 может управлять контроллер 12 через привод 154. В некоторых состояниях контроллер 12 может изменять сигналы, направляемые на приводы 152 и 154, для регулирования открытия и закрытия соответственно впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 могут определять соответствующие датчики положения клапанов (не показаны). Приводы клапанов могут быть электрическими или кулачковыми, либо представлять собой какую-либо их комбинацию. Фазы газораспределения впускного и выпускного клапана можно регулировать одновременно, либо использовать возможности изменения фаз кулачкового распределения, двойного независимого изменения фаз кулачкового распределения или фиксированные фазы кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков с возможностью использования одной или нескольких из следующих систем: переключения профиля кулачков ППК (CPS), изменения фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), изменения фаз газораспределения ИФГ (VVT) и (или) изменения высоты подъема клапанов ИВПК (VVL) с возможностью управления контроллером 12 для регулирования работы клапанов. Например, цилиндр 14 может содержать электроприводной впускной клапан и выпускной клапан с кулачковым приводом, содержащим ППК и (или) ИФКР, или наоборот. В других примерах впускные и выпускные клапаны могут иметь общий привод или систему привода, или привод или систему изменения фаз газораспределения.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, представляющую собой отношение объема при нахождении поршня 138 в нижней мертвой точке к объему при нахождении поршня в верхней мертвой точке. В одном примере степень сжатия лежит в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, где используют разные топлива, степень сжатия может быть выше. Это возможно, например, при использовании топлив с высоким октановым числом или высокой скрытой теплотой парообразования. Степень сжатия также может быть выше при использовании непосредственного впрыска в связи с влиянием последнего на детонацию в двигателе.
В некоторых примерах любой цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для воспламенения. Система 190 зажигания выполнена с возможностью подачи искры зажигания в камеру 14 сгорания с помощью свечи 192 зажигания по сигналу опережения зажигания О3 (SA) от контроллера 12 в определенных режимах работы. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, в двигателе 10 с возможностью автоматического зажигания или зажигания при впрыске топлива, что может иметь место в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых примерах любой цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан содержащим первую топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала впрыска топлива ДИВТ-1 (FPW-1), полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 168. Так топливная форсунка 166 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск (далее также именуемый «НВ») топлива в цилиндр 14. Поэтому первая топливная форсунка 166 в настоящем описании также может именоваться «топливная форсунка 166 НВ». Хотя на ФИГ. 1 форсунка 166 показана расположенной сбоку от цилиндра 14, она также может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Такое расположение может способствовать лучшему смешиванию и сгоранию при работе двигателя на спиртосодержащем топливе из-за пониженной испаряемости некоторых спиртосодержащих топлив. Или же форсунка может быть расположена над впускным клапаном или рядом с ним для улучшения смешивания. Топливо может поступать в топливную форсунку 166 из топливного бака топливной системы 8 через топливный насос 73 высокого давления и топливную рампу. Топливный бак также может содержать преобразователь давления с возможностью направления сигнала в контроллер 12.
Дополнительно или взамен, двигатель 10 может содержать вторую топливную форсунку 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, поступающего из топливной системы 8. А именно, топливо может поступать в топливную форсунку 170 из топливного бака топливной системы 8 через топливный насос 75 низкого давления и топливную рампу. Как раскрыто ниже в разделе «Осуществление изобретения», топливная система 8 может содержать один или несколько топливных баков, топливных насосов и топливных рамп.
Топливная система 8 может содержать один топливный бак или несколько топливных баков. В вариантах, где топливная система 8 содержит несколько топливных баков, топливные баки могут содержать топливо с одними и теми или с разными свойствами, например, с разными составами. В число различий могут входить: разное содержание спирта, разное содержание воды, разное октановое число, разная теплота парообразования, разные составы смеси и (или) комбинации этих отличий, и т.п. В одном примере топлива с разным содержанием спирта могут представлять собой бензин, этанол, метанол или спиртосодержащие смеси, например, Е85 (приблизительно на 85% состоящую из этанола и на 15% из бензина) или М85 (приблизительно на 85% состоящую из метанола и на 15% из бензина). Другие спиртосодержащие топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина и т.п. В некоторых примерах топливная система 8 может включать в себя топливный бак, содержащий жидкое топливо, например, бензин, а также топливный бак, содержащий газообразное топливо, например, сжатый природный газ СПГ (CNG).
Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью впрыска топлива из одного и того же топливного бака, из разных топливных баков, из множества одних и тех же топливных баков или из группы топливных баков, некоторые из которых являются общими для обеих форсунок. Топливная система 8 может содержать топливный насос 75 низкого давления (например, топливоподкачивающий насос) и топливный насос 73 высокого давления. Топливный насос 75 низкого давления может представлять собой топливоподкачивающий насос с возможностью перекачки топлива из одного или нескольких топливных баков к одной или нескольким форсункам 166 и 170. Как раскрыто ниже на примере топливной системы на ФИГ. 2, топливный насос 73 высокого давления может дополнительно повышать давление топлива, подаваемого в первую топливную форсунку 166. То есть топливный насос 75 низкого давления может подавать топливо непосредственно в топливную рампу впрыска во впускной канал и/или топливный насос 73 высокого давления, а топливный насос 73 высокого давления может подавать топливо в топливную рампу непосредственного впрыска.
Топливная форсунка 170 показана установленной в воздухозаборном канале 146, а не в цилиндре 14, что обеспечивает известный из уровня техники впрыск топлива во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Вторая топливная форсунка 170 выполнена с возможностью впрыска топлива, полученного из топливной системы 8, пропорционально длительности импульса сигнала впрыска топлива ДИВТ-2, полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 171. Отметим, что можно использовать единственный формирователь 168 или 171 для обеих систем впрыска топлива или несколько формирователей, например формирователь 168 для топливной форсунки 166 и формирователь 171 для необязательной топливной форсунки 170, как показано на фигуре.
В другом варианте любая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как форсунка непосредственного впрыска топлива непосредственно в цилиндр 14. В другом примере любая из топливных форсунок 166 и 170 может быть выполнена как форсунка впрыска топлива во впускной канал выше по потоку от впускного клапана 150. В других примерах цилиндр 14 может содержать единственную топливную форсунку с возможностью получения различных топлив из топливных систем в виде топливной смеси с разным относительным количеством компонентов для впрыска топливной смеси либо непосредственно в цилиндр как топливная форсунка непосредственного впрыска или выше по потоку от впускных клапанов как форсунка впрыска во впускной канал. В еще одном примере топливо в цилиндр 14 может подавать только необязательная топливная форсунка 170, то есть только впрыском во впускной канал (также именуемым «впрыск во впускной коллектор»). Таким образом, следует понимать, что раскрытые в настоящем описании топливные системы не ограничиваются конкретными конфигурациями топливных форсунок, приведенными в настоящем описании для примера.
Обе форсунки могут подавать топливо в цилиндр во время одного и того же рабочего цикла цилиндра. Например, любая из форсунок выполнена с возможностью подачи части общего количества впрыскиваемого топлива для сжигания в цилиндре 14. Кроме того, распределение долей и/или относительное количество топлива, впрыскиваемого каждой из форсунок, могут быть разными в зависимости от параметров работы, например, нагрузки двигателя, детонации и температуры отработавших газов, как будет раскрыто ниже. Подача топлива впрыска во впускной канал может происходить, когда впускной клапан открыт, впускной клапан закрыт (например, по существу до начала такта впуска), а также во время работы как с открытым, так и с закрытым впускным клапаном. Аналогичным образом, подача топлива непосредственного впрыска может происходить во время такта впуска, а также частично во время предшествующего такта выпуска, во время такта впуска, и частично во время такта сжатия, например. То есть даже для одного события сгорания впрыск топлива может происходить в разные моменты из форсунок впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска. Кроме того, для одного события сгорания можно выполнить несколько впрысков за рабочий цикл. Эти несколько впрысков можно выполнить во время такта сжатия, такта впуска или в период, являющийся какой-либо подходящей комбинацией этих тактов.
Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 представлен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. При этом любой цилиндр может аналогичным образом содержать собственный комплект впускных и выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.п. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое подходящее количество цилиндров: 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 и более. Кроме того, любой из этих цилиндров может содержать некоторые или все компоненты, раскрытые и изображенные на ФИГ. 1 на примере цилиндра 14.
Характеристики топливных форсунок 166 и 170 могут отличаться друг от друга. Например, отличия могут заключаться в размере: отверстие одной форсунки может быть больше, чем у другой. Прочие отличия включают в себя, без каких-либо ограничений, следующие: разные углы распыла, разные рабочие температуры, разные ориентации, разные моменты впрыска, разные характеристики распыла, разные местоположения и т.п. Кроме того, в зависимости от соотношения долей топлива, впрыскиваемого форсунками 170 и 166, можно достичь разных результатов.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 106, порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере показанную в виде однокристального постоянного запоминающего устройства 110 для хранения исполняемых инструкций, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114 и шину данных. Помимо сигналов, речь о которых шла выше, контроллер 12 может принимать разнообразные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, в том числе: массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) отдатчика 122 массового расхода воздуха; температуры охлаждающей жидкости двигателя ТОЖД (ЕСТ) от датчика 116 температуры, соединенного с рубашкой 118 охлаждения; профиля зажигания ПЗ (PIP) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 140; положения дросселя ПД (TP) от датчика положения дросселя; и абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (в оборотах в минуту) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе (ДВК) отдатчика 124 давления в коллекторе может служить показанием разрежения или давления во впускном коллекторе.
Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1 и задействует различные исполнительные устройства, представленные на ФИГ. 1 (например, дроссель 162, топливную форсунку 166, топливную форсунку 170, топливный насос 73 высокого давления, топливный насос 75 низкого давления и т.п.), для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и в соответствии с инструкциями в памяти контроллера. А именно, контроллер 12 может регулировать работу топливного насоса 75 низкого давления в зависимости от необходимого количества впрыскиваемого топлива и/или давления в топливной рампе, как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 2.
На ФИГ. 2 схематически изображен пример 200 осуществления топливной системы, могущей представлять собой ту же систему, что и топливная система 8 на ФИГ. 1, или схожую с ней систему. То есть топливную систему 200 можно эксплуатировать для подачи топлива в двигатель, например, двигатель 10 на ФИГ. 1. Топливной системой 200 может управлять контроллер 222, могущий представлять собой контроллер, являющийся тем же, что и контроллер 12, раскрытый выше на примере ФИГ. 1, или схожий с ним, для осуществления некоторых или всех операций, раскрытых ниже на примере блок-схем на ФИГ. 3А и 4-7.
Топливная система 200 содержит топливный бак 210, топливоподкачивающий насос 212, обратный клапан 213, одну или несколько топливных рамп, канал 218 низкого давления, связывающий по текучей среде насос 212 и одну или несколько топливных рамп, топливные форсунки, один или несколько датчиков давления в топливных рампах и блок 202 цилиндров двигателя. Топливоподкачивающий насос 212 в настоящем описании также может именоваться «насос 212 низкого давления (ННД)».
Как видно из примера на ФИГ. 2, топливная система 200 может быть выполнена в виде системы впрыска топлива во впускной канал и непосредственного впрыска (ВТВКНВ), содержащая топливную рампу 250 непосредственного впрыска (НВ) и топливную рампу 260 впрыска во впускной канал (ВТВК). При этом в других примерах топливная система 200 может быть выполнена как система ВТВК и может не содержать топливную рампу 250 НВ. Топливоподкачивающим насосом 212 может управлять контроллер 222 для перекачивания топлива из топливного бака 210 к топливной рампе 250 НВ и/или топливной рампе 260 ВТВК по каналу 218 низкого давления. В частности, контроллер 222 выполнен с возможностью проводной или беспроводной электрической связи с топливоподкачивающим насосом 212 и направления сигналов топливоподкачивающему насосу 212 для регулирования его работы. В частности, контроллер 222 регулирует величину электропитания (например, напряжения), топливоподкачивающего насоса 212. Регулируя величину электропитания топливоподкачивающего насоса 212, контроллер 222 может регулировать количество топлива, перекачиваемого топливоподкачивающим насосом 212 к топливным рампам 250 и/или 260.
Обратный клапан 213 может быть расположен в канале 218 низкого давления, ближе к топливному насосу 212, чем к топливным рампам 250 и 260, с возможностью обеспечения подачи топлива и поддержания давления топлива в канале 218. А именно, в некоторых примерах обратный клапан 213 может быть установлен в топливном баке 210. При этом в других примерах обратный клапан 213 может быть расположен за пределами топливного бака 210, между топливным баком и топливными рампами 250 и 260. Обратный клапан 213 может быть установлен вблизи выхода 251 топливоподкачивающего насоса 212. Поток в канале 218 низкого давления может быть односторонним - от топливоподкачивающего насоса 212 к топливным рампам 250 и 260. Иначе говоря, обратный клапан 213 может предотвращать двусторонний поток топлива в канале 218, так как топливо не течет назад через обратный клапан 213 к топливоподкачивающему насосу 212 из топливных рамп 250 и 260. То есть топливо может течь только от топливоподкачивающего насоса 212 к топливным рампам 250 и/или 260 в топливной системе 200. Поэтому в настоящем описании топливной системы 200 восходящий поток означает поток топлива, движущийся от топливных рамп 250, 260 к ННД 212, а нисходящий поток - номинальное направление потока от ННД к НВД 214 и далее в топливные рампы.
Первый датчик 231 давления может быть установлен между топливоподкачивающим насосом 212 и обратным клапаном 213 для указания давления в канале 218 низкого давления выше по потоку от обратного клапана 213. Первый датчик 231 давления выполнен с возможностью проводной или беспроводной электрической связи с контроллером 222 для передачи показаний давления выше по потоку от обратного клапана 231 в контроллер 222. То есть контроллер 222 может оценивать давление в канале 218 выше по потоку от обратного клапана 213 по выходным сигналам от первого датчика 231 давления.
В некоторых примерах контроллер 222 может регулировать работу топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру с обратной связью только по выходным сигналам от первого датчика 231 давления. Например, контроллер 222 может регулировать работу топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру с обратной связью только по выходным сигналам от первого датчика 231 давления, когда в прерывистом втором режиме эксплуатации контроллер подает питание на топливоподкачивающий насос для приведения давления в канале 218 выше по потоку от обратного клапана 213 к уровню, приблизительном равному давлению ниже по потоку от обратного клапана 213. В частности, контроллер 222 может подать на топливоподкачивающий насос напряжение, достаточное для повышения давления выше по потоку от обратного клапана 213 до давления ниже по потоку от обратного клапана 213, во время начального включения питания топливоподкачивающего насоса в прерывистом втором режиме.
При этом в других примерах контроллер 222 может регулировать работу топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру с обратной связью только от датчиков 248 и/или 258 давления в топливных рампах. Например, контроллер 222 может регулировать работу топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру с обратной связью только от датчиков 248 и/или 258 давления в топливных рампах в первом режиме непрерывного питания. При этом в дополнительных примерах контроллер 222 может регулировать работу топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру с обратной связью по выходным сигналам и от первого датчика 231 давления, и от датчиков 248 и/или 258 давления в топливных рампах.
В дополнительных примерах контроллер может управлять работой топливоподкачивающего насоса по разомкнутому контуру (без обратной связи от датчиков давления). Например, контроллер может регулировать напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, до заранее заданного уровня и/или в течение заранее заданного периода во время питания топливоподкачивающего насоса (например, подавая ненулевое напряжение на топливоподкачивающий насос) в прерывистом втором режиме.
После выкачивания из топливного бака 210 топливоподкачивающим насосом 212, топливо может течь по каналу 218 в топливную рампу 250 НВ или в топливную рампу 260 ВТВК. Таким образом, канал 218 может разветвляться на подводящую линию 278 НВ и подводящую линию 288 впрыска во впускной канал, при этом подводящая линия 278 НВ создает связь по текучей среде с топливной рампой 250 НВ, а подводящая линия 288 впрыска во впускной канал создает связь по текучей среде с топливной рампой 260 ВТВК. Перед поступлением в топливную рампу 250 НВ по каналу 218 низкого давления, давление топлива может дополнительно повысить насос 214 НВ. Насос 214 НВ в настоящем описании также может именоваться «насос 214 высокого давления» (НВД). Насос 214 может повышать давление топлива перед его непосредственным впрыском в один или несколько цилиндров 264 двигателя форсунками 252 непосредственного впрыска. То есть топливо под давлением, повышенным насосом 214 НВ, может течь по подводящей линии 278 НВ в топливную рампу 250 НВ, где оно может ожидать непосредственного впрыска в цилиндры 264 двигателя посредством форсунок 252 непосредственного впрыска. Форсунки 252 непосредственного впрыска могут быть теми же, что и топливная форсунка 166, раскрытая выше на примере ФИГ. 1, или быть схожи с ней. Форсунки 252 непосредственного впрыска в настоящем описании также могут именоваться «форсунки 252 непосредственного впрыска». Топливная рампа 250 НВ может содержать первый датчик 248 давления в топливной рампе для выдачи показания давления топлива в топливной рампе 250. Контроллер 222 может оценивать и/или определять давление (ДТР) в топливной рампе 250 НВ по выходным сигналам от первого датчика 248 давления в топливной рампе.
В некоторых примерах может не происходить дополнительное повышение давления топлива, текущего в топливную рампу 260 ВТВК, после его выкачивания из топливного бака 210 топливоподкачивающим насосом 212. При этом в других примерах может происходить дополнительное повышение давления топлива, текущего в топливную рампу 260 ВТВК, насосом 214 НВ перед его поступлением в топливную рампу 260 ВТВК. Таким образом, топливо может течь из топливоподкачивающего насоса 212 в топливную рампу 260 ВТВК с последующим впрыском во впускной канал выше по потоку от цилиндров 264 двигателя форсунками 262 впрыска во впускной канал. А именно, топливо может течь по каналу 218 низкого давления, а затем в подводящую линию 288 впрыска во впускной канал перед тем, как поступить в топливную рампу 260 ВТВК. Форсунки 262 впрыска во впускной канал могут быть теми же, что и форсунка 170, раскрытая выше на примере ФИГ. 1, или быть схожи с ней. Форсунки 262 впрыска во впускной канал в настоящем описании также могут именоваться «форсунки 262 впрыска во впускной канал». Топливная рампа 260 ВТВК может содержать второй датчик 258 давления в топливной рампе для выдачи показания давления топлива в топливной рампе 260. То есть контроллер 222 может оценивать и/или определять ДТР топливной рампы 260 ВТВК по выходным сигналам от второго датчика 258 давления в топливной рампе.
Несмотря на то, что на ФИГ. 2 представлена система ВТВКНВ, следует понимать, что топливная система 200 также может быть выполнена в виде системы НВ или системы ВТВК. Если топливная система 200 выполнена как система НВ, она может не содержать топливную рампу 260 ВТВК, форсунки 262 впрыска во впускной канал, датчик 258 давления и подводящую линию 288 впрыска во впускной канал. То есть, в примерах, где топливная система 200 выполнена как топливная система НВ, по существу все топливо, выкачиваемое из топливного бака 210 топливоподкачивающим насосом 212, может течь в насос 214 НВ по пути в топливную рампу 250 НВ. Поэтому в топливную рампу 250 НВ может поступать почти все топливо, выкачиваемое из топливного бака 210 топливоподкачивающим насосом 212.
Также следует понимать, что в примерах, где топливная система 200 выполнена как система ВТВК, она может не содержать насос 214 НВ, подводящую линию 278 НВ, топливную рампу 250 НВ, датчик давления 248 и форсунки 252 непосредственного впрыска. То есть в примерах, где топливная система 200 выполнена как система ВТВК, по существу все топливо, выкачиваемое из топливного бака 210 топливоподкачивающим насосом 212, может течь в топливную рампу 260 ВТВК. Поэтому в топливную рампу 260 ВТВК может поступать почти все топливо, выкачиваемое из топливного бака 210 топливоподкачивающим насосом 212.
Продолжим описание топливной системы 200: топливный бак 210 содержит запас топлива в пределах транспортного средства. Топливо может поступать в топливный бак 210 по заправочному каналу 204. ННД 212 может представлять собой электрический топливный насос, расположенный по меньшей мере частично в топливном баке 210. ННД 212 может управлять контроллер 222 (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) для подачи топлива в НВД 214 по каналу 218 низкого давления. Например, ННД 212 может представлять собой турбинный (например, центробежный) насос с электродвигателем (например, постоянного тока) насоса, повышение давления и (или) объемный расход через который можно регулировать, изменяя электропитание электродвигателя насоса, увеличивая или уменьшая частоту вращения последнего. Например, контроллер 222 может направлять сигналы топливоподкачивающему насосу 212 и/или источнику питания топливоподкачивающего насоса 212 для уменьшения электропитания топливоподкачивающего насоса 212. Уменьшение электропитания топливоподкачивающего насоса 212 позволяет уменьшить объемный расход через топливоподкачивающий насос и/или рост давления на нем. И наоборот, объемный расход через топливоподкачивающий насос и/или рост давления на нем можно увеличить, увеличив электропитание топливоподкачивающего насоса 212.
Например, источником электропитания, подаваемого мотору насоса низкого давления контроллером 222, может служить генератор переменного тока или иное устройство аккумулирования энергии, например, аккумулятор (не показан) в составе транспортного средства, с возможностью регулирования электрической нагрузки, используемой для питания насоса низкого давления, с помощью системы управления. Таким образом, изменяя напряжение и (или) ток, подаваемые на топливный насос низкого давления, регулируют расход и давление топлива, подаваемого на вход топливного насоса 214 высокого давления.
Фильтр 217 может быть расположен ниже по потоку от топливоподкачивающего насоса 212 с возможностью удаления мелких примесей, содержащихся в топливе и могущих повредить компоненты системы топливоподачи. В некоторых примерах фильтр 217 может быть расположен ниже по потоку от обратного клапана 213. При этом в других примерах фильтр 217 может быть расположен выше по потоку от обратного клапана 213, между топливным насосом 212 и обратным клапаном 213. Кроме того, можно использовать разгрузочный клапан 219 давления для ограничения давления топлива в канале 218 низкого давления (например, на выходе топливоподкачивающего насоса 212). Разгрузочный клапан 219 может содержать шаровой пружинный механизм, садящийся в седло и плотно закрывающийся, например, при заданном перепаде давления.
Топливо, подкачиваемое ННД 212, может поступать под низким давлением в канал 218 низкого давления. Из канала 218 низкого давления, топливо может течь во вход 203 НВД 214. А именно, в примере на ФИГ. 2, подводящая линия 288 может быть соединена первым концом с областью ниже по потоку от обратного клапана 234, вблизи или у выхода 203 насоса 214 НВ, а вторым концом - с топливной рампой 260 ВТВК для создания связи по текучей среде между ними. Таким образом, давление по существу всего топлива, выкачиваемого из бака 210 топливоподкачивающим насосом 212, может быть дополнительно повышено НВД 214 перед поступлением в топливную рампу 250 или 260. В таких примерах НВД 214 можно эксплуатировать для повышения давления топлива, поступающего в любую из топливных рамп 250 и 260, сверх давления топливоподкачивающего насоса, при этом топливная рампа 250 НВ, соединенная с форсунками 252 непосредственного впрыска, может работать при переменном высоком давлении, а топливная рампа 260 ВТВК, соединенная с форсунками 262 впрыска во впускной канал, может работать при постоянном высоком давлении. Таким образом, топливный насос 214 высокого давления выполнен с возможностью связи и с топливной рампой 260, и с топливной рампой 250. Это обеспечивает возможность впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска под высоким давлением.
В таких примерах подводящая линия 288 может содержать клапаны 244 и 242. Клапаны 244 и 242 могут взаимодействовать для поддержания порогового давления (например, 15 бар) в топливной рампе 260 ВТВК во время хода сжатия поршня 228 насоса 214 НВ. Разгрузочный клапан 242 давления может ограничивать давление, которое может нарастать в топливной рампе 260 из-за теплового расширения топлива. В некоторых примерах разгрузочный клапан 242 давления выполнен с возможностью открытия и пропуска потока топлива из области выше по потоку от топливной рампы 260 к каналу 218, при превышении порога (например, 15 бар) давления между клапаном 242 и топливной рампой 260 ВТВК.
Или же топливо может течь непосредственно из канала 218 низкого давления в топливную рампу 260 ВТВК без прохождения через насос 214 НВ и/или без повышения им давления. В таких примерах подводящая линия 288 может быть соединена непосредственно с каналом 218 низкого давления выше по потоку от обратного клапана 234. То есть подводящая линия 288 может быть соединена одним концом с областью выше по потоку от обратного клапана 234 и ниже по потоку от обратного клапана 213, а противоположным концом - с топливной рампой 260 ВТВК, для создания связи по текучей среде между ними. Таким образом, между топливоподкачивающим насосом 212 и топливной рампой 260 ВТВК может не происходить дополнительная перекачка и/или повышение давления топлива. В некоторых примерах насос 214 НВ может быть связан только с топливной рампой 250 НВ с возможностью повышения давления только того топлива, которое поступает в насос 214 НВ. То есть, несмотря на то, что топливная рампа 260 ВТВК изображена на ФИГ. 2 соединенной с областью ниже по потоку от обратного клапана 234 посредством подводящей линии 288, в другом варианте подводящая линия 288 может быть соединена с областью выше по потоку от обратного клапана 234.
Давление топлива, поступающего в топливную рампу 260 ВТВК, может быть ниже, чем давление топлива, поступающего в топливную рампу 250 НВ. А именно, давление топлива, поступающего в топливную рампу 260 ВТВК, может быть приблизительно тем же, что и на выходе топливоподкачивающего насоса 212.
Давление в топливных рампах 250 и 260 может зависеть от массового расхода потока топлива в рампы 250 и 260 по подводящим линиям 218 и 288 соответственно и массовых расходов потоков топлива из рамп 250 и 260 через форсунки 248 и 258 соответственно. Например, давление в топливных рампах может возрастать, если массовый расход потока в топливную рампу превышает массовый расход потока из топливной рампы. Аналогичным образом, давление может падать, если массовый расход потока из топливной рампы превышает массовый расход потока в топливную рампу. То есть, когда форсунки выключены, и топливо не выходит из топливной рампы, давление в топливной рампе может расти, когда топливоподкачивающий насос 212 включен и работает, если давление на выходе топливного насоса выше, чем давление в топливной рампе, в связи с чем топливный насос 212 проталкивает топливо в топливную рампу.
Несмотря на то, что топливная рампа 250 НВ и топливная рампа 260 ВТВК показаны раздающими топливо в четыре топливные форсунки соответствующих групп 252, 262 форсунок, следует понимать, что каждая из топливных рамп 250 и 260 выполнена с возможностью раздачи топлива в любое подходящее количество топливных форсунок. Например, топливная рампа 250 НВ выполнена с возможностью подачи топлива в одну топливную форсунку первой группы 252 форсунок для каждого цилиндра двигателя, а топливная рампа 260 ВТВК выполнена с возможностью подачи топлива в одну топливную форсунку второй группы 262 форсунок для каждого цилиндра двигателя. Контроллер 222 выполнен с возможностью по отдельности включать каждую из форсунок 262 впрыска во впускной канал с помощью формирователя 237 импульсов впрыска во впускной канал и включать каждую из форсунок 252 непосредственного впрыска с помощью формирователя 238 импульсов непосредственного впрыска. Контроллер 222, формирователи 237 и 238 и прочие пригодные для данной цели контроллеры системы двигателя могут образовывать систему управления. Несмотря на то, что формирователи 237, 238 показаны за пределами контроллера 222, следует понимать, что в других примерах контроллер 222 может включать в себя формирователи 237, 238 или может быть выполнен с возможностью выполнения функций формирователей 237, 238. Контроллер 222 может содержать непоказанные дополнительные компоненты, например, входящие в состав контроллера 12 на ФИГ. 1.
Контроллер 222 может представлять собой пропорционально-интегральный ПИ (PI) или пропорционально-интегрально-дифференциальный ПИД (PID) регулятор. Как раскрыто выше, контроллер 222 может принимать показание давления в топливной рампе от первого и/или второго датчика 248 и 258 давления в топливных рампах. Контроллер 222 может дополнительно получать показание давления в топливопроводе выше по потоку от обратного клапана 213 от датчика 231 давления. А именно, контроллер 222 может оценивать давление в топливной рампе 250 НВ по выходным сигналам от первого датчика 248 давления в топливной рампе, а в топливной рампе 260 ВТВК - по выходным сигналам от второго датчика 258 давления в топливной рампе. По разности необходимого давления в топливной рампе и измеренного значения фактического давления в топливной рампе датчиками давления 248 и/или 258 контроллер 222 может вычислить отклонение. Данное отклонение может представлять собой текущую разность необходимого давления в топливной рампе и оценочного значения давления в топливной рампе по выходным сигналам датчиков давления 248 и/или 258. Отклонение можно умножить на коэффициент передачи пропорционального регулятора (Кр) с получением пропорциональной составляющей. Далее, суммарное отклонение за некий период можно умножить на коэффициент передачи интегрального регулятора (Ki) с получением интегральной составляющей. В примерах, где контроллер 222 выполнен в виде ПИД-регулятора, контроллер может дополнительно вычислить дифференциальную составляющую по темпу изменения отклонения и коэффициенту передачи дифференциального регулятора (Kd).
Пропорциональная составляющая, и/или интегральная составляющая, и/или дифференциальная составляющая могут быть включены в выходной сигнал (например, напряжения), направляемого контроллером 222 насосу 212 и/или источнику питания, подающему питание на насос 212, для регулирования величины питания насоса 212. А именно, напряжение и/или ток, подаваемые на насос 212, может регулировать контроллер 222 для приведения давления в топливной рампе к необходимому давлению в топливной рампе в соответствии с пропорциональной, и/или интегральной, и/или дифференциальной составляющей. Формирователь (не показан), соединенный с контроллером 222 электронными средствами, может служить для направления управляющего сигнала топливоподкачивающему насосу 212 для регулирования подачи (например, скорости) топливоподкачивающего насоса 212. Таким образом, в зависимости от разности оценочного значения давления в топливной рампе, полученного от датчиков давления 248 и/или 258, и необходимого давления в топливной рампе, контроллер 222 может отрегулировать величину электропитания, подаваемого на насос 212, для приведения фактического давления в топливной рампе в большее соответствие с необходимым. Как правило, контроллер 222 может увеличить питание насоса 212, если давление в топливной рампе ниже необходимого, и может уменьшить питание насоса 212, если давление в топливной рампе выше необходимого. Данная схема регулирования, в которой контроллер 222 регулирует свой выходной сигнал в зависимости от входных сигналов от датчиков давления 248 и/или 258, может в настоящем описании именоваться «регулирование по замкнутому контуру» или «регулирование с обратной связью». При этом в некоторых примерах, как раскрыто ниже на примере ФИГ. 4, при определенных параметрах работы двигателя контроллер 222 может работать по разомкнутому контуру.
Во время регулирования по разомкнутому контуру, контроллер 222 может не регулировать свой выходной сигнал и/или электропитание насоса 212 в зависимости от сигналов от датчиков 231, и/или 248, и/или 258 давления. То есть, во время регулирования по разомкнутому контуру, контроллер 222 может регулировать работу насоса 212 только в зависимости от необходимого давления в топливной рампе. А именно, контроллер 222 может прекратить обновление интегральной составляющей или зафиксировать ее во время регулирования по разомкнутому контуру. То есть контроллер 222 может не вычислять интегральную составляющую во время регулирования по разомкнутому контуру.
В другом примере контроллер 222 может эксплуатировать топливоподкачивающий насос 212 в прерывистом режиме, в котором выключают питание топливоподкачивающего насоса 212, так что контроллер 222 по существу не подает электропитание (например, величина электропитания равна 0) на топливоподкачивающий насос 212, когда давление в топливной рампе остается выше порога, и включают питание топливоподкачивающего насоса 212, когда ожидают падения давления в топливной рампе ниже порога в будущем периоде, или если давление в топливной рампе падает ниже порога. Питание топливоподкачивающего насоса можно включить на короткий период для предотвращения падения давления в топливной рампе ниже порога, а затем вновь выключить и оставить в выключенном состоянии до тех пор, пока не будет нужно повысить давление. Эксплуатация топливоподкачивающего насоса 212 в прерывистом режиме подробнее раскрыта ниже в примерах способов на ФИГ. 3А и 4-7.
НВД 214 может представлять собой приводимый от двигателя вытеснительный насос. В качестве неограничивающего примера, НВД 214 может представлять собой насос высокого давления BOSCH HDP5. НВД 214 может содержать электромагнитный клапан-регулятор (например, регулятор объема топлива, электромагнитный клапан 236 и т.п.) для изменения полезного объема насоса при каждом ходе поршня насоса. Обратный клапан на выходе НВД приводят в действие механически, а не электронно с помощью какого-либо внешнего контроллера. НВД 214 выполнен с возможностью механического приведения в действие двигателем, в отличие от ННД 212 с приводом от мотора. НВД 214 содержит поршень 228 насоса, камеру 205 сжатия насоса (в настоящем описании также именуемую «камера сжатия») и область 227 переменного объема. Поршень 228 насоса воспринимает механическое входное воздействие от коленчатого вала двигателя или распределительного вала через кулачок 230, приводящее НВД в действие по принципу одноцилиндрового насоса с кулачковым приводом. Датчик (не показан на ФИГ. 2) может быть расположен рядом с кулачком 230 для определения углового положения кулачка (например, от 0 до 360 градусов) с возможностью передачи в контроллер 222.
Продолжим описание топливной системы 200: она может необязательно содержать аккумулятор 215. При наличии, аккумулятор 215 может быть расположен ниже по потоку от топливного насоса 212 низкого давления и выше по потоку от топливного насоса 214 высокого давления, и может быть выполнен с возможностью вмещения объема топлива, позволяющего уменьшить темп роста или падения давления между топливными насосами 212 и 214. Например, аккумулятор 215 может быть установлен в канале 218 низкого давления, как показано, или в перепускном канале 211, соединяющем канал 218 низкого давления с областью 227 переменного объема НВД 214. Объем аккумулятора 215 может обеспечивать возможность работы двигателя в состояниях холостого хода в течение заранее заданного периода времени между интервалами работы топливного насоса 212 низкого давления. В других вариантах аккумулятор 215 может быть выполнен как неотъемлемая часть устройства сопряжения топливного фильтра 217 и канала 218 низкого давления, то есть может не существовать как отдельный элемент.
Датчик 233 частоты вращения двигателя выполнен с возможностью выдачи показаний частоты вращения двигателя контроллеру 222. По показанию частоты вращения двигателя можно определять скорость топливного насоса 214 высокого давления, так как насос 214 выполнен с возможностью механического приведения в действие двигателем 202, например, посредством коленчатого вала или распределительного вала.
Топливная рампа 250 НВ соединена с выходом 208 НВД 214 по подводящей линии 278 НВ. В отличие от нее, топливная рампа 260 ВТВК может быть соединена с входом 203 НВД 214 по подводящей линии 288 впрыска во впускной канал в примерах, где НВД 214 выполнен с возможностью повышения давления топлива, подаваемого в топливную рампу 260 ВТВК. В других примерах топливная рампа 260 ВТВК может не быть соединена с входом 203 НВД 214, а может быть непосредственно соединена с каналом 218 выше по потоку от обратного клапана 234. Обратный клапан 274 и/или разгрузочный клапан 272 давления могут быть расположены между выходом 208 НВД 214 и топливной рампой 250 НВ. Разгрузочный клапан 272 давления может быть расположен параллельно обратному клапану 274 в перепускном канале 279 с возможностью ограничения давления в подводящей линии 278 НВ, расположенной ниже по потоку от НВД 214 и выше по потоку от топливной рампы 250 НВ. Например, разгрузочный клапан 272 давления может ограничивать давление в подводящей линии 278 НВ до верхнего порогового давления (например, 200 бар). Разгрузочный клапан 272 давления может ограничивать давление, которое образовалось бы в подводящей линии 278 НВ случае (преднамеренного или непреднамеренного) открытия клапана-регулятора 236 и во время осуществления перекачки топливным насосом 214 высокого давления.
Один или несколько обратных клапанов и разгрузочных клапанов давления также могут быть соединены с каналом 218 низкого давления ниже по потоку от ННД 212 и выше по потоку от НВД 214. Например, обратный клапан 234 может быть установлен в канале 218 низкого давления для уменьшения или предотвращения обратного потока топлива от насоса 214 высокого давления в насос 212 низкого давления и топливный бак 210. Кроме того, в перепускном канале может быть установлен разгрузочный клапан 232 давления параллельно обратному клапану 234. Разгрузочный клапан 232 давления может ограничивать давление ниже по потоку от обратного клапана 234 до давления, превышающего давление выше по потоку от обратного клапана 234 на пороговую величину (например, 10 бар). Иначе говоря, разгрузочный клапан 232 давления может пропускать поток топлива в области выше по потоку от обратного клапана 234 или вокруг него в сторону ННД 212, когда рост давления на разгрузочном клапане 232 превышает порог (например, 10 бар).
Контроллер 222 может быть выполнен с возможностью регулирования потока топлива в НВД 214 посредством клапана-регулятора 236 путем подачи питания и прекращения подачи питания клапану-регулятору 236 (выполненному как электромагнитный клапан) синхронно с рабочим кулачком. Соответственно, электромагнитный клапан-регулятор 236 можно эксплуатировать в первом режиме, в котором клапан 236 расположен внутри входа 203 НВД для ограничения (например, блокирования) количества топлива, текущего через электромагнитный клапан-регулятор 236. В зависимости от момента срабатывания электромагнитного клапана можно изменять объем, перемещаемый в топливную рампу 250. Клапан-регулятор 236 также можно эксплуатировать во втором режиме, в котором электромагнитный клапан-регулятор 236 по существу выключен, и топливо может течь выше по потоку от и ниже по потоку от клапана, а также в НВД 214 и из него.
Электромагнитный клапан-регулятор 236 может быть выполнен с возможностью регулирования массы (или объема) топлива, сжимаемого в насосе 214 НВ. В одном примере контроллер 222 может отрегулировать момент закрытия электромагнитного обратного клапана-регулятора давления для регулирования массы сжимаемого топлива. Например, позднее закрытие клапана-регулятора давления позволяет уменьшить массовое количество топлива, всасываемого в камеру 205 сжатия. Моменты открытия и закрытия электромагнитного обратного клапана могут быть приурочены к моментам ходов в топливном насосе непосредственного впрыска.
Поршень 228 может попеременно перемещаться вверх и вниз. В НВД 214 происходит ход сжатия, когда поршень 228 движется в направлении, сокращающем объем камеры 205 сжатия. В НВД 214 происходит ход всасывания, когда поршень 228 движется в направлении, увеличивающем объем камеры 205 сжатия.
Контроллер 222 также может управлять работой насоса 214 НВ для регулирования количества, расхода и т.п., топлива, подаваемого в топливную рампу 250 НВ. Например, контроллер 222 может изменить настройку давления, величину хода насоса, заданный рабочий цикл насоса, и/или расход потока топлива через топливный насос для подачи топлива в разные места топливной системы.
Формирователь (не показан), соединенный с контроллером 222 электронными средствами, может служить для направления управляющего сигнала насосу низкого давления для регулирования подачи (например, скорости) насоса низкого давления. В некоторых примерах электромагнитный клапан может быть выполнен таким образом, чтобы топливный насос 214 высокого давления подавал топливо только в топливную рампу 250 НВ, при этом в такой конфигурации в топливную рампу 260 ВТВК может поступать топливо под более низким давлением на выходе топливоподкачивающего насоса 212.
Контроллер 222 может управлять работой каждой из форсунок 252 и 262. Например, контроллер 222 может регулировать распределение долей и (или) относительное количество топлива, подаваемого каждой из форсунок, могущее зависеть от параметров работы, например, нагрузки двигателя, давления во впускном коллекторе, массового расхода всасываемого воздуха, детонации и температуры отработавших газов. А именно, контроллер 222 может регулировать долю топлива непосредственного впрыска путем направления соответствующих сигналов формирователям 237 и 238 импульсов впрыска во впускной канал и непосредственного впрыска, могущим, в свою очередь, приводить в действие соответственно топливные форсунки 262 впрыска во впускной канал и форсунки 252 непосредственного впрыска с необходимой шириной импульса для достижения необходимых долей впрыска. Кроме того, контроллер 222 может выборочно разблокировать и блокировать (т.е. включать или выключать) форсунки 252 и/или 262 в зависимости от давления топлива в каждой из рамп. Схема регулирования контроллером 222 представлена ниже на примерах ФИГ. 3А и 4-7.
На ФИГ. 3А и 4-7 представлены блок-схемы примеров способов для эксплуатации топливоподкачивающего насоса (например, топливоподкачивающего насоса 212, раскрытого выше на ФИГ. 2). Контроллер, например, контроллер 12, раскрытый выше на ФИГ. 1, и/или контроллер 222 на ФИГ. 2, может содержать инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для осуществления способов на ФИГ. 3А и 4-7. В частности, контроллер может регулировать работу топливоподкачивающего насоса (например, величину электропитания топливоподкачивающего насоса). Питание на топливоподкачивающий насос можно подавать в первом режиме непрерывного питания, могущем предусматривать подачу напряжения согласно коэффициенту заполнения, и во втором режиме прерывистого питания, в котором питание насоса можно выключать, а затем периодически включать для поддержания давления в топливной рампе выше порога. Топливоподкачивающий насос можно переключить в первый режим непрерывного питания, когда он является более энергетически благоприятным, чем второй режим прерывистого питания. Например, потребление электроэнергии при эксплуатации топливоподкачивающего насоса во втором режиме прерывистого питания может быть меньше, чем при эксплуатации топливоподкачивающего насоса в первом режиме непрерывного питания, когда расходы потока топлива являются низкими. При этом, по мере роста количества впрыскиваемого топлива, может возрасти частота включения питания насоса во время эксплуатации во втором режиме прерывистого питания. Когда количество впрыскиваемого топлива достаточно большое, расход электроэнергии на попеременное включение и выключение питания насоса может оказаться больше, чем если бы насос оставили включенным, как в первом режиме непрерывного питания. Таким образом, контроллер может переключить топливоподкачивающий насос в первый режим непрерывного питания, когда потребности в потоке топлива из топливоподкачивающего насоса возрастают выше порога.
На ФИГ. 3А раскрыт пример способа 300 для определения того, когда нужно эксплуатировать топливоподкачивающий насос в первом режиме непрерывного питания, а когда - во втором режиме прерывистого питания. Выполнение способа 300 начинают на шаге 302, предусматривающем оценку и/или измерение параметров работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить один или несколько из следующих: частота вращения двигателя, давление во впускном коллекторе, количество впрыскиваемого топлива, давление в топливной рампе, требуемый водителем крутящий момент, положение дросселя, угол поворота кривошипа и т.п. Контроллер может принимать множество выходных сигналов от различных датчиков двигателя и оценивать параметры работы двигателя по полученным от них сигналам. Например, давление во впускном коллекторе можно оценивать по выходным сигналам датчика абсолютного давления в коллекторе (например, датчика 124 давления, раскрытого выше на ФИГ. 1), угол поворота кривошипа и/или частоту вращения двигателя можно оценивать по выходным сигналам датчика положения коленчатого вала (например, датчика 120 на эффекте Холла, раскрытого выше на ФИГ. 1), давление в топливной рампе можно оценивать по выходным сигналам датчика давления в топливной рампе (например, второго датчика 258 давления в топливной рампе, раскрытого выше на ФИГ. 2), требуемый водителем крутящий момент можно оценивать по положению педали акселератора (например, положению устройства 132 ввода, раскрытого выше на ФИГ. 1, оцениваемому по выходным сигналам датчика 134 положения педали, раскрытого выше на ФИГ. 1), а впрыск топлива можно оценивать в зависимости от заданного количества впрыскиваемого топлива.
Заданное количество впрыскиваемого топлива может представлять собой сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ), направляемый одной или нескольким топливным форсункам (например, топливным форсункам 262 впрыска во впускной канал, раскрытым выше на ФИГ. 2) контроллером, в котором закодировано необходимое количество впрыскиваемого топлива для подачи топливными форсунками. Сигнал ШИМ, направляемый одной или нескольким топливным форсункам, может определять и формировать контроллер в зависимости от давления во впускном коллекторе, и/или требуемого водителем крутящего момента, и/или необходимого воздушно-топливного отношения, и/или массового расхода всасываемого воздуха, и/или положения дросселя, и/или давления наддува, и/или давления в топливной рампе и т.п. Так, по разности давлений на отверстии форсунки и необходимому количеству топлива, которое должно быть впрыснуто для достижения необходимого воздушно-топливного отношения, контроллер может определить величину и/или продолжительность открытия форсунки для достижения необходимого воздушно-топливное отношение.
Способ 300 далее переходит с шага 302 на шаг 306, предусматривающий определение того, в каком режиме энергетический КПД эксплуатации топливоподкачивающего насоса выше - в первом режиме непрерывного питания или во втором режиме прерывистого питания. КПД топливоподкачивающего насоса в настоящем описании определяют как отношение гидравлической мощности, создаваемой насосом, к электрической мощности, подаваемой на насос. Энергетический КПД при эксплуатации топливоподкачивающего насоса во втором режиме может быть выше при более низких расходах впрыска топлива, нагрузках двигателя, частотах вращения двигателя и т.п., при этом величина электропитания, которую подавали бы на топливоподкачивающий насос при эксплуатации в первом режиме непрерывного питания (например, регулирования по замкнутому контуру с обратной связью) меньше порога. Таким образом, при более низких потребностях в потоке топлива, при которых в процессе регулирования по замкнутому контуру с обратной связью было бы задано количество топлива для перекачки топливоподкачивающим насосом меньше порога, энергетический КПД при эксплуатации топливоподкачивающего насоса во втором режиме может быть выше.
Например, на ФИГ. 3В представлена диаграмма 350 примера соотношения расходов потока топлива из топливоподкачивающего насоса и КПД топливоподкачивающего насоса. А именно, на диаграмме 350 представлен график 352, устанавливающий соотношение расходов потока топлива из топливоподкачивающего насоса с энергетическим КПД топливоподкачивающего насоса. Расходы потока топлива из топливоподкачивающего насоса представлены по оси х, а КПД - по оси у. Примеры расходов потока топлива выражены в см3/сек. Примеры КПД насоса представлены в процентах. Когда расходы потока топлива из топливоподкачивающего насоса падают ниже порога 354 (на ФИГ. 3В), КПД топливоподкачивающего насоса может быть выше во втором режиме, чем в первом. Несмотря на то, что порог 354 в примере на ФИГ. 3В составляет примерно 10 см3/сек, следует понимать, что в других примерах порог 354 может быть больше или меньше 10 см3/сек. Порог 354 может быть определен во время калибровки и/или испытаний на заводе-изготовителе, и/или может быть скорректирован во время работы двигателя в зависимости от параметров работы двигателя. Контроллер может эксплуатировать топливоподкачивающий насос в первом режиме, когда расход потока топлива превышает порог 354, и переключать топливоподкачивающий насос во второй режим, когда расход потока топлива ниже порога 354.
Вернемся к способу 300 на ФИГ. 3А: на шаге 306, так как расходы потока топлива из топливоподкачивающего насоса могут быть прямо пропорциональны величине электропитания топливоподкачивающего насоса, как разъяснялось выше в описании ФИГ. 2, КПД топливоподкачивающего насоса может в целом быть пропорционален величине электропитания топливоподкачивающего насоса. То есть КПД топливоподкачивающего насоса может быть тем больше, чем больше величина электропитания топливоподкачивающего насоса, и наоборот.
Величину электропитания топливоподкачивающего насоса в первом режиме непрерывного питания регулируют с обратной связью по разности измеренного значения давления в топливной рампе и необходимого давления в топливной рампе. Данная разность может возрастать по мере роста расходов впрыска топлива, так как при этом растет количество топлива, покидающего топливную рампу. То есть величина электропитания топливоподкачивающего насоса в первом режиме непрерывного питания может быть приблизительно пропорциональна расходам впрыска топлива. Так как необходимые расходы впрыска топлива определяют в зависимости от одного или нескольких параметров работы двигателя, например: массового расхода всасываемого воздуха, положения дросселя, давления наддува и частоты вращения двигателя, для поддержания необходимого воздушно-топливного отношения величина электропитания топливоподкачивающего насоса также может зависеть от одного или нескольких параметров работы двигателя, по которым вычисляют необходимые расходы впрыска топлива. Например, когда частота вращения двигателя превышает порог, необходимый расход впрыска топлива может возрасти достаточно высоко, так что расход потока топлива из топливоподкачивающего насоса может превысить порог 354, в связи с чем энергетический КПД при эксплуатации топливоподкачивающего насоса будет выше в первом режиме непрерывного питания.
Таким образом, КПД топливоподкачивающего насоса может зависеть от одного или нескольких параметров работы двигателя. Контроллер может определять, в каком режиме эксплуатации топливоподкачивающего насоса энергетический КПД будет выше - в первом или во втором, в зависимости от одного или нескольких параметров работы двигателя. Например, контроллер может определить, что КПД будет выше при эксплуатации во втором режиме, чем в первом режиме, когда частота вращения двигателя ниже порога частоты вращения. В другом примере контроллер может определить, что КПД будет выше при эксплуатации во втором режиме, чем в первом, когда заданное количество впрыскиваемого топлива ниже порога впрыска. В еще одном примере контроллер может определить, что КПД будет выше при эксплуатации во втором режиме, чем в первом, когда требуемый водителем крутящий момент ниже порога крутящего момента. В еще одном примере контроллер может определить, что КПД будет выше при эксплуатации во втором режиме, чем в первом, когда массовый расход всасываемого воздуха меньше порога расхода воздуха. В дополнительных примерах контроллер может определить, что КПД будет выше при эксплуатации во втором режиме, чем в первом, на основании одной или нескольких комбинаций заданного количества впрыскиваемого топлива, массового расхода всасываемого воздуха, частоты вращения двигателя, требуемого водителем крутящего момента, потока топлива из насоса, напряжения насоса и т.п., относительно соответствующих порогов. Таким образом, контроллер может определить, что КПД будет выше при эксплуатации топливоподкачивающего насоса во втором режиме, чем в первом, если пороговое число параметров работы двигателя ниже соответствующих порогов.
Помимо оценки текущего КПД топливоподкачивающего насоса в зависимости от текущих параметров работы двигателя, способ 300 на шаге 306 может предусматривать прогнозирование будущих КПД топливоподкачивающего насоса по будущим параметрам работы двигателя. Будущие параметры работы двигателя, например, будущие количества впрыскиваемого топлива, нагрузки двигателя, питание топливоподкачивающего насоса, частоты вращения двигателя, массовые расходы всасываемого воздуха и т.п., можно оценивать в зависимости от информации о предстоящей дороге от ГСОМ (GPS) или иной картографической программы, манеры вождения водителя, статистики двигателя, метеоусловий, информации о движении транспорта и т.п. Контроллер может переключить насос в первый режим из второго режима только в том случае, когда прогнозируют, что первый режим останется режимом эксплуатации с более высоким энергетическим КПД в течение по меньшей мере порогового предстоящего периода. Будущие КПД топливоподкачивающего насоса можно оценивать таким же или схожим образом, что и текущий КПД насоса: путем оценки по будущим расходам впрыска топлива и, следовательно, потребностям в потоке топлива. Таким образом, переключение в первый режим только тогда, когда прогнозируют, что первый режим останется режимом эксплуатации с более высоким энергетическим КПД в течение по меньшей мере порогового предстоящего периода, позволяет сократить количество излишних переключений из первого режима во второй и наоборот. При переключении из первого режима во второй и наоборот может происходить переключение топливоподкачивающего насоса из включенного в выключенное состояние и наоборот, поэтому сокращение количества переключений из первого режима во второй и наоборот позволяет сократить частоту включений и выключений питания насоса и, тем самым, расход энергии. Если на шаге 306 будет установлено, что КПД топливоподкачивающего насоса при эксплуатации в первом режиме будет выше, чем во втором режиме, способ 300 может перейти на шаг 308, предусматривающий эксплуатацию топливоподкачивающего насоса в первом режиме и регулирование работы топливоподкачивающего насоса с обратной связью по выходным сигналам датчика (датчиков) давления в топливной рампе, как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 4. То есть способ 300 на данном шаге может предусматривать регулирование величины электропитания топливоподкачивающего насоса в зависимости от разности необходимого давления в топливной рампе и измеренного значения давления в топливной рампе, оцененного по выходным сигналам датчика (датчиков) давления. Питание на топливоподкачивающий насос можно подавать для поддержания давления выше по потоку от обратного клапана на уровне порога, когда необходимое давление в топливной рампе ниже измеренного значения фактического давления в топливной рампе, как подробнее раскрыто ниже на примере способа на ФИГ. 4. Затем способ 300 совершает возврат.
При этом, если на шаге 306 будет установлено, что КПД топливоподкачивающего насоса при эксплуатации во втором режиме будет выше, чем в первом режиме, способ 300 может перейти на шаг 310, предусматривающий эксплуатацию топливоподкачивающего насоса во втором режиме и прерывистое питание топливоподкачивающего насоса, как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 5. То есть способ 300 на шаге 310 может предусматривать оставление топливоподкачивающего насоса в выключенном состоянии и включение питания топливоподкачивающего насоса только на по существу короткие периоды для предотвращения падения давления в топливной рампе ниже порога. Затем способ 300 совершает возврат.
На ФИГ. 4 раскрыт пример способа 400 для эксплуатации топливоподкачивающего насоса в первом режиме непрерывного питания. Способ 400 может входить в способ 300 в качестве подпрограммы с возможностью реализации на шаге 308 способа 300, раскрытого выше на примере ФИГ. 3А. Выполнение способа 400 можно начать на шаге 404, предусматривающем определение необходимого давления в топливной рампе в зависимости от параметров работы двигателя. Например, необходимое давление в топливной рампе можно определять в зависимости от давления во впускном коллекторе. В частности, необходимое давление в топливной рампе может быть тем выше, чем выше давление во впускном коллекторе. Необходимое давление в топливной рампе можно дополнительно определять в зависимости от других параметров работы двигателя, например: температуры топлива, давления паров топлива, минимальной ширины импульса впрыска топлива, состава топлива, испаряемости топлива, массового расхода всасываемого воздуха, давления наддува и будущих параметров работы двигателя. В других примерах необходимое давление в топливной рампе может представлять собой заранее заданное постоянное давление.
Определив необходимое давление в топливной рампе на шаге 404, способ 400 может перейти на шаг 406, предусматривающий измерение давления в топливной рампе посредством датчика давления в топливной рампе. Контроллер может принимать выходные сигналы от датчика давления и может оценивать текущее давление в топливной рампе по полученным выходным сигналам. Данное давление в настоящем описании также может именоваться «измеренное значение давления в топливной рампе».
Способ 400 может далее перейти с шага 406 на шаг 408, предусматривающий определение величины необходимого электропитания топливоподкачивающего насоса в зависимости от разности необходимого давления в топливной рампе и оценочного значения давления в топливной рампе. Как раскрыто выше на примере ФИГ. 2, величина необходимого электропитания топливоподкачивающего насоса может представлять собой выходной сигнал ПИ- или ПИД-регулятора. То есть способ на шаге 408 может предусматривать вычисление пропорциональной, и/или интегральной, и/или дифференциальной составляющих и формирование выходного сигнала, соответствующего величине необходимого электропитания топливоподкачивающего насоса. Как правило, величина электропитания топливоподкачивающего насоса может быть пропорциональна разности необходимого давления и оценочного значения давления в топливных рампах, то есть, когда оценочное значение давления в топливной рампе меньше необходимого давления в топливной рампе, величина электропитания топливоподкачивающего насоса может быть тем больше, чем больше разность этих давлений и наоборот.
Таким образом, если необходимое давление в топливной рампе меньше измеренного значения давления в топливной рампе, напряжение топливоподкачивающего насоса можно снизить до нуля для прекращения повышения топливоподкачивающим насосом давления в топливной рампе. При этом в некоторых примерах, когда необходимое давление в топливной рампе меньше измеренного значения давления в топливной рампе, напряжение топливоподкачивающего насоса можно снизить до уровня выше нуля. В частности, напряжение топливоподкачивающего насоса можно снизить до уровня, при котором давление выше по потоку от обратного клапана поддерживают чуть ниже необходимого давления в топливной рампе. Контроллер может содержать табулированную зависимость, устанавливающую соотношение напряжения топливоподкачивающего насоса и давления выше по потоку от обратного клапана. То есть контроллер может содержать табулированную зависимость, определяющую величину необходимого электропитания топливоподкачивающего насоса для достижения необходимого давления выше по потоку от обратного клапана, при условии, что через обратный клапан не течет топливо (например, давление ниже по потоку от обратного клапана выше необходимого давления выше по потоку от обратного клапана). В других примерах напряжение топливоподкачивающего насоса можно снизить до уровня (например, 5В), при котором давление выше по потоку от обратного клапана остается чуть ниже минимального порогового давления в топливной рампе. Таким образом, если измеренное значение давления в топливной рампе упадет ниже необходимого давления в топливной рампе в связи с впрыском топлива, топливоподкачивающий насос сможет быстрее начать повышать давление в топливной рампе, тем самым повышая быстроту реагирования топливной системы.
Необходимое электропитание (например, мощность, напряжение, ток) топливоподкачивающего насоса может, в некоторых примерах, представлять собой сигнал с коэффициентом заполнения, в котором коэффициент заполнения представляет собой процентную долю времени, в течение которого напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, не равно нулю. То есть коэффициент заполнения может представлять процентную долю полного цикла включений и выключений, в течение которой сигнал соответствует включенному состоянию. Таким образом, контроллер может регулировать величину электропитания топливоподкачивающего насоса путем регулирования коэффициента заполнения. А именно, контроллер может увеличить величину электропитания топливоподкачивающего насоса путем увеличения коэффициента заполнения сигнала. В некоторых примерах величину напряжения, подаваемого на топливоподкачивающий насос, можно регулировать. Например, контроллер может подавать непрерывный поток электроэнергии (например, коэффициент заполнения равен 100%) на топливоподкачивающий насос и может регулировать величину электропитания топливоподкачивающего насоса путем регулирования уровня напряжения. В дополнительных примерах контроллер может регулировать и уровень напряжения, и коэффициент заполнения сигнала для регулирования величины электропитания топливоподкачивающего насоса.
Способ 400 далее переходит с шага 408 на шаг 410, предусматривающий оставление топливоподкачивающего насоса во включенном состоянии и непрерывное питание топливоподкачивающего насоса. В настоящем описании «непрерывное питание» также может означать и представлять собой сигналы с коэффициентом заполнения, так как сигналы с коэффициентом заполнения по существу представляют собой непрерывные потоки электроэнергии, учитывая высокую частоту их циклов переключения. Способ 400 на шаге 410 может предусматривать продолжение регулирования величины электропитания топливоподкачивающего насоса в зависимости от изменений необходимого электропитания, определяемого по разности необходимого давления в топливных рампах и измеренного значения давления в топливных рампах. Затем способ 400 совершает возврат.
На ФИГ. 5 раскрыт способ 500 для эксплуатации топливоподкачивающего насоса во втором режиме прерывистого питания. Способ 500 может входить в способ 300 в качестве подпрограммы с возможностью реализации на шаге 310 способа 300, раскрытого выше на примере ФИГ. 3А. Выполнение способа 500 начинают на шаге 502, предусматривающем отслеживание изменений давления в топливной рампе и сохранение в памяти статистики давления в топливной рампе за позднейший прошедший период. То есть способ 500 на шаге 502 может предусматривать сохранение в долговременной памяти измеренных значений давления в топливной рампе от датчика давления в топливной рампе за позднейший период. Сохраненные измеренные значения давления в топливной рампе в настоящем описании могут именоваться «статистика давления в топливной рампе».
Способ 500 переходит с шага 502 на шаг 504, на котором прогнозируют профиль давления в топливной рампе в будущем периоде по статистике давления в топливной рампе и параметрам работы двигателя. То есть, по характеру позднейших изменений измеренных значений давления в топливной рампе за позднейший прошедший период и по одному или нескольким текущим или будущим прогнозным параметрам работы двигателя контроллер может прогнозировать, каким будет давление в топливной рампе в будущем периоде. Будущий период может представлять собой период с текущего момента времени до момента времени в будущем. Например, пока топливоподкачивающий насос поддерживают в выключенном состоянии и не перекачивает топливо в топливную рампу, можно прогнозировать, что давление в топливной рампе упадет в будущем периоде, если впрыск топлива не оставят выключенным, и некоторое количество топлива покинет топливную рампу. Таким образом, контроллер может прогнозировать давление в топливной рампе в будущем периоде по прогнозным расходам впрыска топлива, которые, в свою очередь, можно прогнозировать по будущим потребностям в крутящем моменте, частоте вращения двигателя, массовому расходу всасываемого воздуха и т.п. Как раскрыто выше на примере ФИГ. 3А, будущие параметры работы двигателя можно оценивать по данным из ГСОМ или иной навигационной программы, манере вождения водителя, информации о предстоящей дороге и движении транспорта, статистике двигателя и т.п. В частности, давление в топливной рампе может падать быстрее при более высоких будущих прогнозных расходах впрыска топлива, при этом прогнозные расходы впрыска топлива могут быть тем выше, чем выше прогнозные потребности в крутящем моменте, и/или частоты вращения двигателя, и/или массовый расход всасываемого воздуха и т.п.
В некоторых примерах, на шаге 504 топливоподкачивающий насос может находиться в выключенном состоянии, и можно предположить, что насос останется выключенным в будущем периоде. Поэтому давление в топливной рампе в будущем периоде можно вычислять, исходя из того, что насос останется выключенным, и не будет происходить перекачка дополнительного топлива в топливную рампу. То есть давление в топливной рампе можно вычислять в зависимости от расхода впрыска топлива, податливости или жесткости текучей среды. При этом в других примерах насос может не находиться в выключенном состоянии, и контроллер может прогнозировать, каким будет давление в топливной рампе в будущем периоде, в зависимости от питания насоса, впрыска топлива и податливости или жесткости текучей среды.
Спрогнозировав будущий профиль давления в топливной рампе на шаге 504, способ 500 может перейти на шаг 508, на котором, определяют, упадет ли давление в топливной рампе ниже порога минимального давления в будущем периоде. Порог минимального давления может представлять собой заранее заданный порог. Например, порог минимального давления может представлять собой минимально допустимое давление в топливной рампе, ниже которого возможны ошибки дозирования топлива во время впрыска топлива. Порог может быть задан с учетом необходимости предотвращения образования паров топлива в линии, а также в зависимости от пульверизации форсункой, минимальной ширины импульса и объемного КПД насоса НВ. Способ 500 предусматривает поддержание давления в топливной рампе выше порога во время работы двигателя.
Если не прогнозируют падение давления в топливной рампе ниже порога минимального давления в будущем периоде, способ 500 может перейти с шага 508 на шаг 510, на котором оставляют топливоподкачивающий насос выключенным и продолжают отслеживание и прогнозирование изменений давления в топливной рампе. Таким образом, топливоподкачивающий насос может пребывать в выключенном состоянии во втором режиме прерывистого питания, пока прогнозное давление в топливной рампе остается выше порога минимального давления в будущем периоде. Оставление топливоподкачивающего насоса в выключенном состоянии включает в себя отсутствие подачи электропитания на топливоподкачивающий насос. То есть оставление топливоподкачивающего насоса в выключенном состоянии может включать в себя подачу нулевого напряжения топливоподкачивающему насосу. Затем способ 500 совершает возврат.
При этом, если на шаге 508 будет установлено, что давление в топливной рампе упадет в будущем периоде, способ 500 может перейти с шага 508 на шаг 512, на котором оценивают, каким было бы минимальное давление в топливной рампе, если бы питание топливоподкачивающего насоса было включено в текущий момент. То есть, если контроллер должен был бы включить питание топливоподкачивающего насоса, на шаге 512 контроллер может оценить, насколько еще упадет давление в топливной рампе, пока топливоподкачивающий насос не начнет наращивать давление в топливной рампе. При включении питания топливоподкачивающего насоса, насос может не сразу начать наращивать давление в топливной рампе. То есть возможно запаздывание между включением питания топливоподкачивающего насоса и фактическим началом наращивания топливоподкачивающим насосом давления в топливной рампе. Во время данного запаздывания давление в топливной рампе может продолжить падать, учитывая, что происходит впрыск некоторого количества топлива форсунками. Давление в топливной рампе, при котором насос начинает наращивать давление в топливной рампе, представляет собой минимальное давление в топливной рампе. Минимальное давление в топливной рампе можно вычислить по объему топлива, покидающего топливную рампу (например, расходу впрыска топлива), сжимаемости топлива и периоду раскрутки насоса.
В частности, объем топлива, покидающего топливопровод (например, канал 218, раскрытый выше на ФИГ. 2), может представлять собой объемный расход топлива (например, в см3/сек), выходящего из топливопровода на впрыск. Например, в топливной системе НВ объем топлива, покидающего линию, может быть равен потоку топлива через насос НВ (насос 214, раскрытый выше на ФИГ. 2), могущему зависеть от частоты вращения двигателя, команды управления насосом НВ и объема насоса НВ. В примере, где топливная система выполнена как система ВТВК, объем топлива, покидающего линию, может быть равен объемному расходу впрыска топлива. В примере, где топливная система выполнена как система ВТВКНВ, объем топлива, покидающего линию, может представлять собой сумму вышеупомянутого потока топлива через насос НВ и объемного расхода впрыска топлива из топливной рампы впрыска во впускной канал (например, топливной рампы 260, раскрытой выше на ФИГ. 2).
Сжимаемость топлива (например, жесткость топливопровода) можно вычислять путем отслеживания изменений давления в топливной рампе (например, по выходным сигналам датчика давления в топливной рампе), когда топливоподкачивающий насос поддерживают в выключенном состоянии, и определения количества (например, массы или объема) топлива, впрыскиваемого топливными форсунками (например, топливными форсунками 262, раскрытыми выше на ФИГ. 2) топливной рампы (например, топливной рампы 260, раскрытой выше на ФИГ. 2). В частности, сжимаемость топлива можно вычислять путем деления изменения давления в топливной рампе за некоторый период на количество топлива, впрыснутого топливными форсунками за этот период (ΔР/ΔV, где ΔР - изменение давления в топливной рампе, a ΔV - общий объем топлива, впрыснутого в этот период). Сжимаемость топлива может быть выражена в единицах кПа/см3, например. Жесткость топлива выражает соотношение ΔP/ΔV, при этом жесткость топлива тем больше, чем больше ΔP/ΔV. Количество топлива, впрыснутого в указанный период, можно оценивать по количеству времени, в течение которого топливные форсунки открыты для впрыска топлива, и функции преобразования, устанавливающей соотношение периодов открытого состояния форсунки и количеств впрыскиваемого топлива. В дополнительных примерах количество топлива, впрыскиваемого форсунками, можно дополнительно определять по перепаду давления на отверстии форсунки, который можно определять по оценочному значению давления в топливной рампе по выходным сигналам датчика давления в топливной рампе, и давлению во впускном коллекторе, которое можно оценивать по выходным сигналам датчика ДВК (например, датчика 124 давления, раскрытого выше на ФИГ. 1).
В некоторых примерах способ 500 может дополнительно предусматривать выявление неисправности (например, заклинивания в открытом положении) или течи обратного клапана, когда жесткость топливопровода превышает пороговую, и/или темп возрастания жесткости топливопровода превышает пороговый. Например, при заклинивании обратного клапана в открытом положении, в котором он пропускает топливо обратно к топливоподкачивающему насосу, возможно существенное падение давления в топливной рампе из-за течения топлива в обратном направлении через обратный клапан. При этом может возрасти изменение давления (ΔР), в связи с чем возрастает вычисленное значение жесткости топливопровода. То, что обратный клапан дает течь, можно выявить на основании того, что вычисленное значение жесткости топливопровода превышает пороговую жесткость, и/или темп возрастания жесткости топливопровода выше порогового.
Период раскрутки насоса может представлять собой период с момента включения питания насоса до момента, когда насос обеспечивает текущее давление в топливопроводе. Период раскрутки насоса может представлять собой количество времени в секундах, например. Текущее давление в топливопроводе может представлять собой давление ниже по потоку от обратного клапана (например, обратного клапана 213, раскрытого выше на ФИГ. 2), расположенного между топливоподкачивающим насосом и одной или несколькими топливными рампами. Период раскрутки насоса может быть определен по результатам предыдущих испытаний топливоподкачивающего насоса, когда давление в топливопроводе находилось вблизи порога. Во время испытания топливоподкачивающего насоса давление в топливопроводе можно поддерживать вблизи порога давления, речь о котором шла на шаге 508, можно включить питание насоса и измерить количество времени, через которое насос начнет наращивать давление в топливопроводе.
При этом в других примерах период раскрутки насоса можно оценивать по величине необходимого электропитания топливоподкачивающего насоса при начальном включении питания топливоподкачивающего насоса для обеспечения текущего давления в топливопроводе, а также по текущему давлению в топливопроводе, прогнозным расходам впрыска и прогнозной жесткости топливопровода. Например, период раскрутки насоса может быть тем больше, чем меньше величина необходимого электропитания топливоподкачивающего насоса при начальном включении питания топливоподкачивающего насоса, так как насосу может потребоваться больше времени для достижения давления в топливопроводе при более низких напряжениях питания. В качестве другого примера, период раскрутки насоса может быть тем больше, чем больше разность давления выше по потоку от обратного клапана и давления ниже по потоку от обратного клапана, так как насосу может потребоваться больше времени для достижения давления в топливопроводе ниже по потоку от обратного клапана, если давление выше по потоку от обратного клапана ниже, чем давление ниже по потоку от обратного клапана, в большей степени. В качестве другого примера, период раскрутки насоса может возрасти, если прогнозируют падение расходов впрыска топлива. Если прогнозируют падение расходов впрыска топлива, количество топлива, покидающего топливопровод, будет меньше, поэтому темп падения давления топлива ниже по потоку от обратного клапана будет ниже, в результате чего давление ниже по потоку от обратного клапана будет выше, чем было бы в обычных условиях, если бы расходы впрыска топлива оставались по существу постоянными. Таким образом, если прогнозируют падение расхода впрыска топлива, время раскрутки насоса будет больше, чем если бы прогнозный расход впрыска топлива оставался по существу постоянным.
Минимальное давление в топливной рампе можно вычислять путем умножения периода раскрутки насоса, жесткости топливопровода и объемного расхода топлива, покидающего топливопровод, и вычитания полученного в результате давления из текущего давления в топливной рампе. Результатом умножения периода раскрутки насоса, жесткости топливопровода и объемного расхода топлива, покидающего топливопровод, может быть давление, представляющее собой изменение давления в топливной рампе (например, снижение или падение давления), прогнозируемое во время периода раскрутки насоса. Результатом вычитания ожидаемого падения давления из текущего давления в топливной рампе может быть минимальное будущее давление в топливной рампе, при этом минимальное будущее давление в топливной рампе - это то ожидаемое давление в топливной рампе, которое должно быть достигнуто, когда топливоподкачивающий насос начнет наращивать давление в топливной рампе. Ожидаемое падение давления может быть тем больше, чем больше расходы впрыска топлива (объемный расход топлива, покидающего топливопровод), и/или жесткость топливопровода, и/или период раскрутки насоса. Таким образом, минимальное будущее давление в топливной рампе может быть тем ниже, чем больше расходы впрыска топлива (объемный расход топлива, покидающего топливопровод), и/или жесткость топливопровода, и/или период раскрутки насоса.
Способ 500 далее переходит с шага 512 на шаг 514, на котором определяют, когда нужно включить питание топливоподкачивающего насоса, чтобы будущее минимальное давление в топливной рампе, вычисляемое на шаге 512, не упало ниже порога. Будущее минимальное давление в топливной рампе - это минимальное давление в топливной рампе, которое было бы достигнуто, если бы питание топливоподкачивающего насоса было включено в текущий момент. То есть будущее минимальное давление в топливной рампе - это давление в топливной рампе, при котором давление ниже по потоку от обратного клапана достигло бы давления выше по потоку от обратного клапана, если бы питание топливоподкачивающего насоса должно было быть включено в текущий момент. Таким образом, будущее минимальное давление в топливной рампе - это давление, при котором топливоподкачивающий насос начал бы наращивать давление в топливной рампе, если бы питание топливоподкачивающего насоса должно было быть включено в текущее время. В некоторых примерах будущее минимальное давление в топливной рампе может быть приблизительно таким же, как пороговое давление. Например, при включении питания топливоподкачивающего насоса в режиме прерывистого питания, может быть задано напряжение топливоподкачивающего насоса на уровне, приводящем давление выше по потоку от обратного клапана к пороговому давлению. Давление в топливной рампе может не упасть ниже порога, так как давление выше по потоку от обратного клапана можно поддерживать не ниже порогового давления.
На шаге 514 топливоподкачивающий насос может находиться в выключенном состоянии, и давление в топливной рампе может падать в связи с тем, что топливо уходит из топливной рампы на впрыск. Когда давление в топливной рампе падает, а питание топливоподкачивающего насоса выключено во втором режиме прерывистого питания, питание топливоподкачивающего насоса можно вновь включить до того, как давление в топливной рампе достигнет порогового, во избежание падения давления в топливной рампе ниже порога. Контроллер может непрерывно или периодически вычислять минимальное давление в топливной рампе, которое имело бы место, если бы питание топливоподкачивающего насоса включили в текущий момент. Когда минимальное давление в топливной рампе достигнет порогового давления или будет находиться в пороговом диапазоне от него, контроллер может включить питание топливоподкачивающего насоса во избежание падения давления в топливной рампе ниже порога. Таким образом, может быть нужно включить питание топливоподкачивающего насоса, если включение питания топливоподкачивающего насоса в текущее время приведет к тому, что минимальное давление будет равно пороговому давлению или будет превышать его в пределах порога. То есть, если минимальное давление в топливной рампе достигнет порогового давления или упадет до уровня, превышающего его в пределах пороговой разности, контроллер может включить питание топливоподкачивающего насоса во втором режиме прерывистого питания. Это позволяет уменьшить провалы давления в топливной рампе и, как следствие, свести к минимуму ошибки дозирования топлива, могущие привести к снижению эксплуатационных показателей двигателя.
В другом примере питание топливоподкачивающего насоса можно включить за заранее заданный период до того, как давление в топливной рампе достигнет порога. Контроллер может прогнозировать первый момент, в который ожидают достижения порогового давления в топливной рампе, и может включить питание топливоподкачивающего насоса во второй момент, при этом второй момент наступает раньше первого момента, за заранее заданный период до первого момента. Продолжительность заранее заданного периода до первого момента может быть достаточной для того, чтобы насос мог повысить давление выше по потоку от обратного клапана до давления ниже по потоку от обратного клапана до того, как давление ниже по потоку от обратного клапана упадет ниже порога.
Затем способ 500 может проследовать с шага 514 на необязательный шаг 516, на котором определяют профиль необходимого давления и/или профиль электропитания топливоподкачивающего насоса в предстоящем периоде включения топливоподкачивающего насоса, как подробнее раскрыто ниже в примере способа на ФИГ. 7. В частности, до включения питания или при включении питания топливоподкачивающего насоса в связи с тем, что на шаге 514 было определено, что нужно включить питание топливоподкачивающего насоса, контроллер может определить величину питания, которое должно быть подано на топливоподкачивающий насос, и/или продолжительность подачи питания на топливоподкачивающий насос. То есть можно определить профиль необходимого электропитания и/или профиль давления в топливной рампе, чтобы при включении питания топливоподкачивающего насоса во втором режиме прерывистого питания напряжение топливоподкачивающего насоса можно было регулировать по разомкнутому контуру согласно заранее заданному профилю напряжения или по замкнутому контуру согласно заранее заданному профилю необходимого давления в топливной рампе, или осуществлять регулирование и по разомкнутому, и по замкнутому контуру в какой-либо комбинации. Профиль необходимого электропитания и/или профиль необходимого давления в топливной рампе могут представлять собой заранее заданные профили, сохраненные в долговременной памяти контроллера. При этом в других примерах профиль необходимого электропитания и/или профиль необходимого давления в топливной рампе можно определять по текущим и/или будущим параметрам работы двигателя, например, расходам впрыска топлива, жесткости топливопровода, давлению во впускном коллекторе, частоте вращения двигателя и т.п.
В некоторых примерах профиль необходимого давления и/или профиль электропитания можно определять не позднее включения питания топливоподкачивающего насоса во втором режиме в соответствии с текущими и/или прогнозными параметрами работы двигателя. При этом в других примерах профиль необходимого давления и/или профиль электропитания можно корректировать в зависимости от параметров работы двигателя, когда питание топливоподкачивающего насоса включено. То есть контроллер может корректировать профиль необходимого давления и/или профиль электропитания в реальном времени с учетом отклонений параметров работы двигателя от тех, что прогнозировали во время формирования исходных профилей давления и/или электропитания.
Затем способ 500 может проследовать с шага 516 на шаг 518, на котором определяют, нужно ли включить питание топливоподкачивающего насоса. Как раскрыто выше на шаге 514, может быть нужно включить питание топливоподкачивающего насоса, когда давление в топливной рампе достигает порогового давления или падает до него. Если текущее давление в топливной рампе все еще выше порогового давления или выше порогового давления, насос можно оставить выключенным без падения давления в топливной рампе ниже порога, то есть может не быть нужно включать питание топливоподкачивающего насоса. Если время для включения питания топливоподкачивающего насоса еще не настало, способ 500 переходит с шага 518 на шаг 520, на котором отсрочивают включение питания топливоподкачивающего насоса до наступления необходимого момента включения. Необходимый момент включения может представлять собой время в будущем, когда давление в топливной рампе не достигает порогового давления.
Следует особо отметить, что будущий период, для которого прогнозируют давление в топливной рампе, представляет собой период, более длительный, чем период раскрутки насоса. Если прогнозируют, что в какой-либо момент в течение будущего периода давление в топливной рампе упадет ниже порога, контроллер начинает вычислять минимальное давление в топливной рампе. По мере наступления будущего периода и приближения момента, в который ожидают достижения порога давления в топливной рампе, продолжают вычислять минимальное давление в топливной рампе, представляющее собой давление в топливной рампе, каким оно будет в конце периода раскрутки насоса. При этом контроллер может начать вычисление минимального давления в топливной рампе до того, как будет нужно включить питание насоса во избежание падения давления в топливной рампе ниже порога. Таким образом, способ 500 на шагах 518 и 520 предусматривает продолжение вычисления минимального давления в топливной рампе и отсрочку включения питания топливоподкачивающего насоса до тех пор, пока вычисленное значение минимального давления в топливной рампе не достигнет порога давления или не упадет до уровня в пределах пороговой разности от порогового давления.
Когда наступит необходимый момент включения, и будет нужно включить питание топливоподкачивающего насоса, способ 500 может перейти с шага 518 на шаг 522, на котором включают питание топливоподкачивающего насоса на период включения. Период включения может представлять собой период, в течение которого питание топливоподкачивающего насоса включено. То есть период включения представляет собой период во втором режиме прерывистого питания, в котором питание топливоподкачивающего насоса включают, а затем вновь выключают. Таким образом, период включения может представлять собой один цикл, в течение которого питание топливоподкачивающего насоса включено во втором режиме. Как раскрыто выше на примере шага 516, может быть заранее задан профиль электропитания, включающий в себя величину и продолжительность подачи необходимого электропитания на топливоподкачивающий насос за период включения. Важно отметить, что работу топливоподкачивающего насоса можно регулировать по разомкнутому контуру, когда питание топливоподкачивающего насоса включено на шаге 522. В процессе регулирования по разомкнутому контуру, величину электропитания топливоподкачивающего насоса можно регулировать путем регулирования необходимого давления. Как разъяснялось выше на ФИГ. 2, во время регулирования по разомкнутому контуру величину электропитания топливоподкачивающего насоса регулируют в зависимости от необходимого давления, а не от разности необходимого давления и измеренных значений давления. Контроллер может содержать табулированную зависимость, например, устанавливающую соотношение необходимых давлений и заданных напряжений топливоподкачивающего насоса во время работы в режиме регулирования по разомкнутому контуру.
В некоторых примерах профиль электропитания можно определять по текущим и/или будущим параметрам работы двигателя. В дополнительных примерах, как раскрыто на ФИГ. 7, профиль электропитания и/или профиль необходимого давления можно корректировать во время периода включения в зависимости от изменений параметров работы двигателя.
А именно, способ 500 на шаге 522 может предусматривать скачкообразное повышение электропитания с нижнего первого уровня (например, 0В) до нижнего промежуточного второго уровня на шаге 524. Как разъяснялось выше, скачкообразное повышение электропитания может быть достигнуто при регулировании по разомкнутому контуру путем повышения необходимого давления. Так как во время регулирования по разомкнутому контуру, заданное напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, может зависеть только от необходимого давления (например, уставки), а не от сигналов обратной связи от одного или нескольких датчиков давления, электропитание топливоподкачивающего насоса напрямую зависит от необходимого давления. А именно, необходимое давление можно скачкообразно повысить до промежуточного второго уровня давления. Промежуточный второй уровень давления может быть по существу равен давлению ниже по потоку от обратного клапана. При этом в других примерах промежуточный второй уровень давления может быть выше или ниже давления ниже по потоку от обратного клапана. В дополнительных примерах промежуточный второй уровень давления может быть приблизительно равен минимальному пороговому давлению. Таким образом, давление топлива выше по потоку от обратного клапана можно поддерживать по меньшей мере на уровне минимального порогового давления во избежание падения давления в топливной рампе ниже минимального порогового давления. То есть, как только давление в топливной рампе достигнет минимального порогового давления, топливо может начать течь через обратный клапан, и питание топливоподкачивающего насоса можно повысить для начала повышения давления в топливной рампе.
Скачкообразное повышение электропитания с нижнего первого уровня может включать в себя включение питания топливоподкачивающего насоса из выключенного состояния до достижения нижнего промежуточного второго уровня. Нижний промежуточный второй уровень - это уровень напряжения ниже максимального уровня напряжения топливоподкачивающего насоса. В одном примере нижний промежуточный второй уровень может составлять приблизительно половину максимального уровня напряжения топливоподкачивающего насоса. При этом в других примерах нижний промежуточный второй уровень может быть больше или меньше половины максимального уровня напряжения топливоподкачивающего насоса.
При этом в другом примере скачкообразное повышение электропитания топливоподкачивающего насоса может быть достигнуто путем регулирования работы топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру по выходным сигналам датчика давления, расположенного между топливоподкачивающим насосом и обратным клапаном. Контроллер может задать необходимое давление на промежуточном втором уровне давления и регулировать работу топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру в зависимости от выходных сигналов давления от датчика давления выше по потоку от обратного клапана. Таким образом, контроллер может повысить давление выше по потоку от обратного клапана до давления ниже по потоку от обратного клапана или до уровня чуть ниже его. Так топливоподкачивающий насос может быстрее начать наращивать давление в топливной рампе, когда это необходимо.
В некоторых примерах, сразу же после скачкообразного повышения напряжения топливоподкачивающего насоса и/или необходимого давления до нижнего промежуточного второго уровня, контроллер может начать линейное повышение напряжения топливоподкачивающего насоса до уровня выше более высокого промежуточного третьего уровня на шаге 530. Линейное повышение может быть достигнуто путем регулирования работы топливоподкачивающего насоса по разомкнутому контуру и простого повышения необходимого давления с необходимым темпом, либо линейное повышение может быть достигнуто путем регулирования работы топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру по выходным сигналам датчика давления в топливной рампе и повышения необходимого давления в топливной рампе на заданную величину или с заданным темпом, когда измеренное значение давления в топливной рампе достигает необходимого давления в топливной рампе. Таким образом, линейное повышение можно обеспечить путем постепенного повышения необходимого давления в топливной рампе, причем при каждом повышении необходимого давления в топливной рампе контроллер выжидает, прежде чем снова повысить необходимое давление в топливной рампе, пока топливоподкачивающий насос не повысит давление в топливной рампе до текущего необходимого давления в топливной рампе.
При этом в других примерах напряжение топливоподкачивающего насоса можно поддерживать на нижнем промежуточном втором уровне в течение первого периода на шаге 526. В некоторых примерах первый период на шаге 526 может представлять собой заранее заданный период. При этом в других примерах этот период можно вычислять по разности давлений выше и ниже по потоку от обратного клапана. В дополнительных примерах данный период может зависеть от времени, затрачиваемого топливоподкачивающим насосом на доведение давления выше по потоку от обратного клапана до давления ниже по потоку от обратного клапана. То есть контроллер может поддерживать напряжение топливоподкачивающего насоса на нижнем промежуточном втором уровне до тех пор, пока не произойдет повышение давления выше по потоку от обратного клапана до уровня ниже давления ниже по потоку от обратного клапана в пределах пороговой разности, или до пор, пока давление выше по потоку от обратного клапана станет не ниже давления ниже по потоку от обратного клапана.
По прошествии первого периода, напряжение топливоподкачивающего насоса можно либо скачкообразно повысить с промежуточного второго уровня до более высокого промежуточного третьего уровня на шаге 528, или линейно повышать с промежуточного второго уровня до уровня выше более высокого промежуточного третьего уровня на шаге 530. Таким образом, когда давление выше по потоку от обратного клапана достигнет давления ниже по потоку от обратного клапана или возрастет до уровня в пределах пороговой разности от него, контроллер может повысить напряжение топливоподкачивающего насоса сверх промежуточного второго уровня для начала наращивания давления в топливопроводе ниже по потоку от обратного клапана. Напряжение топливоподкачивающего насоса можно скачкообразно повысить с промежуточного второго уровня до более высокого промежуточного третьего уровня на шаге 528 таким же или схожим образом, как и при скачкообразном повышении напряжения топливоподкачивающего насоса до промежуточного нижнего второго уровня на шаге 524. То есть контроллер может скачкообразно повышать напряжение топливоподкачивающего насоса путем регулирования по разомкнутому контуру или путем скачкообразного повышения необходимого давления в топливной рампе с промежуточного второго уровня давления до более высокого промежуточного третьего уровня давления и регулировать топливоподкачивающий насос по замкнутому контуру по выходным сигналам от датчика давления в топливной рампе.
В примерах, где напряжение топливоподкачивающего насоса скачкообразно повышают с нижнего промежуточного второго уровня до более высокого промежуточного третьего уровня, контроллер может далее линейно повышать напряжение топливоподкачивающего насоса после скачкообразного повышения напряжения топливоподкачивающего насоса до более высокого промежуточного третьего уровня. Таким образом, в некоторых примерах контроллер может выполнить шаг 530 после выполнения шага 528. На ФИГ. 6А и 6В более подробно раскрыты примеры работы топливоподкачивающего насоса при включении питания топливоподкачивающего насоса во втором режиме прерывистого питания.
По окончании периода включения, способ 500 может перейти с шага 522 на шаг 532, предусматривающий выключение питания топливоподкачивающего насоса в конце периода включения, и/или когда будет достигнут порог необходимого давления в топливной рампе. То есть контроллер может выключить питание топливоподкачивающего насоса в связи с истечением периода включения топливоподкачивающего насоса и/или достижением порога необходимого давления в топливной рампе. Порог необходимого давления в топливной рампе представляет собой давление в топливной рампе выше порогового давления, о котором шла речь на шаге 508. В некоторых примерах порог необходимого давления в топливной рампе может быть задан заранее. При этом в других примерах необходимое давление в топливной рампе можно определять в зависимости от параметров работы двигателя, например, давления во впускном коллекторе. Затем способ 500 совершает возврат.
Далее, на ФИГ. 6А раскрыт способ 600 для определения профиля необходимого давления (и, следовательно, профиля необходимого электропитания) для топливоподкачивающего насоса во втором режиме прерывистого питания. Способ 600 может входить в состав способа 500 в качестве подпрограммы с возможностью реализации на шаге 516 способа 500, раскрытого выше на примере ФИГ. 5. Важно отметить, что способ 600 реализуют для регулирования работы топливоподкачивающего насоса по разомкнутому контуру. То есть способ 600 иллюстрирует способ для определения того, каким должен быть профиль необходимого давления при регулировании работы топливоподкачивающего насоса по разомкнутому контуру в прерывистом втором режиме. Регулирование электропитания топливоподкачивающего насоса осуществляют путем регулирования необходимого давления, так как во время регулирования по разомкнутому контуру, питание топливоподкачивающего насоса регулируют в зависимости от необходимого давления, а не в зависимости от выходных сигналов от датчиков давления. Поэтому в настоящем описании ФИГ. 6А термины «профиль электропитания» и «профиль необходимого давления» могут использоваться взаимозаменяемо, так как профиль необходимого давления определяет то, каким будет профиль электропитания.
Выполнение способа 600 начинают на шаге 602, предусматривающем определение величины электропитания, которое должно быть подано на топливоподкачивающий насос вначале при включении питания топливоподкачивающего насоса. А именно, способ 600 на шаге 602 может предусматривать определение того, насколько нужно скачкообразно повысить необходимое давление. То есть способ 600 на шаге 602 может предусматривать уровень давления и/или электропитания промежуточного второго уровня, о котором шла речь выше на шаге 524 способа 500 на ФИГ. 5. В некоторых примерах величина скачкообразного повышения необходимого давления может быть задана заранее. Заранее заданный уровень электропитания (например, мощности, напряжения, тока и т.п.) может представлять собой электропитание, при котором давление выше по потоку от обратного клапана поддерживают на уровне или чуть ниже порогового давления, о котором речь шла выше на шаге 508 на ФИГ. 5. То есть электропитание топливоподкачивающего насоса можно поддерживать на уровне, достаточном для поддержания давления топлива выше по потоку от обратного клапана равным минимально допустимому давлению в топливной рампе или чуть ниже его. Так можно поддерживать давление в топливной рампе выше порога. При этом в других примерах скачок повышения необходимого давления можно определять в зависимости от текущих параметров работы. Например, скачок повышения необходимого давления может быть тем больше, чем больше прогнозный темп падения давления в топливной рампе, чем больше прогнозный расход впрыска топлива и т.п.
Затем способ 600 может перейти с шага 602 на шаг 604, предусматривающий определение продолжительности поддержания электропитания топливоподкачивающего насоса на промежуточном втором уровне и определение того, когда нужно начать линейное повышение питания топливоподкачивающего насоса. Как раскрыто выше на ФИГ. 5, необходимое давление можно поддерживать на промежуточном втором уровне в течение заранее заданного периода. Заранее заданный период можно вычислять в зависимости от напряжения, подаваемого на топливоподкачивающий насос, давления ниже по потоку от обратного клапана и прогнозных изменений давления ниже по потоку от обратного клапана. При этом в других примерах необходимое давление можно поддерживать на промежуточном втором уровне до тех пор, пока давление выше по потоку от обратного клапана не достигнет давления ниже по потоку от обратного клапана или уровня в пределах пороговой разности от него.
Затем способ 600 может перейти с шага 604 на шаг 606, предусматривающий определение того, нужно ли скачкообразное повышение необходимого давления до начала линейного повышение необходимого давления. Скачкообразное повышение необходимого давления может быть нужно до начала линейного повышения, когда нужно быстрее повысить давление в топливной рампе. То есть необходимое давление можно скачкообразно повысить с промежуточного второго уровня до более высокого третьего уровня до начала линейного повышение, чтобы ускорить быстроту реагирования топливоподкачивающего насоса. Если скачкообразное повышение с промежуточного второго уровня до третьего уровня нужно до начала линейного повышения, способ 600 переходит с шага 606 на шаг 608, предусматривающий определение того, насколько нужно скачкообразно повысить электропитание топливоподкачивающего насоса до начала линейного повышения. То есть способ 600 на шаге 608 может предусматривать определение того, на какое давление нужно задать третий уровень (например, третий уровень, речь о котором шла выше на шаге 528 способа 500 на ФИГ. 5). В некоторых примерах величина скачкообразного повышения необходимого давления на шаге 608 может быть задана заранее. При этом в других примерах величину скачкообразного повышения необходимого давления на шаге 608 можно определять в зависимости от текущего и/или прогнозного темпа падения давления в топливной рампе. Например, если во время поддержания необходимого давления на втором уровне рост впрыска топлива превысит ожидаемый и, как следствие, давление в топливной рампе будет падать быстрее, чем ожидали при задании второго уровня на шаге 602, третий уровень можно повысить во избежание падения давления в топливной рампе ниже порога. То есть величина скачкообразного повышения необходимого давления в топливной рампе со второго до третьего уровня может быть больше, если фактический темп падения давления в топливной рампе превышает ожидаемый или прогнозируемый, например, на шаге 512 способа 500 на ФИГ. 5.
Затем способ 600 может перейти на шаг 610 либо с шага 606, если скачкообразное повышение до линейного повышения не нужно, либо с шага 608, при этом способ 600 на шаге 610 предусматривает определение периода и темпа линейного повышения. В некоторых примерах период и/или темп повышения необходимого давления могут быть заданы заранее. Период, в течение которого выполняют линейное повышение, может представлять собой заранее заданный период (например, количество времени, число рабочих циклов двигателя и т.п.). При этом в других примерах данный период может зависеть от одного или нескольких параметров работы двигателя, например, давления в топливной рампе. Например, контроллер может прекратить линейное повышение и выключить питание топливоподкачивающего насоса при превышении верхнего порога давления в топливной рампе, при этом верхний порог представляет собой давление выше давления, которое представляет собой нижний порог, являющийся основанием для включения питания топливоподкачивающего насоса, как раскрыто выше на шаге 508 способа 500 на ФИГ. 5. В некоторых примерах верхний порог может представлять собой заранее заданный порог. При этом в других примерах контроллер может корректировать верхний порог в зависимости от одного или нескольких параметров работы двигателя, например, давления в топливной рампе.
В некоторых примерах темп линейного повышения может быть задан заранее. При этом в других примерах темп линейного повышения можно корректировать в зависимости от параметров работы двигателя. Темп линейного повышения может быть приблизительно равен максимальному темпу повышения давления в коллекторе или может быть ниже его, при этом темп изменения давления в коллекторе может быть выражен в виде темпа изменения давления относительно угла поворота кривошипа. При этом в других примерах темп, с которым линейно повышают необходимое давление, можно корректировать в зависимости от изменений давления в коллекторе. Например, темп, с которым линейно повышают необходимое давление, может быть тем выше, чем выше давление в коллекторе. То есть, если давление в коллекторе растет в то время, когда контроллер линейно повышает необходимое давление, контроллер может повысить темп линейного повышения для поддержания давления в топливной рампе выше давления в коллекторе. Затем способ 600 совершает возврат.
Таким образом, способ может содержать шаги, на которых: в режиме прерывистого питания осуществляют питание топливоподкачивающего насоса заранее определенным образом, при этом в режиме прерывистого питания топливоподкачивающий насос включают только в случае падения давления в топливной рампе ниже нижнего порога, при котором включение питания топливоподкачивающего насоса не нужно. Заранее определенный образ подачи питания топливоподкачивающего насоса во время периода включения (периода, во время которого включают питание топливоподкачивающего насоса в прерывистом втором режиме) может быть определен до включения питания топливоподкачивающего насоса. Например, заранее определенный образ может предусматривать запланированный профиль электропитания. Далее контроллер подает электропитание на топливоподкачивающий насос во время периода включения в соответствии с запланированным профилем электропитания. В некоторых примерах профиль электропитания может быть задан заранее. При этом в других примерах контроллер может определять профиль электропитания в зависимости от параметров работы двигателя, имеющих место во время формирования профиля электропитания. В некоторых примерах контроллер также может корректировать профиль электропитания во время подачи питания на топливоподкачивающий насос во время периода включения в прерывистом втором режиме в зависимости от изменения параметров работы двигателя.
На ФИГ. 6В раскрыт пример профиля необходимого давления, который может быть сформирован путем реализации способа 600, раскрытого выше на ФИГ. 6А. А именно, на ФИГ. 6В представлена диаграмма 650, иллюстрирующая пример регулировок необходимого давления (например, уставки) для топливоподкачивающего насоса в процессе регулирования по разомкнутому контуру работы топливоподкачивающего насоса во втором режиме прерывистого питания. А именно, диаграмма 650 содержит первый график 652, отражающий изменения давления в топливной рампе, и второй график 654, отражающий изменения необходимого давления. Время представлено по оси х, а давление - по оси у. Примеры давления приведены в единицах кПа, однако возможны и другие уровни давления.
До t1 топливоподкачивающий насос может находиться в выключенном состоянии, поэтому заданное необходимое давление равно 0 (график 654). В момент t1, может быть установлено, что нужно включить питание топливоподкачивающего насоса. В частности, в момент t1 может быть установлено, что если питание топливоподкачивающего насоса будет включено в текущее время, минимальное давление топливной рампы будет равно нижнему первому пороговому давлению 656 или будет превышать его на разность в пределах пороговой. То есть контроллер может включить питание топливоподкачивающего насоса в момент t1 во избежание падения давления в топливной рампе ниже первого порогового давления 656. Первое пороговое давление 656 может быть тем же, что и минимальное пороговое давление, речь о котором шла выше на шаге 508 способа 500 на ФИГ. 5.
Как раскрыто выше на шагах 602 и 604 на ФИГ. 6А, контроллер может определить, насколько и на какой период скачкообразно повысить необходимое давление в момент t1. В примере на ФИГ. 6В необходимое давление может быть скачкообразно повышено в момент t1 до уровня чуть ниже минимального давления, достижение которого ожидают в топливной рампе до того, как топливоподкачивающий насос начнет наращивать давление в топливной рампе. При этом в других примерах в момент t1 давление может быть скачкообразно повышено до уровня чуть ниже текущего давления в топливной рампе. Таким образом, питание топливоподкачивающего насоса может быть достаточно для приведения давления топлива выше по потоку от обратного клапана приблизительно к минимальному пороговому давлению, так, что когда давление в топливной рампе достигнет минимального порогового давления, топливоподкачивающий насос сможет незамедлительно начать наращивать давление в топливной рампе.
Необходимое давление можно поддерживать на втором уровне между t1 и t2, а затем, в момент t2, в связи с тем, что давление выше по потоку от обратного клапана по существу достигает давления ниже по потоку от обратного клапана, контроллер может скачкообразно повысить необходимое давление со второго уровня до третьего уровня. Величина скачкообразного повышения контроллером необходимого давления в момент t2 может быть определена, как раскрыто на шаге 608 на ФИГ. 6. Скачкообразное повышение необходимого давления в момент t2 до начала линейного повышения позволяет повысить быстроту реагирования топливоподкачивающего насоса.
Между t2 и t3 давление в топливной рампе может продолжить падать. Давление в топливной рампе может продолжить падать по одной или нескольким из следующих причин: давление выше по потоку от обратного клапана все еще ниже давления ниже по потоку от обратного клапана, или, если давление выше по потоку от обратного клапана достигло давления ниже по потоку от обратного клапана, возможно запаздывание подачи топлива в топливную рампу из топливоподкачивающего насоса, и/или расход впрыска топлива может все еще превышать расход подачи топлива в топливную рампу. Темп повышения необходимого давления в топливной рампе между t2 и t4 может быть определен, как раскрыто выше на шаге 610 на ФИГ. 6. В момент t3 давление в топливной рампе может достигнуть минимального давления в топливной рампе и может начать расти. То есть в момент t3 топливоподкачивающий насос может начать наращивать давление в топливной рампе.
Линейное повышение необходимого давления в топливной рампе между t2 и t4 может происходить в течение заранее заданного периода. Поэтому, после истечения данного периода в момент t4, питание топливоподкачивающего насоса может быть выключено с возможностью возврата необходимого давления к нулю. При этом в других примерах питание топливоподкачивающего насоса может быть выключено в момент t4 в связи с возрастанием давления в топливной рампе до верхнего второго порога.
На ФИГ. 7 раскрыта диаграмма 700, иллюстрирующая пример эксплуатации топливоподкачивающего насоса (например, топливоподкачивающего насоса 212 на ФИГ. 2) при изменении параметров работы двигателя. Питание топливоподкачивающего насоса, и, как следствие, количество топлива, текущего из насоса, может регулировать контроллер двигателя (например, контроллер 222 на ФИГ. 2). Когда впрыск топлива из одной или нескольких топливных форсунок (например, форсунок 252 и 262 на ФИГ. 2) превышает порог, контроллер может регулировать работу топливоподкачивающего насоса с обратной связью по выходным сигналам от датчика давления (например, датчиков 248 и 258 давления на ФИГ. 2), расположенного в топливной рампе (например, топливной рампе 260, раскрытой выше на ФИГ. 2). При этом, когда впрыск топлива меньше порога, контроллер может выключить питание топливоподкачивающего насоса и включать его только на короткие периоды для поддержания давления в топливной рампе выше порога.
Диаграмма 700 иллюстрирует изменения массового расхода впрыска топлива на графике 702. Изменения расхода через обратный клапан (например, обратный клапан 213, раскрытый выше на ФИГ. 2), расположенный между топливоподкачивающим насосом и топливной рампой, представлены на графике 704. Расход через обратный клапан можно опосредованно определять по расходу впрыска, и/или темпу изменения давления в топливопроводе, и/или температуре топлива. В дополнительных примерах расход через обратный клапан можно определять по давлению выше по потоку от обратного клапана, оцениваемому посредством первого датчика давления, расположенного выше по потоку от обратного клапана (например, датчика 231 давления, раскрытого выше на ФИГ. 2), и давлению ниже по потоку от обратного клапана, оцениваемому посредством второго датчика давления, расположенного ниже по потоку от обратного клапана (например, датчика 258 давления, раскрытого выше на ФИГ. 2). То есть поток через обратный клапан может быть нулевым, когда давление ниже по потоку от обратного клапана выше давления выше по потоку от обратного клапана. При этом, когда давление выше по потоку от обратного клапана превысит давление ниже по потоку от обратного клапана, топливо может начать течь через обратный клапан к топливной рампе. Таким образом, поток через обратный клапан можно оценивать по перепаду давления на обратном клапане, причем расход через обратный клапан может быть тем больше, чем больше перепады давления на обратном клапане.
Обратный клапан может быть расположен вблизи выхода топливоподкачивающего насоса с возможностью ограничения и/или блокирования потока обратно к топливоподкачивающему насосу. Величина электропитания (например, напряжения и/или тока), подаваемого на топливоподкачивающий насос контроллером, представлена на графике 706. Работа топливоподкачивающего насоса в режиме регулирования по разомкнутому или по замкнутому контуру представлена на графике 708. Во время регулирования работы топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру, питание топливоподкачивающего насоса регулируют в зависимости от разности необходимого давления в топливной рампе и измеренного значения фактического давления в топливной рампе. То есть питание топливоподкачивающего насоса может быть существенно уменьшено и/или сведено к нулю, если измеренное значение давления в топливной рампе выше необходимого давления в топливной рампе. Таким образом, когда топливоподкачивающий насос выключен, или подаваемое ему напряжение достаточно низкое для того, чтобы он не наращивал давление в топливной рампе (питание топливоподкачивающего насоса может быть включено, но только на уровне, при котором давление выше по потоку от обратного клапана поддерживают ниже давления в топливной рампе), топливо может не течь через обратный клапан. В противном случае, если измеренное значение давления в топливной рампе ниже необходимого давления в топливной рампе, питание топливоподкачивающего насоса может быть включено для повышения фактического давления в топливной рампе до необходимого давления топлива в топливной рампе, в связи с чем топливо может течь через обратный клапан (при условии отсутствия запаздываний в раскрутке насоса). Таким образом, подача питания на топливоподкачивающий насос для поддержания давления выше по потоку от обратного клапана на уровне минимального давления в топливной рампе или чуть ниже его позволяет улучшить быстроту реагирования насоса. То есть насос может быстрее начать наращивать давление в топливной рампе за счет того, что давление выше по потоку от обратного клапана поддерживают на уровне минимального давления в топливной рампе или чуть ниже его. То есть «заполнение» топливопровода выше по потоку от обратного клапана перед пуском насоса позволяет последнему начать наращивать давление в топливной рампе как только давление в ней достигнет давления выше по потоку от обратного клапана.
До момента t1 впрыск топлива может быть меньше порога (график 702), и питание топливоподкачивающего насоса может быть выключено. Поэтому топливо может не течь через обратный клапан. В момент t1 впрыск топлива может превысить порог, и питание топливоподкачивающего насоса может быть включено в процессе регулирования по замкнутому контуру с обратной связью. То есть между t1 и t2 контроллер может регулировать величину питания топливоподкачивающего насоса по выходным сигналам от датчика давления в топливной рампе.
Затем, в момент t2, расход впрыска топлива может упасть ниже нижнего порога (например, порога 656, раскрытого выше на ФИГ. 6В), и питание топливоподкачивающего насоса может быть выключено. То есть в момент t2 контроллер может перейти к эксплуатации топливоподкачивающего насоса в прерывистом втором режиме. В момент t3 может быть спрогнозировано, что давление в топливной рампе упадет ниже порога, если питание топливоподкачивающего насоса не будет включено в текущее время, в связи с чем в момент t3 включают питание топливоподкачивающего насоса. А именно, питание топливоподкачивающего насоса может быть скачкообразно повышено с нижнего первого уровня (например, 0В) до промежуточного второго уровня. Затем питание топливоподкачивающего насоса можно линейно повышать между t3 и t4. В момент t4 питание топливоподкачивающего насоса может быть выключено, и он может оставаться в выключенном состоянии до t5. Впрыск топлива остается ниже порога между t2 и t5. При этом, в момент t5 впрыск топлива превышает порог, в связи с чем в момент t5 включают питание топливоподкачивающего насоса. То есть в момент t5 контроллер переходит к эксплуатации топливоподкачивающего насоса в первом режиме непрерывного питания. Контроллер регулирует величину питания топливоподкачивающего насоса между t5 и t6 по выходным сигналам от датчика давления в топливной рампе.
В момент t6 расход впрыска топлива падает ниже порога, и топливоподкачивающий насос переключают в прерывистый второй режим эксплуатации и выключают его питание. В момент t7 устанавливают, что давление в топливной рампе упадет ниже порога, если питание топливоподкачивающего насоса не будет включено в текущее время, поэтому в момент t7 включают питание топливоподкачивающего насоса. А именно, питание топливоподкачивающего насоса может быть скачкообразно повышено с нижнего первого уровня (например, 0В) до промежуточного второго уровня. Питание топливоподкачивающего насоса можно поддерживать на промежуточном втором уровне между t7 и t8, пока давление выше по потоку от обратного клапана остается ниже давления ниже по потоку от обратного клапана. В момент t8 давление выше по потоку от обратного клапана может достигнуть давления ниже по потоку от обратного клапана, и топливо может начать течь через обратный клапан к топливной рампе. Контроллер может линейно повышать (например, монотонно увеличивать) питание топливоподкачивающего насоса между t8 и t9 и наращивать давление в топливной рампе. В момент t9 питание топливоподкачивающего насоса может быть выключено. Расходы впрыска топлива остаются ниже порога между t9 и t10, поэтому топливоподкачивающий насос поддерживают в выключенном состоянии. При этом давление в топливной рампе может продолжить падать, и в момент t10 устанавливают, что давление в топливной рампе упадет ниже порога, если питание топливоподкачивающего насоса не будет включено в текущее время, поэтому в момент t10 включают питание топливоподкачивающего насоса. А именно, питание топливоподкачивающего насоса может быть скачкообразно повышено с нижнего первого уровня (например, 0В) до промежуточного второго уровня. Питание топливоподкачивающего насоса поддерживают на промежуточном втором уровне между t10 и t11, а затем, в связи с тем, что топливо начинает течь через обратный клапан, контроллер может линейно повышать электропитание топливоподкачивающего насоса между t11 и t12. При этом, контроллер может линейно повышать электропитание топливоподкачивающего насоса вплоть до максимального уровня питания топливоподкачивающего насоса, а затем поддерживать питание топливоподкачивающего насоса на максимальном уровне в течение некоторого периода. Затем, в момент t12, питание топливоподкачивающего насоса выключают.
Расходы впрыска топлива остаются ниже порога между t12 и t13, поэтому топливоподкачивающий насос поддерживают в выключенном состоянии. При этом давление в топливной рампе может продолжить падать, и в момент t13 устанавливают, что давление в топливной рампе упадет ниже порога, если питание топливоподкачивающего насоса не будет включено в текущее время, в связи с чем в момент t13 включают питание топливоподкачивающего насоса. А именно, питание топливоподкачивающего насоса может быть скачкообразно повышено с нижнего первого уровня (например, 0В) до промежуточного второго уровня. Питание топливоподкачивающего насоса поддерживают на промежуточном втором уровне между t13 и t14, а затем, в связи с началом течения топлива через обратный клапан, контроллер может линейно повышать электропитание топливоподкачивающего насоса между t14 и t15. При этом, прежде, чем контроллер сможет довести подачу напряжения на топливоподкачивающий насос до максимума в процессе линейного повышения, в момент t15 расход впрыска топлива может превысить порог. Поэтому в момент t15 контроллер может выйти из прерывистого второго режима и перейти к эксплуатации топливоподкачивающего насоса в первом режиме непрерывного питания в связи с превышением порога расходов впрыска топлива. После t15 расходы впрыска топлива могут оставаться выше порога, и контроллер может продолжить регулирование питания топливоподкачивающего насоса по замкнутому контуру в первом режиме непрерывного питания.
В одном варианте способ содержит шаги, на которых: поддерживают в выключенном состоянии топливоподкачивающий насос, подающий топливо в топливную рампу, исходя из того, что топливоподкачивающий насос поддерживают в выключенном состоянии, прогнозируют, когда давление в топливной рампе упадет ниже порога в зависимости от расходов впрыска топлива, и включают питание топливоподкачивающего насоса до того, как давление в топливной рампе упадет ниже порога, во избежание падения фактического давления в топливной рампе ниже порога. В первом примере способ дополнительно содержит шаг, на котором оценивают, каким было бы минимальное будущее давление в топливной рампе, если бы питание топливоподкачивающего насоса включили в текущий момент, в зависимости от жесткости топливопровода, и/или расходов впрыска топлива, и/или периода раскрутки топливоподкачивающего насоса, при этом минимальное будущее давление в топливной рампе представляет собой давление в топливной рампе, при котором топливоподкачивающий насос может начать наращивать давление в топливной рампе. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что питание топливоподкачивающего насоса включают в связи с падением минимального будущего давления в топливной рампе до уровня в пределах пороговой разности от порога во избежание падения будущего давления в топливной рампе ниже порога. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и дополнительно включает в себя то, что период раскрутки топливоподкачивающего насоса оценивают в зависимости от прогнозного профиля давления в топливной рампе и/или величины необходимого электропитания топливоподкачивающего насоса при включении питания топливоподкачивающего насоса. Четвертый пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий примеры и дополнительно включает в себя то, что минимальное будущее давление в топливной рампе тем ниже, чем больше жесткость топливопровода, и/или расходы впрыска топлива, и/или период раскрутки топливоподкачивающего насоса. Пятый пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий, и/или четвертый примеры и дополнительно содержит шаги, на которых: поддерживают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, на нижнем первом уровне до того, как давление в топливной рампе достигнет минимального давления в топливной рампе, и, при достижении давлением в топливной рампе минимального давления в топливной рампе, повышают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос. Шестой пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий, и/или четвертый, и/или пятый примеры и дополнительно включает в себя то, что повышение напряжения, подаваемого на топливоподкачивающий насос, включает в себя: сначала скачкообразное повышение напряжения с нижнего первого уровня до промежуточного второго уровня, а затем линейное повышение напряжения с промежуточного второго уровня до более высокого третьего уровня за некоторый период. Седьмой пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий, и/или четвертый, и/или пятый, и/или шестой примеры и дополнительно включает в себя то, что повышение напряжения, подаваемого на топливоподкачивающий насос, включает в себя линейное повышение напряжения с нижнего первого уровня до более высокого второго уровня за некоторый период. Восьмой пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий, и/или четвертый, и/или пятый, и/или шестой, и/или седьмой примеры и дополнительно включает в себя то, что включение питания топливоподкачивающего насоса включает в себя подачу электропитания на топливоподкачивающий насос в течение некоторого периода, причем способ дополнительно содержит шаг, на котором выключают питание топливоподкачивающего насоса по прошествии этого периода. Девятый пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий, и/или четвертый, и/или пятый, и/или шестой, и/или седьмой, и/или восьмой примеры и дополнительно включает в себя то, что включение питания топливоподкачивающего насоса включает в себя подачу электропитания на топливоподкачивающий насос до тех пор, пока давление в топливной рампе не возрастет до верхнего второго порога, причем способ дополнительно содержит шаг, на котором выключают питание топливоподкачивающего насоса в связи с превышением верхнего второго порога давлением в топливной рампе.
В другом варианте способ содержит шаги, на которых: прогнозируют, когда давление в топливной рампе упадет ниже порога, вычисляют необходимый момент включения питания топливоподкачивающего насоса в зависимости от периода запаздывания топливоподкачивающего насоса, причем необходимый момент наступает раньше прогнозного падения давления в топливной рампе ниже порога, скачкообразно повышают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, от нуля до первого уровня в указанный необходимый момент, и линейно повышают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, с первого уровня после указанного необходимого момента. В первом примере способа прогнозирование того, когда давление в топливной рампе упадет ниже порога, осуществляют в зависимости от жесткости топливопровода и/или расходов впрыска топлива. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и дополнительно содержит шаг, на котором поддерживают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, на первом уровне в течение некоторого периода перед линейным повышением напряжения. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры, и дополнительно включает в себя то, что период запаздывания топливоподкачивающего насоса представляет собой период с момента включения питания топливоподкачивающего насоса до момента, в который топливоподкачивающий насос начинает наращивать давление в топливной рампе. Четвертый пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий примеры и дополнительно включает в себя то, что период запаздывания топливоподкачивающего насоса определяют путем поддержания давления в топливной рампе на уровне порога с одновременным включением питания топливоподкачивающего насоса и регистрации времени, через которое топливоподкачивающий насос начнет наращивать давление в топливной рампе. Пятый пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий, и/или четвертый примеры и дополнительно включает в себя то, что необходимый момент включения питания топливоподкачивающего насоса также вычисляют в зависимости от сжимаемости топлива и/или расходов впрыска топлива. Шестой пример способа необязательно включает в себя первый, и/или второй, и/или третий, и/или четвертый, и/или пятый примеры и дополнительно содержит шаг, на котором выявляют неисправность обратного клапана, если темп возрастания сжимаемости топлива превышает пороговый.
В другом варианте система содержит: топливоподкачивающий насос, топливопровод, соединенный с топливоподкачивающим насосом и содержащий топливную рампу, при этом топливная рампа содержит одну или несколько топливных форсунок, при этом топливопровод выполнен с возможностью подачи топлива из топливоподкачивающего насоса в топливные форсунки, обратный клапан, расположенный в топливопроводе между топливоподкачивающим насосом и топливной рампой, для поддержания давления топлива ниже по потоку от обратного клапана между обратным клапаном и топливными форсунками, и контроллер, электрически связанный с топливоподкачивающим насосом, при этом контроллер содержит машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для: когда топливоподкачивающий насос выключен, прогнозирования профиля падения давления топлива ниже по потоку от обратного клапана, определения момента включения питания топливоподкачивающего насоса в зависимости от профиля падения и периода запаздывания топливоподкачивающего насоса во избежание падения давления топлива ниже по потоку от обратного клапана ниже порога, и включения питания топливоподкачивающего насоса в указанный определенный момент до того, как давление топлива ниже по потоку от обратного клапана достигнет порога. В первом примере системы топливная рампа представляет собой топливную рампу впрыска во впускной канал, причем топливные форсунки выполнены с возможностью впрыска топлива во впускной коллектор выше по потоку от одного или нескольких цилиндров двигателя. Второй пример системы необязательно включает в себя первый пример и дополнительно включает в себя то, что контроллер также содержит инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для подачи на топливоподкачивающий насос напряжения, достаточного для повышения давления в топливопроводе выше по потоку от обратного клапана до порога, и последующего повышения напряжения, подаваемого на топливоподкачивающий насос, когда это нужно в связи с падением давления в топливной рампе до уровня, превышающего порог на разность в пределах пороговой.
В еще одном варианте способ содержит шаги, на которых: прогнозируют профиль давления в топливной рампе в будущем периоде в зависимости от жесткости топливопровода и/или расходов впрыска топлива, вычисляют запаздывание топливного насоса в зависимости от начального напряжения топливоподкачивающего насоса, которое должно быть подано на топливоподкачивающий насос при включении питания топливоподкачивающего насоса, в зависимости от запаздывания топливного насоса и профиля давления определяют необходимый момент включения питания топливоподкачивающего насоса во избежание падения давления топлива в топливной рампе ниже порога в будущем периоде, и подают начальное напряжение топливоподкачивающего насоса на топливоподкачивающий насос в необходимый момент, при этом начальное напряжение топливоподкачивающего насоса представляет собой напряжение ниже максимального напряжения топливоподкачивающего насоса.
В еще одном варианте способ содержит шаги, на которых: вычисляют необходимый момент включения питания топливоподкачивающего насоса в зависимости от жесткости топливопровода, и/или объемного расхода топлива, выходящего из топливной рампы, и/или периода запаздывания топливоподкачивающего насоса, скачкообразно повышают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, до первого уровня в необходимый момент и линейно повышают напряжение, подаваемое на топливоподкачивающий насос, с первого уровня после необходимого момента.
Таким образом, технический эффект, состоящий в уменьшении провалов давления в топливной рампе, достигают путем включения питания топливоподкачивающего насоса до того, как давление в топливной рампе упадет до достаточно низких уровней, при которых подача топлива может быть недостаточной. Прогнозирование падения давления в топливной рампе в будущем периоде с последующим включением питания топливоподкачивающего насоса до того, как давление в топливной рампе достигнет нежелательно низких уровней, позволяет поддерживать давление в топливной рампе на желательных уровнях с одновременным повышением энергетического КПД. Таким образом, включение питания топливоподкачивающего насоса только тогда, когда ожидают падения давления в топливной рампе ниже порога, позволяет уменьшить электропитание топливоподкачивающего насоса и сэкономить расходы на топливо. Одновременно можно обеспечить экономию топлива без ущерба для эксплуатационных показателей двигателя путем поддержания достаточно высокого давления в топливных рампах за счет включения питания топливоподкачивающего насоса до того, как давление в топливных рампах достигнет нежелательных уровней.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящем описании способы и алгоритмы управления можно хранить в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут реализовываться системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами системы двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения инструкций, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего раскрытия.
Реферат
Изобретение относится к способам и системам для эксплуатации топливоподкачивающего насоса топливной системы двигателя. В одном примере способ может содержать шаг, на котором прогнозируют, когда давление в топливной рампе упадет ниже порога, исходя из того, что топливоподкачивающий насос остается в выключенном состоянии. Способ может также предусматривать включение питания топливоподкачивающего насоса до того, как давление в топливной рампе упадет ниже указанного порога, во избежание падения давления в топливной рампе ниже указанного порога. Технический результат – уменьшение провалов давления в топливной рампе, повышение экономии топлива. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.
Формула
Документы, цитированные в отчёте о поиске
Способ управления подачей топлива в двигатель
Способ управления насосным узлом
