Способы для выявления износа цилиндра насоса высокого давления - RU2684047C2
Код документа: RU2684047C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка в целом относится к реализации способов для выявления износа цилиндра и аномальной утечки топлива через область контакта поршень-цилиндр топливного насоса высокого давления в двигателе внутреннего сгорания.
СУЩНОСТЬ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые системы двигателя транспортного средства используют как непосредственный впрыск топлива в цилиндр, так и оконный впрыск топлива. Система подачи топлива может включать в себя многочисленные топливные насосы для выдачи давления топлива на топливные форсунки. В качестве одного из примеров, система подачи топлива может включать в себя топливный насос низкого давления (или подкачивающий насос) и топливный насос высокого давления (или непосредственного впрыска), скомпонованный между топливным баком и топливными форсунками. Топливный насос высокого давления может быть присоединен к системе непосредственного впрыска выше по потоку от направляющей-распределителя для топлива, чтобы повышать давление топлива, подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки непосредственного впрыска. Входной запорный клапан с соленоидным приводом, или сливной клапан, может быть присоединен выше по потоку от насоса высокого давления для регулирования потока топлива в камеру сжатия насоса. Однако, когда входной запорный клапан с соленоидным приводом топливного насоса высокого давления обесточен, к примеру, когда непосредственный впрыск топлива не требуется, может наноситься вред долговечности насоса. Более точно, смазка и охлаждение насоса могут уменьшаться, в то время как насос высокого давления не эксплуатируется, тем самым, приводя к ухудшению характеристик насоса. Ухудшение характеристик насоса может проявляться износом области контакта между поршнем насоса и цилиндром насоса. Износ может вызывать увеличение ширины зазора между поршнем и цилиндром, тем самым, предоставляя повышенному количеству топлива возможность течь через зазор по сравнению с нормальным количеством подвергнутого утечке топлива. Потерянное топливо может приводить к неэффективности насоса высокого давления, а также ухудшенным рабочим характеристикам насоса и/или двигателя. Различные подходы были разработаны для выявления износа цилиндра, который может вызывать чрезмерную протечку топлива через область контакта поршень-цилиндр.
В одном из подходов для выявления утечки топлива из насоса высокого давления, показанном Ильхошиином и другими в US 7556023, диагностирование протечки топлива мимо плунжера (цилиндра) насоса высокого давления выполняется посредством расчета утечки на основании ряда факторов. Число факторов включает в себя сигнал угла поворота кулачка, сигнал угла поворота кривошипа, сигнал температуры воды, сигнал температуры топлива и сигнал давления топлива. Расчет утечки рассчитывает величину утечки, которая также используется для расчета гомоэластичности топлива. Расчет утечки также учитывает коэффициент вязкости, который меняется в зависимости от температуры топлива.
Однако, изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальные проблемы у подхода из US 7556023. Прежде всего, расчет утечки зависит от точных показаний с большого количества датчиков, таких как различные датчики температуры, датчики давления и датчики угла поворота. Если бы один или более датчиков выводили неточные значения, то расчет утечки может неправильно диагностировать утечку топлива из плунжера. Более того, расчет утечки может не быть калиброванным в достаточной мере в отношении ожидаемых изменений работы насоса, таких как обусловленные износом и старением компонентов. Как результат, могут быть условия, где утечка выявляется ошибочно, даже когда изменение работы насоса обусловлено нормальным износом насоса. В заключение, расчет утечки предусматривает только диагностирование какой-нибудь утечки, тогда как, в многих системах насоса, меньшая, чем пороговая, величина протечки может быть полезной для смазывания насоса, также указываемая ссылкой как нормальная или необходимая протечка. Расчет не может проводить различие между необходимой и излишней протечкой топлива.
Таким образом, в одном из примеров, вышеприведенные проблемы могут быть по меньшей мере частично препоручены способу, содержащему: в то время как двигатель находится на числе оборотов холостого хода: повышение давления в направляющей-распределителе непосредственного впрыска топлива двигателя до порогового давления в направляющей-распределителе для топлива; вычисление целевой скорости нагнетания топливного насоса высокого давления на основании модели производительности насоса; вычисление скорости впрыска топлива; сравнение целевой скорости нагнетания и скорости впрыска топлива; и выдачу результата утечки области контакта поршня-цилиндра на основании сравнения. Таким образом, способ для выявления износа поршня-цилиндра может непрерывно выполняться на борту транспортного средства во время условий, когда двигатель работает на холостом ходу. Как описано в материалах настоящей заявки, модель производительности насоса может калиброваться на основании ряда факторов, которые оказывают влияние на количество топлива, выкачиваемого из насоса высокого давления, тем самым, улучшая достоверность результатов, сформированных с помощью модели. Более того, модель производительности насоса может сравниваться с данными испытаний реального насоса высокого давления, так что модель может проверяться на ее точность. Способ выявления также может быть способным добиваться высокой точности, тем временем, полагаясь на меньшее количество датчиков, обеспечивая выгоды сокращения компонентов. В добавление, модель производительности насоса может периодически обновляться, чтобы отражать старый насос высокого давления, который может работать иначе, чем новый насос, предоставляя изменениям работы насоса, происходящим от общего износа и амортизации компонентов, возможность лучше компенсироваться. В заключение, способ выявления может лучше проводить различие между нормальной и аномальной протечкой топлива насоса высокого давления.
Модель производительности насоса может быть основана на ряде факторов, в том числе, потере топлива, обусловленной модулем объемной упругости топлива и недействующим объемом камеры сжатия насоса высокого давления, нормальной утечкой топлива насоса и прочими причинами, которые могут заключать в себе некоторое количество различных вкладов в потерю топлива. Модель производительности насоса может графически или численно сравниваться с отображенным на регулировочной характеристике насосом высокого давления для проверки точности модели насоса. Поскольку модель может включать в себя нормальное количество подвернутого утечке топлива (которое может улучшать смазывание насоса, к примеру, когда работа насоса высокого давления не требуется), вышеупомянутый способ выявления может быть выполнен с возможностью давать водителю знать об аномальной протечке топлива. Например, аномальная протечка топлива может быть вызвана износом между поршнем и цилиндром насоса высокого давления. Посредством улучшения точности и достоверности выявления утечки насоса, улучшаются рабочие характеристики насоса.
Должно быть понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 схематически изображает примерный вариант осуществления цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 2 схематически изображает примерный вариант осуществления топливной системы, которая может использоваться с двигателем по фиг. 1.
Фиг. 3 показывает примерный топливный насос непосредственного впрыска высокого давления топливной системы по фиг. 2.
фиг. 4 изображает примерную графическую регулировочную характеристику испытываемого насоса высокого давления;
фиг. 5A изображает графическое представление примерной модели производительности насоса, которая может сравниваться с регулировочной характеристикой по фиг. 4.
фиг. 5B изображает график регулировочной характеристики или модель производительности насоса на альтернативной оси.
фиг. 6 изображает блок-схему последовательности операций способа выявления износа цилиндра, который может предупреждать пользователя об аномальной утечке области контакта поршня-цилиндра.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее подробное описание дает информацию касательно топливного насоса высокого давления и предложенных схемах выявления износа цилиндра, а также модели производительности насоса, на которых они основаны.
Предлагается способ выявления износа поршня-цилиндра топливного насоса высокого давления топливной системы, состоящий в том, что: в то время как двигатель находится в режиме холостого хода: повышают давление в направляющей-распределителе непосредственного впрыска топлива двигателя до порогового давления в направляющей-распределителе топлива; вычисляют целевую скорость нагнетания топливного насоса высокого давления на основании модели производительности насоса; вычисляют скорость впрыска топлива; сравнивают целевую скорость нагнетания и скорость впрыска топлива; и выдают результат утечки области контакта поршня-цилиндра на основании сравнения. Причем результат утечки области контакта поршня-цилиндра является аномальным, если сравнение определяет, что целевая скорость нагнетания находится выше, чем скорость впрыска топлива на больше, чем допустимое отклонение. Причем допустимое отклонение включает в себя значение погрешности. Причем результат утечки области контакта поршня-цилиндра является нормальным, если сравнение определяет, что целевая скорость нагнетания является равной или меньшей, чем скорость впрыска топлива плюс допустимое отклонение. Причем допустимое отклонение включает в себя значение погрешности. Причем модель производительности насоса рассчитывается на основании потери топлива, обусловленной модулем объемной упругости топлива и недействующим объемом камеры сжатия топливного насоса высокого давления, нормальной утечкой через область контакта поршня-цилиндра и прочими причинами. Причем модель производительности насоса рассчитывается контроллером с машинно-читаемыми командами, хранимыми в постоянной памяти, причем контроллер расположен на борту транспортного средства с двигателем. Причем скорость впрыска топлива вычисляется на основании измерений с одного или более датчиков двигателя.
Также предлагается способ выявления износа поршня-цилиндра топливного насоса высокого давления топливной системы, состоящий в том, что: по завершению начального состояния, и в то время как двигатель находится в режиме холостого хода: повышают давление в направляющей-распределителе непосредственного впрыска топлива двигателя до порогового давления в направляющей-распределителе топлива; вычисляют целевую скорость нагнетания топливного насоса высокого давления на основании модели производительности насоса; вычисляют скорость впрыска топлива; сравнивают целевую скорость нагнетания и скорость впрыска топлива; и диагностируют область контакта поршня-цилиндра в качестве дающего аномальную утечку, если целевая скорость нагнетания находится выше, чем скорость впрыска топлива на больше, чем допустимое отклонение. Причем допустимое отклонение включает в себя значение погрешности. Причем модель производительности насоса рассчитывается на основании потери топлива, обусловленной модулем объемной упругости топлива и недействующим объемом камеры сжатия топливного насоса высокого давления, нормальной утечкой через область контакта поршня-цилиндра и прочими причинами. Причем модель производительности насоса рассчитывается контроллером с машинно-читаемыми командами, хранимыми в постоянной памяти, причем контроллер расположен на борту транспортного средства с двигателем. Причем скорость впрыска топлива вычисляется на основании измерений с одного или более датчиков двигателя. Причем начальное состояние включает в себя команду запуска от человека, команду автоматического запуска от контроллера двигателя или команду запуска, выдаваемую каждый раз, когда двигатель попадает в состояние холостого хода.
Также предлагается топливная система, содержащая: одну или более топливных форсунок непосредственного впрыска, выполненных с возможностью впрыскивать топливо в один или более цилиндров двигателя; направляющую-распределитель для топлива, присоединенную по текучей среде к одной или более топливных форсунок непосредственного впрыска; топливный насос высокого давления, присоединенный по текучей среде к направляющей-распределителю для топлива; и контроллер с машинно-читаемыми командами, хранимыми в постоянной памяти, для: в то время как двигатель находится в режиме холостого хода, повышения давления в направляющей-распределителе для топлива, вычисления целевой скорости нагнетания топливного насоса высокого давления на основании модели производительности насоса, вычисления скорости впрыска топлива, сравнения целевой скорости нагнетания и скорости впрыска топлива, и выдачи результата утечки области контакта поршня-цилиндра на основании сравнения. Причем результат утечки области контакта поршня-цилиндра является аномальным, если сравнение определяет, что целевая скорость нагнетания находится выше, чем скорость впрыска топлива на больше, чем допустимое отклонение. Причем допустимое отклонение включает в себя значение погрешности. Причем результат утечки области контакта поршня-цилиндра является нормальным, если сравнение определяет, что целевая скорость нагнетания находится ниже, чем скорость впрыска топлива плюс допустимое отклонение. Причем допустимое отклонение включает в себя значение погрешности. Причем количество протечки топлива, соответствующее результату нормальной утечки области контакта поршня-цилиндра, смазывает топливный насос высокого давления.
Примерный вариант осуществления цилиндра в двигателе внутреннего сгорания приведен на фиг. 1 наряду с тем, что фиг. 2 изображает топливную систему, которая может использоваться с двигателем по фиг. 1. Пример насоса высокого давления, выполненного с возможностью обеспечивать непосредственный впрыск топлива в двигатель, подробно показан на фиг. 3. В качестве основы для способа выявления износа цилиндра для определения протечки области контакта поршень-цилиндр, показана регулировочная характеристика (или график) насоса высокого давления наряду с тем, что модель производительности насоса графически показана на фиг. 5A. К тому же, фиг. 5B показывает график регулировочной характеристики или модель производительности насоса по альтернативной горизонтальной оси. Способ выявления износа цилиндра насоса высокого давления показан в качестве блок-схемы последовательности операций способа на фиг. 6, в которой может выдаваться результат, который предупреждает водителя или другого пользователя, нормальное или аномальное количество топлива утекает из насоса высокого давления.
Что касается терминологии, используемой на всем протяжении этого подробного описания, представлено несколько графиков, на которых точки данных графически нанесены на 2-мерных графиках. Термины график и диаграмма используются взаимозаменяемо, чтобы указывать ссылкой на весь график или саму кривую/линию. Более того, насос высокого давления, или насос непосредственного впрыска, может быть сокращенно указываться как насос DI или HP. Подобным образом, насос низкого давления, или подкачивающий насос, может сокращенно обозначаться как насос LP. К тому же, давление в направляющей-распределителе для топлива, или значение давления топлива в направляющей-распределителе для топлива форсунок непосредственного впрыска, может сокращенно обозначаться как FRP. Модель производительности насоса или одно или более уравнений, используемых для численного или графического представления поведения насоса высокого давления, могут указываться ссылкой как модель насоса или просто как модель. Нормальная утечка (или протечка) области контакта цилиндра насоса может указывать ссылкой на номинальное количество топлива, которое вытекает из камеры сжатия насоса HP через область контакта цилиндра насоса. Аномальная утечка (или протечка) области контакта цилиндра насоса может указывать ссылкой на излишнее количество топлива, которое вытекает из камеры сжатия, которое может быть вызвано износом цилиндра насоса.
Фиг. 1 изображает пример камеры или цилиндра сгорания двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 14 (в материалах настоящей заявки также «камера сгорания») двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера (не показан) может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых примерах, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг. 1 показывает двигатель 10, сконфигурированный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, скомпонованный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176 в системе выпуска, скомпонованную вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от отработавших газов через вал 180, где устройство наддува сконфигурировано в качестве турбонагнетателя. Однако, в других примерах, таких как где двигатель 10 снабжен нагнетателем, турбина 176 с приводом от отработавших газов, по выбору, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи указания отношения количества воздуха к количеству топлива в отработавших газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик количества кислорода в отработавших газах), двухрежимный кислородный датчик или датчик EGO (который изображен), HEGO (подогреваемый EGO), NOx, HC, или CO. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых примерах, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий, контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на приводы 152 и 154, для управления открыванием и закрыванием соответственных впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответственными датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь тип электрического клапанного привода или тип кулачкового привода, либо их комбинацию. Установка фаз распределения впускных и выпускных клапанов может управляться одновременно, или может использоваться любая из возможности регулируемой установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов, регулируемой установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, сдвоенной независимой установки фаз кулачкового распределения или постоянной установки фаз кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT. В других примерах, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода, либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда в верхней мертвой точке. В одном из примеров, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется непосредственный впрыск, вследствие его воздействия на детонацию в двигателе.
В некоторых примерах, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, в выбранных режимах работы. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, таких как где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых примерах, каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя две топливных форсунки 166 и 170. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подавать топливо, принятое из топливной системы 8. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 2 и 3, топливная система 8 может включать в себя один или более топливных баков, топливных насосов и направляющих-распределителей для топлива. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW-1, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что фиг. 1 показывает форсунку 166 расположенную по одну сторону от цилиндра 14, она, в качестве альтернативы, может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе вследствие низкой летучести некоторых спиртосодержащих видов топлива. В качестве альтернативы, форсунка может быть расположена выше и возле впускного клапана для улучшения смешивания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливного бака топливной системы 8 через топливный насос высокого давления и направляющую-распределитель для топлива. Кроме того, топливный бак может иметь измерительный преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана скомпонованной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве оконного впрыска топлива (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI»), во впускное окно выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо, принятое из топливной системы 8, пропорционально длительности импульса сигнала FPW-2, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 171. Отметим, что одиночный формирователь 168 или 171 может использоваться для обеих систем впрыска топлива, или многочисленные формирователи, например, формирователь 168 для топливной форсунки 166 и формирователь 171 для топливной форсунки 170, могут использоваться, как изображено.
В альтернативном примере, каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть сконфигурирована в качестве топливных форсунок непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 14. В кроме того еще одном примере, каждая из топливных форсунок 166 и 170 может быть сконфигурирована в качестве топливных форсунок оконного впрыска для впрыска топлива выше по потоку от впускного клапана 150. В кроме того других примерах, цилиндр 14 может включать в себя только одну топливную форсунку, которая выполнена с возможностью принимать разное топливо из топливных систем в меняющихся относительных количествах в качестве топливной смеси, и дополнительно выполнена с возможностью впрыскивать эту топливную смесь непосредственно в цилиндр в качестве топливной форсунки непосредственного впрыска либо выше по потоку от впускных клапанов в качестве топливной форсунки оконного впрыска. По существу, должно быть принято во внимание, что топливные системы, описанные в материалах настоящей заявки не должны ограничиваться конкретными конфигурациями топливной форсунки, описанными в материалах настоящей заявки в качестве примера.
Топливо может подаваться обеими форсунками в цилиндр в течение одиночного цикла цилиндра. Например, каждая форсунка может подавать часть полного впрыска топлива, который подвергается сгоранию в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого из каждой форсунки, может меняться в зависимости от условий эксплуатации, таких как нагрузка, детонация и температура отработавших газов двигателя, к примеру, описанных ниже. Впрыскиваемое в окно топливо может подаваться во время события открытого впускного клапана, события закрытого впускного клапана (например, по существу после такта впуска), а также во время работы как с открытым, так и закрытым впускным клапаном. Подобным образом, непосредственно впрыскиваемое топливо, например, может подаваться во время такта впуска, а также частично во время предшествующего такта выпуска, во время такта впуска и частично во время такта сжатия. По существу, даже для одиночного события сгорания, впрыскиваемое топливо может впрыскиваться с разными временными характеристиками из форсунки оконного и непосредственного впрыска. Кроме того, для одиночного события сгорания, многочисленные впрыски подаваемого топлива могут выполняться за каждый цикл. Многочисленные впрыски могут выполняться в течение такта сжатия, такта впуска или любой надлежащей их комбинации.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания, и т.д. Будет принято во внимание, что двигатель 10 может включать в себя любое подходящее количество цилиндров, в том числе, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более цилиндров. Кроме того, каждый из этих цилиндров может включать в себя некоторые или все из различных компонентов, описанных и изображенных фиг. 1 со ссылкой на цилиндр 14.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Таковые включают в себя отличия по размеру, например, одна форсунка может иметь большее отверстие для впрыска, чем другая. Другие отличия включают в себя, но не в качестве ограничения, разные углы факела распыла, разные рабочие температуры, разное нацеливание, разную установку момента впрыска, разные характеристики факела распыла, разные расположения, и т.д. Сверх того, в зависимости от коэффициента распределения впрыскиваемого топлива среди форсунок 170 и 166, могут достигаться разные эффекты.
Топливные баки в топливной системе 8 могут удерживать топливо разных типов топлива, таких как топливо с разными качествами топлива и разными составами топлива. Различия могут включать в себя разное содержание спиртов, разное содержание воды, разное октановое число, разную теплоту испарения, разные топливные смеси и/или их комбинации, и т.д. Один из примеров топлива с разной теплотой парообразования мог бы включать в себя бензин в качестве первого типа топлива с более низкой теплотой парообразования, а этиловый спирт в качестве второго типа топлива с большей теплотой парообразования. В еще одном примере, двигатель может использовать бензин в качестве первого типа топлива, и спиртосодержащую топливную смесь, такую как E85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта и 15% бензина) или M85 (которая является приблизительно 85% метилового спирта и 15% бензина) в качестве второго типа топлива. Другие подходящие вещества включают в себя воду, метиловый спирт, смесь спирта и воды, смесь воды и метилового спирта, смесь спиртов, и т.д.
В кроме того еще одном примере, оба топлива могу быть спиртовыми смесями с переменным составом спиртов, при этом, первый тип топлива может быть спиртобензиновой смесью с более низкой концентрацией спирта, такой как E10 (которая является приблизительно 10% этилового спирта), наряду с тем, что второй тип топлива может быть спиртобензиновой смесью с большей концентрацией спирта, такой как E85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта). Дополнительно, первое и второе топливо также могут отличаться другими качествами топлива, такими как различие по температуре, вязкости и октановому числу, и т.д. Более того, характеристики топлива одного или обоих топливных баков могут часто меняться, например, вследствие изменений изо дня в день при дозаправке топливного бака.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 долговременного постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере для хранения исполняемых команд, оперативное запоминающее устройство 112, дежурную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе.
Фиг. 2 схематически изображает примерную топливную систему 8 по фиг. 1. Топливная система 8 может эксплуатироваться для подачи топлива в двигатель, такой как двигатель 10 по фиг. 1. Топливная система 8 может эксплуатироваться контроллером для выполнения некоторых или всех из операций, описанных со ссылкой на потоки обработки по фиг. 6.
Топливная система 8 может выдавать топливо в двигатель из одного или более разных источников топлива. В качестве неограничивающего примера, могут быть предусмотрены первый топливный бак 202 и второй топливный бак 212. Несмотря на то, что топливные баки 202 и 212 описаны в контексте обособленных сосудов для хранения топлива, должно быть принято во внимание, что эти топливные баки взамен могут быть сконфигурированы в качестве одиночного топливного бака, имеющего отдельные области хранения топлива, которые разделены стенкой или другой пригодной мембраной. Кроме того еще, в некоторых вариантах осуществления, эта мембрана может быть выполнена с возможностью избирательно переносить выбранные составляющие топлива между двумя или более областями хранения топлива, тем самым, давая топливной смеси возможность по меньшей мере частично разделяться мембраной на первый тип топлива в первой области хранения топлива и второй тип топлива во второй области хранения топлива.
В некоторых примерах, первый топливный бак 202 может хранить топливо первого типа топлива наряду с тем, что второй топливный бак 212 может хранить топливо второго типа топлива, при этом, первый и второй типы топлива имеют отличающийся состав. В качестве неограничивающего примера, второй тип топлива, содержащийся во втором топливном баке 212, может включать в себя более высокую концентрацию одной или более составляющих, которые снабжают второй тип топлива большей относительной способностью подавления детонации, чем первое топливо.
В качестве примера, первое топливо и второе топливо каждое может включать в себя одну или более углеводородных составляющих, но второе топливо также может включать в себя более высокую концентрацию спиртовой составляющей, чем первое топливо. В некоторых условиях, эта спиртовая составляющая может обеспечивать подавление детонации для двигателя, когда подается в подходящем количестве относительно первого топлива, и может включать в себя любой пригодный спирт, такой как этиловый спирт, метиловый спирт, и т.д. Поскольку спирт может давать большее подавление детонации, чем некоторые основанные на углеводородах виды топлива, такие как бензин или дизельное топливо, вследствие повышенной скрытой теплоты парообразования и холодопроизводительности заряда спирта, топливо, содержащее в себе более высокую концентрацию спиртовой составляющей, может избирательно использоваться для обеспечения повышенного противодействия детонации двигателя во время выбранных условий эксплуатации.
В качестве еще одного примера, спирт (например, метиловый спирт, этиловый спирт) могут иметь воду, добавленную в него. По существу, вода снижает воспламеняемость спиртового топлива, обеспечивая повышенную гибкость в хранении топлива. Дополнительно, теплота парообразования содержания воды усиливает способность спиртового топлива действовать в качестве подавителя детонации. Кроме того еще, содержание воды может снижать общую стоимость топлива.
В качестве специфичного неограничивающего примера, первый тип топлива в первом топливном баке может включать в себя бензин, а второй тип топлива во втором топливном баке может включать в себя этиловый спирт. В качестве еще одного неограничивающего примера, первый тип топлива может включать в себя бензин, а второй тип топлива может включать в себя смесь бензина и этилового спирта. В кроме того других примерах, первый тип топлива и второй тип топлива каждый может включать в себя бензин и этиловый спирт, в силу чего, второй тип топлива включает в себя более высокую концентрацию составляющей этилового спирта, чем первое топливо (например, E10 в качестве первого типа топлива и E85 в качестве второго типа топлива). В качестве еще одного примера, второй тип топлива может иметь относительно большую октановую характеристику, чем первый тип топлива, тем самым, делая второе топливо более эффективным подавителем детонации, чем первое топливо. Должно быть принято во внимание, что эти примеры должны считаться неограничивающими, так как могут использоваться другие пригодные виды топлива, которые обладают сравнительно разными характеристиками подавления детонации. В кроме того других примерах, каждый из первого и второго топливных баков может хранить одинаковое топливо. Несмотря на то, что изображенный пример иллюстрирует два топливных бака с двумя разными типами топлива, будет принято во внимание, что, в альтернативных вариантах осуществления, может быть представлен единственный топливный бак с единым типом топлива.
Топливные баки 202 и 212 могут отличаться своей вместимостью хранения топлива. В изображенном примере, где второй топливный бак 212 хранит топливо с более высокой способностью подавления детонации, второй топливный бак 212 может иметь меньшую вместимость хранения топлива, чем первый топливный бак 202. Однако, должно быть принято во внимание, что, в альтернативных вариантах осуществления, топливные баки 202 и 212 могут иметь идентичную вместимость хранения топлива.
Топливо может поставляться в топливные баки 202 и 212 через соответственные каналы 204 и 214 заправки топливом. В одном из примеров, где топливные баки хранят разные типы топлива, каналы 204 и 214 заправки топливом могут включать в себя маркировку идентификации топлива для идентификации типа топлива, которое должно выдаваться в соответствующий топливный бак.
Первый топливный насос 208 низкого давления (LPP) в сообщении с первым топливным баком 202 может эксплуатироваться для подачи первого типа топлива из первого топливного бака 202 на первую группу форсунок 242 оконного впрыска через первый топливный канал 230. В одном из примеров, первый топливный насос 208 может быть топливным насосом низкого давления с электроприводом, расположенным по меньшей мере частично внутри первого топливного бака 202. Топливо, поднимаемое первым топливным насосом 208, может подаваться под более низким давлением в первую направляющую-распределитель 240 для топлива, присоединенную к одной или более топливных форсунок первой группы форсунок 242 оконного впрыска (в материалах настоящей заявки также указываемой ссылкой как первая группа форсунок). Несмотря на то, что первая направляющая-распределитель 240 для топлива показана раздающей топливо по четырем топливным форсункам из первой группы 242 форсунок, будет принято во внимание, что первая направляющая-распределитель 240 для топлива может раздавать топливо на любое пригодное количество топливных форсунок. В качестве одного из примеров, первая направляющая-распределитель 240 для топлива может раздавать топливо на одну топливную форсунку из первой группы 242 форсунок для каждого цилиндра двигателя. Отметим, что, в других примерах, первый топливный канал 230 может выдавать топливо в топливные форсунки первой группы 242 форсунок через две или более направляющих-распределителя для топлива. Например, в тех случаях, когда цилиндры двигателя сконфигурированы в V-образной конфигурации, две направляющих-распределителя для топлива могут использоваться для распределения топлива из первого топливного канала на каждую из топливных форсунок первой группы форсунок.
Топливный насос 228 непосредственного впрыска, который включен во второй топливный канал 232, может питаться топливом через LPP 208 или LPP 218. В одном из примеров, топливный насос 228 непосредственного впрыска может быть вытеснительным насосом с приводом от двигателя. Топливный насос 228 непосредственного впрыска может находиться в сообщении с группой форсунок непосредственного впрыска через вторую направляющую-распределитель 250 для топлива и группой форсунок 242 оконного впрыска через соленоидный клапан 236. Таким образом, топливо более низкого давления, поднятое первым топливным насосом 208, может подвергаться дополнительному повышению давления, с тем чтобы подавать топливо более высокого давления для непосредственного впрыска во вторую направляющую-распределитель 250 для топлива, присоединенную к одной или более топливных форсунок 252 непосредственного впрыска (в материалах настоящей заявки также указываемых ссылкой как вторая группа форсунок). В некоторых примерах, топливный фильтр (не показан) может быть расположен выше по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска, чтобы удалять частицы из топлива. Кроме того, в некоторых примерах, аккумулятор давления топлива (не показан) может быть присоединен ниже по потоку от топливного фильтра между насосом низкого давления и насосом высокого давления.
Второй топливный насос 218 низкого давления в сообщении с вторым топливным баком 212 может эксплуатироваться для подачи второго типа топлива из второго топливного бака 202 в форсунки 252 непосредственного впрыска через второй топливный канал 232. Таким образом, второй топливный канал 232 присоединяет по текучей среде каждый из первого топливного бака и второго топливного бака к группе форсунок непосредственного впрыска. В одном из примеров, второй топливный насос 218 также может быть топливным насосом низкого давления (LPP) с электроприводом, расположенным по меньшей мере частично внутри второго топливного бака 212. Таким образом, топливо более низкого давления, поднятое топливным насосом 218 низкого давления, может подвергаться дополнительному повышению давления топливным насосом 228 высокого давления, с тем, чтобы подавать топливо более высокого давления для непосредственного впрыска во вторую направляющую-распределитель 250 для топлива, присоединенную к одной или более топливных форсунок непосредственного впрыска. В одном из примеров, второй топливный насос 218 низкого давления и топливный насос 228 непосредственного впрыска могут эксплуатироваться для выдачи второго типа топлива под более высоким давлением топлива во вторую направляющую-распределитель 250 для топлива, чем давление топлива первого типа топлива, которое выдается в первую направляющую-распределитель 240 для топлива первым топливным насосом 208 низкого давления.
Сообщение по текучей среде между первым топливным каналом 230 и вторым топливным каналом 232 может достигаться через первый и второй перепускные каналы 224 и 234. Более точно, первый перепускной канал 224 может присоединять первый топливный канал 230 к второму топливному каналу 232 выше по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска наряду с тем, что второй перепускной канал 234 может присоединять первый топливный канал 230 к второму топливному каналу 232 ниже по потоку от топливного насоса 228 непосредственного впрыска. Один или боле клапанов сброса давления могут быть включены в топливные каналы и/или перепускные каналы, чтобы противодействовать или сдерживать поток топлива обратно в топливные баки-резервуары. Например, первый клапан 226 сброса давления может быть предусмотрен в первом перепускном канале 224 для снижения или предотвращения обратного потока топлива из второго топливного канала 232 в первый топливный канал 230 и первый топливный бак 202. Второй клапан 222 сброса давления может быть предусмотрен во втором топливном канале 232 для снижения или предотвращения обратного потока топлива из первого или второго топливных каналов во второй топливный бак 212. В одном из примеров, насосы 208 и 218 низкого давления могут иметь клапаны сброса давления, встроенные в насосы. Встроенные клапаны сброса давления могут ограничивать давление в соответственных топливных магистралях подкачивающего насоса. Например, клапан сброса давления, встроенный в первый топливный насос 208 может ограничивать давление, которое в ином случае формировалось бы в первой направляющей-распределителе 240 для топлива, если бы соленоидный клапан 236 был (преднамеренно или непреднамеренно) открыт и наряду с тем, что топливный насос 228 непосредственного впрыска осуществлял прокачку.
В некоторых примерах, первый и/или второй перепускные каналы также могут использоваться для перемещения топлива между топливными баками 202 и 212. Перемещение топлива может облегчаться посредством включения дополнительных запорных клапанов, клапанов сброса давления, соленоидных клапанов и/или насосов в первый или второй перепускной канал, например, соленоидного клапана 236. В кроме того других примерах, один из топливных баков-резервуаров может быть скомпонован на более высоком возвышении, чем другой топливный бак-резервуар, в силу чего, топливо может перемещаться из верхнего топливного бака-резервуара в нижний топливный бак-резервуар через один или более перепускных каналов. Таким образом, топливо может перемещаться между топливными баками-резервуарами под действием силы тяжести без непременного требования, чтобы топливный насос содействовал перемещению топлива.
Различные компоненты топливной системы 8 поддерживают связь с системой управления двигателем, такой как контроллер 12. Например, контроллер 12 может принимать показание условий эксплуатации с различных датчиков, ассоциативно связанных с топливной системой 8, в дополнение к датчикам, описанным ранее со ссылкой на фиг. 1. Различные входные сигналы, например, могут включать в себя показание количества топлива, хранимого в каждом из топливных баков-резервуаров 202 и 212, посредством датчиков 206 и 216 уровня топлива, соответственно. Контроллер 12 также может принимать показание состава топлива из одного или более датчиков состава топлива в дополнение к или в качестве альтернативы показанию состава топлива, которое логически выводится по датчику отработавших газов (такому как датчик 128 по фиг. 1). Например, показание состава топлива у топлива, хранимого в топливных баках-резервуарах 202 и 212, может выдаваться датчиками 210 и 220 состава топлива соответственно. Дополнительно или в качестве альтернативы, один или более датчиков состава топлива могут быть предусмотрены в любом пригодном местоположении вдоль топливных каналов между топливными баками-резервуарами и их соответственными группами топливных форсунок. Например, датчик 238 состава топлива может быть предусмотрен в первой направляющей-распределителе 240 для топлива или вдоль первого топливного канала 230, и/или датчик 248 состава топлива может быть предусмотрен во второй направляющей-распределителе 250 для топлива или вдоль второго топливного канала 232. В качестве неограничивающего примера, датчики состава топлива могут снабжать контроллер 12 показанием концентрации составляющей подавления детонации, содержащейся в топливе, или показанием октановой характеристики топлива. Например, один или более датчиков состава топлива могут выдавать показание содержания спиртов топлива.
Отметим, что относительное расположение датчиков состава топлива в пределах системы подачи топлива может давать разные преимущества. Например, датчики 238 и 248, скомпонованные в направляющих-распределителях для топлива или вдоль топливных каналов, соединяющих топливные форсунки с одним или более топливных баков-резервуаров могут выдавать показание получающегося в результате состава топлива, где два или более разных вида топлива комбинируются перед подачей в двигатель. В противоположность, датчики 210 и 220 могут выдавать показание состава топлива в топливных баках-резервуарах, которые могут отличаться от состава топлива, фактически подаваемого в двигатель.
Контроллер 12 также может управлять работой каждого из топливных насосов 208, 218 и 228, чтобы настраивать количество, давление, расход, и т.д., топлива, подаваемого в двигатель. В качестве одного из примеров, контроллер 12 может изменять регулировку давления, величину хода насоса, команду относительной длительности включения насоса и/или расход топлива топливных насосов для подачи топлива в разные местоположения топливной системы. Формирователь (не показан), присоединенный электронным образом к контроллеру 12, может использоваться для отправки сигнала управления на каждый из насосов низкого давления, по мере надобности, для настройки отдачи (например, скорости работы) соответственного насоса низкого давления. Количество первого или второго типа топлива, который подается в группу форсунок непосредственного впрыска через насос непосредственного впрыска, может настраиваться посредством настройки и координирования отдачи первого или второго LPP и насоса непосредственного впрыска. Например, топливный насос низкого давления и топливный насос высокого давления могут эксплуатироваться для поддержания предписанного давления в направляющей-распределителе для топлива. Датчик давления в направляющей-распределителе для топлива, присоединенный к второй направляющей-распределителю для топлива, может быть выполнен с возможностью выдавать оценку давления топлива, имеющегося в распоряжении в группе форсунок непосредственного впрыска. Затем, на основании разности между оцененным давлением в направляющей-распределителе и требуемым давлением в направляющей-распределителе, могут настраиваться отдачи насосов. В одном из примеров, в тех случаях, когда топливный насос высокого давления является объемным поршневым топливным насосом, контроллер может настраивать клапан регулирования расхода насоса высокого давления для изменения рабочего объема насоса каждого хода насоса.
По существу, в то время как топливный насос непосредственного впрыска является работающим, высокие давления в камере сжатия насоса выгоняют текучую среду в область контакта поршень-цилиндр, тем самым, обеспечивая достаточное смазывание насоса и небольшой охлаждающий эффект. Однако, во время условий, когда работа топливного насоса непосредственного впрыска не запрошена, таких как когда не запрошен непосредственный впрыск топлива, и/или когда уровень топлива во втором топливном баке 212 находится ниже порогового значения (то есть, нет достаточного имеющегося в распоряжении топлива подавления детонации), топливный насос непосредственного впрыска может не смазываться в достаточной мере, если прекращен поток топлива через насос.
В альтернативных вариантах осуществления топливной системы 8 по фиг. 2, второй топливный бак 212 может быть исключен, из условия чтобы топливная система 8 была единой топливной системой как с оконным, так и непосредственным впрыском топлива. К тому же, более чем два вида топлива могут использоваться в других вариантах осуществления. Дополнительно, в других примерах, топливо может подаваться только на форсунки 252 непосредственного впрыска, а форсунки 242 оконного впрыска могут пропускаться. В этой примерной системе, топливный насос 208 низкого давления подает топливо в топливный насос 228 непосредственного впрыска через перепускной канал 224. Контроллер 12 настраивает отдачу топливного насоса 228 непосредственного впрыска посредством настройки клапана регулирования расхода насоса 228 непосредственного впрыска. Насос непосредственного впрыска может прекращать подачу топлива в направляющую-распределитель 250 для топлива во время выбранных условий, таких как во время замедления транспортного средства, или в то время как транспортное средство движется вниз по склону. Кроме того, во время замедления транспортного средства или в то время как транспортное средство движется вниз по склону, одна или более топливных форсунок 252 непосредственного впрыска могут выводиться из работы.
Фиг. 3 показывает примерный вариант осуществления топливного насоса 228 непосредственного впрыска, показанного в системе по фиг. 2. Вход 303 камеры 308 сжатия топливного насоса непосредственного впрыска питается топливом через топливный насос низкого давления, как показано на фиг. 2. Топливо может поддерживаться под давлением по своему каналу через топливный насос 228 непосредственного впрыска и подаваться в направляющую-распределитель для топлива через выход 304 насоса. В изображенном примере, насос 228 непосредственного впрыска может быть поршневым насосом с механическим приводом, который включает в себя поршень 306 насоса и шток 320 поршня, камеру 308 сжатия насоса (в материалах настоящей заявки также указываемую ссылкой как камера сжатия) и ступенчатое пространство 318. Канал, который присоединяет ступенчатое пространство 318 к входу 399 насоса, может включать в себя аккумулятор 309, при этом, канал предоставляет топливу из ступенчатого пространство возможность повторно поступать в магистраль низкого давления, ближайшую к входу 399. При условии, что поршень 306 находится в положении нижней мертвой точки (НМТ, BDC) на фиг. 3, рабочий объем насоса может быть представлен в качестве рабочего объема 377. Рабочий объем насоса DI может измеряться в качестве объема, охватываемого поршнем 306 по мере того, как он перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ, TDC) в ВМТ, или наоборот. Второй объем также существует в камере 308 сжатия, вторым объемом является свободный неиспользуемый объем 378 насоса. Свободный неиспользуемый объем определяет область в камере 308 сжатия, который остается, когда поршень 306 находится в ВМТ. Другими словами, добавление объемов 377 и 378 формирует камеру 308 сжатия. Поршень 306 также включает в себя верхнюю часть 305 и нижнюю часть 307. Ступенчатое пространство и камера сжатия могут включать в себя полости, расположенные по противоположные стороны от поршня насоса. В одном из примеров, контроллер 12 двигателя может быть выполнен с возможностью приводить в движение поршень 306 в насосе 228 непосредственного впрыска посредством ведущего кулачка 310. Кулачок 310 включает в себя четыре рабочих выступа и выполняет один оборот за каждые два оборота коленчатого вала двигателя.
Входной запорный клапан 312 с соленоидным приводом может быть присоединен к входу 303 насоса. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью регулировать поток топлива через входной запорный клапан 312 посредством включения тока или выключения тока соленоидного клапана (на основании конфигурации соленоидного клапана) синхронно с ведущим кулачком. Соответственно, входной запорный клапан 312 с соленоидным приводом может эксплуатироваться в двух режимах. В первом режиме, запорный клапан 312 с соленоидным приводом установлен во входе 303, чтобы ограничивать (например, сдерживать) количество топлива, проходящего выше по потоку от запорного клапана 312 с соленоидным приводом. В сравнении, во втором режиме, запорный клапан 312 с соленоидным приводом фактически выведен из работы, и топливо может проходить выше по потоку и ниже по потоку от входного запорного клапана.
По существу, запорный клапан 312 с соленоидным приводом может быть выполнен с возможностью регулировать массу (или объем) топлива, сжимаемого в топливном насосе непосредственного впрыска. В одном из примеров, контроллер 12 может настраивать установку момента закрывания запорного клапана с соленоидным приводом для регулирования массы сжимаемого топлива. Например, позднее закрывание входного запорного клапана может снижать величину массы топлива, засасываемого в камеру 308 сжатия. Установки момента открывания и закрывания запорного клапана с соленоидным приводом могут координироваться относительно временных характеристик хода топливного насоса непосредственного впрыска.
Вход 399 насоса допускает топливо к запорному клапану 302 и клапану 301 сброса давления. Запорный клапан 302 расположен выше по потоку от запорного клапана 312 с соленоидным приводом вдоль канала 335. Запорный клапан 302 подвергнут смещению, чтобы предотвращать поток топлива из запорного клапана 312 с соленоидным приводом и на вход 399 насоса. Запорный клапан 302 предоставляет возможность потока из топливного насоса низкого давления в запорный клапан 312 с соленоидным приводом. Запорный клапан 302 соединен параллельно с клапаном 301 сброса давления. Клапан 301 сброса давления предоставляет возможность потока топлива (или потока другой текучей среды) через запорный клапан 312 с соленоидным приводом в направлении топливного насоса низкого давления, когда давление между клапаном 301 сброса давления и запорным клапаном 312 с соленоидным приводом является большим, чем предопределенное давление (например, 10 бар). Когда запорный клапан 312 с соленоидным приводом выведен из работы (например, не находится под электрическим током), запорный клапан с соленоидным приводом действует в режиме сквозного прохода, и клапан 301 сброса давления регулирует давление в камере 308 сжатия единой регулировкой сброса давления клапана 301 сброса давления (например, 15 бар). Регулирование давления в камере 308 сжатия предоставляет перепаду давления возможность формироваться от верхней части 305 поршня к нижней части 307 поршня. Давление в ступенчатом пространстве 318 находится под давлением выхода насоса низкого давления (например, 5 бар) наряду с тем, что давление на верхней части поршня находится под давлением регулирования клапана сброса давления (например, 15 бар). Перепад давления предоставляет топливу возможность просачиваться с верхней части 305 поршня на нижнюю часть 307 поршня через зазор между поршнем 306 и стенкой 350 цилиндра насоса, тем самым, смазывая топливный насос 228 непосредственного впрыска. Просачивание топлива с верхней части 305 поршня (прилегающей к камере 308 сжатия) на нижнюю часть 307 поршня (прилегающую к ступенчатому пространству 318) в дальнейшем может указываться ссылкой как нормальная утечка области контакта поршня-цилиндра, где стенка 350 цилиндра может определять цилиндр, и область контакта является зоной соприкосновения стенки 350 и поршня 306. Нормальная утечка области контакта поршня-цилиндра может быть равной или меньшей, чем пороговая величина утечки, которая может быть полезной для смазывания насоса. Нормальность утечки обусловлена конструкцией насоса 228 DI, для того чтобы обеспечивать достаточное смазывание. Более того, утечка может содействовать уменьшению величины износа, который происходит между поршнем и цилиндром. Объемный расход (или количество) топлива, который проходит через область контакта поршня-цилиндра (нормальная утечка) может меняться между системами насоса и топливными системами в зависимости от ряда факторов, в том числе, размера насоса, требуемого давления в направляющей-распределителе для топлива, типа топлива, геометрии топливных магистралей. Другими словами, пороговая величина протечки, которая определяет нормальную утечку области контакта поршня-цилиндра, может быть функцией вышеупомянутых факторов.
Поршень 306 совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз в камере 308 сжатия. Топливный насос 228 непосредственного впрыска находится в ходе сжатия, когда поршень 306 движется в направлении, которое уменьшает объем камеры 308 сжатия. Топливный насос 228 непосредственного впрыска находится в ходе всасывания, когда поршень 306 движется в направлении, которое увеличивает объем камеры 308 сжатия.
Выходной запорный клапан 316 прямого потока может быть присоединен ниже по потоку от выхода 304 камеры 308 сжатия. Выходной запорный клапан 316 открывается, чтобы предоставлять топливу возможность течь из выхода 304 камеры сжатия в направляющую-распределитель для топлива, только когда давление на выходе топливного насоса 228 непосредственного впрыска (например, давление на выходе камеры сжатия) находится выше, чем давление в направляющей-распределителе для топлива. Таким образом, во время условий, когда работа топливного насоса непосредственного впрыска не запрошена, контроллер 12 может выводить из работы входной запорный клапан 312 с соленоидным приводом, и клапан 301 сброса давления регулирует давление в камере сжатия единым по существу постоянным +0,5 бар) давлением во время большей части хода сжатия. В ходе впуска, давление в камере 308 сжатия падает до давления около давления подкачивающего насоса (208 и/или 218). Смазывание насоса 228 DI может происходить, когда давление в камере 308 сжатия превышает давление в ступенчатом пространстве 318. Этот перепад давлений также может вносить вклад в смазывание насоса, когда контроллер 12 выводит из работы запорный клапан 312 с соленоидным приводом. Один из результатов этого способа регулирования состоит в том, что направляющая-распределитель для топлива регулируется минимальным давлением, приблизительно сбросом давления 302. Таким образом, если клапан 302 имеет регулировку сброса давления 10 бар, давление в направляющей-распределителе для топлива становится 15 бар, так как эти 10 бар прибавляются к 5 бар давления подкачивающего насоса. Более точно, давление топлива в камере 308 сжатия регулируется во время хода сжатия топливного насоса 228 непосредственного впрыска. Таким образом, во время по меньшей мере хода сжатия топливного насоса 228 непосредственного впрыска, смазка обеспечивается для насоса. Когда топливный насос непосредственного впрыска попадает в ход всасывания, давление топлива в камере сжатия может снижаться наряду с тем, что некоторый уровень смазки по-прежнему может обеспечиваться, пока остается перепад давления. Еще один запорный клапан 314 (клапан сброса давления) может быть размещен параллельно с запорным клапаном 316. Клапан 314 предоставляет топливу возможность вытекать из направляющей-распределителя для топлива DI в направлении выхода 304 насоса, когда давление в направляющей-распределителе для топлива является большим, чем предопределенное давление.
Здесь отмечено, что насос 228 DI по фиг. 3 представлен в качестве иллюстративного примера одной из возможных конфигураций для насоса DI. Компоненты, показанные на фиг. 3, могут быть удалены и/или изменены наряду с тем, что дополнительные компоненты, не показанные на данный момент, могут быть добавлены в насос 228, тем временем, по-прежнему сохраняя способность подавать топливо высокого давления в направляющую-распределитель для топлива непосредственного впрыска. В качестве примера, клапан 301 сброса давления и запорный клапан 302 могут быть удалены в других вариантах осуществления топливного насоса 228. Более того, способы, представленные в дальнейшем, могут применяться к различным конфигурациям насоса 228 наряду с различными конфигурациями топливной системы 8 по фиг. 2.
Фактором, который может учитываться во время проектирования топливных систем для транспортных средств, являются рабочие характеристики насоса непосредственного впрыска, такого как насос 228, показанный на фиг. 2 и 3. Рабочие характеристики насоса могут быть полезны в некотором количестве направлений, в том числе, предсказании поведения насоса DI во время разных условий эксплуатации. Рабочие характеристики насоса могут количественно определяться в виде табличных значений или графика, известных как модель производительности насоса. Эти модели могут быть разработаны и управляться через переменные и постоянные, для того чтобы ближе соответствовать подлинной сущности насоса, в этом случае, топливного насоса непосредственного впрыска. В этом контексте, подлинная сущность насоса указывает ссылкой на данные, собранные из испытания насоса, где насосы эксплуатируются в течение периода времени наряду с изменением одного или более параметров. Для повторения, когда уравнения и другие основанные на физике параметры используются для количественного определения рабочих характеристик насоса, данные могут собираться в модели производительности насоса, к примеру, в течение фазы калибровки. С другой стороны, регулировочная характеристика насоса может создаваться из физических реальных данных, полученных из испытаний насоса и измерения/регистрации выходных данных насоса. Полезность моделей производительности насоса, подробнее описанных позже, может состоять в том, чтобы точно отражать регулировочные характеристики насоса, для того чтобы сравнивать идеальное или ожидаемое поведение насоса с реальным поведением насоса.
В качестве примера, для извлечения данных насоса для регулировочной характеристики насоса, насос может эксплуатироваться с повышающимся числом оборотов, измеряемым в оборотах в минуту (RPM), переменной, которая может быть представлена в графической форме в качестве горизонтальной оси. Дополнительно, в то время как число оборотов насоса повышается, давление в направляющей-распределителе для топлива может удерживаться на постоянном значении. Поскольку число оборотов насоса возрастает вследствие частоты вращения приводного кулачка 310, число оборотов двигателя также может быть одновременно возрастающим. Наряду с тем, что число оборотов насоса непрерывно или иным образом возрастает, реагирующий параметр может непрерывно измеряться, в этом случае, относительный объем жидкого топлива, прокачиваемый через насос DI и из камеры 308 сжатия. Относительный объем прокачиваемого жидкого топлива может быть представлен графически в качестве вертикальной оси. Относительный объем прокачиваемого жидкого топлива может быть отношением между реальным прокачиваемым объемом топлива и идеальным прокачиваемым объемом топлива. Относительные значения могут быть полезнее при сравнении характеристик насоса между разными насосами DI, которые могут прокачивать разные количества топлива. Затем, давление в направляющей-распределителе для топлива может повышаться, а насос вновь повышаться на протяжении диапазона числа оборотов, в то время как вновь регистрируется относительный прокачиваемый объем жидкости. Этот способ может давать некоторое количество кривых, которые могут быть представлены на общем графике. Отмечено, что, во время этого процесса измерения, входной запорный клапан 312 с соленоидным приводом может закрываться (запитываться током) синхронно с началом хода сжатия поршня 306 насоса, что означает, что объем топлива, втянутого в камеру 308 сжатия, не может вытекать обратно в канал 335. Эта установка момента закрывания также может указываться ссылкой как относительная длительность включения насоса 100%. Запитывание током соленоидного клапана может быть необходимым, чтобы точно строить регулировочную характеристику насоса DI.
Фиг. 4 показывает примерную регулировочную характеристику 400 насоса, которая показывает число оборотов насоса в качестве горизонтальной оси и коэффициент полезного действия насоса в качестве вертикальной оси. Коэффициент полезного действия насоса может быть эквивалентен относительному прокачиваемому объему жидкого топлива по той причине, что оба представляют, сколько топлива реально накачивается в направляющую-распределитель для топлива по сравнению с тем, сколько топлива идеально накачивается в направляющую-распределитель для топлива. Например, коэффициент полезного действия насоса 50% соответствует относительному прокачиваемому объему жидкости 0,5, означая, что половина топлива, сжимаемого в камере 308 сжатия, была отправлена в направляющую-распределитель для топлива (ниже по потоку от выхода 304 насоса). Фиг. 4 содержит одиннадцать отдельных кривых 401-411, каждая соответствует кривой производительности насоса DI при постоянном давлении в направляющей-распределителе для топлива. В целом, давление в направляющей-распределителе для топлива возрастает с каждой более низкой кривой. Например, кривая 411 может соответствовать давлению в направляющей-распределителе для топлива в 2 МПа наряду с тем, что кривая 401 может соответствовать давлению в направляющей-распределителе для топлива в 16 МПа. Кривые 401-411 могут быть сформированы посредством измерения последовательности измерительных точек, как описано ранее. На фиг. 4, данные берутся в последовательности чисел 415, 425, 435, 445, 455, 465 и 475 оборотов насоса. Например, число 415 оборотов может иметь значение 250 оборотов в минуту наряду с тем, что число 445 оборотов может иметь значение 1500 оборотов в минуту, а число 475 оборотов может иметь значение 3000 оборотов в минуту. Как видно, измерительные точки, которые образуют каждую кривую 401-411, лежат вдоль одних и тех же чисел 415-575 оборотов, но отмечено, что такие точки могут быть расположены на любом числе оборотов насоса.
На фиг. 4, есть различие между самой левой стороной регулировочной характеристики 400 (нижними числами оборотов насоса) и правой стороной регулировочной характеристики 400 (верхними числами оборотов насоса). Приблизительно слева от числа 435 оборотов, которое может иметь значение 1000 оборотов в минуту, коэффициент полезного действия насоса резко возрастает. Справа от числа 435 оборотов, коэффициенты полезного действия, ассоциативно связанные с кривыми 401-411, остаются примерно постоянными и всего лишь слегка меняются по сравнению с коэффициентами полезного действия слева от числа 435 оборотов. Этот признак позже будет описан подробнее.
Как видно по регулировочной характеристике 400, идентификация источника более низких коэффициентов полезного действия насоса может быть полезна при починке проблем с насосом DI и/или настройке рабочих параметров насоса, чтобы добиваться лучших общих рабочих характеристик. Хотя регулировочная характеристика 400 может быть полезна для количественного определения характеристик насоса, исчерпывающее построение регулировочной характеристики может не быть способным выполняться на борту транспортного средства во время нормальной работы, поскольку работа насоса может определяться меняющимися требованиями к двигателю. По существу, модель производительности насоса взамен может храниться на борту транспортного средства для использования при количественном определении коэффициента полезного действия насоса и/или идентификации проблем с насосом DI. С моделью производительности насоса, переменные, такие как давление в направляющей-распределителе для топлива и число оборотов насоса, могут вводиться, и модель производительности насоса может выводить коэффициент полезного действия насоса (относительный прокачиваемый объем топлива). Коэффициент полезного действия насоса может преобразовываться в реальный прокачиваемый объем топлива посредством умножения на рабочий объем поршня насоса. Рабочий объем поршня насоса может быть идеальным прокачиваемым объемом топлива. Таким образом, несмотря на то, что моделированный реальный прокачиваемый объем топлива рассчитывается на борту транспортного средства устройством, таким как контролер 12, измеренный реальный объем топлива, прокачиваемый из насоса DI, может измеряться датчиком. В заключение, моделированный реальный прокачиваемый объем топлива и измеренный реальный прокачиваемый объем топлива могут сравниваться. Из сравнения, если есть большое расхождение между двумя значениями, то проблема может существовать в насосе DI.
Рабочие характеристики насоса DI могут быть полезны для идентификации возможных источников неэффективностей и/или проблем насоса, и такие проблемы могут исправляться для повышения коэффициента полезного действия насоса и предоставления возможности лучших общих рабочих характеристик транспортного средства. Что касается одной из примерных проблем, излишнее топливо может теряться из насоса DI в дополнение к нормальной утечке области контакта цилиндра насоса, как упомянуто ранее. Эта излишняя потеря топлива может быть по меньшей мере частично вызвана износом между поршнем и цилиндром (стенкой 350 цилиндра). По мере того как износ, или абразивное изнашивание и/или удаление материала, происходит между поршнем и цилиндром, зазор между этими двумя может увеличиваться, что может побуждать большее топлива, чем нормальное количество, вытекать из камеры 308 сжатия и поступать в ступенчатое пространство 318 или на заднюю сторону насоса. Излишняя потеря топлива, то есть, объем топлива, который выгоняется за область контакта поршня-цилиндра в дополнение к нормальной утечке, в дальнейшем указывается ссылкой как аномальная утечка области контакта поршня-цилиндра (аномальная утечка). Аномальная утечка области контакта поршня-цилиндра может быть более высокой, чем вышеупомянутая пороговая величина утечки.
Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали, что другие способы диагностики для определения, когда происходит аномальная утечка, могут иметь плохие отношения сигнал/шум, что может приводить к неточным результатам. Более того, другие способы диагностики могут быть основаны на моделях производительности насоса, которые могут не отражать точно подлинную сущность (регулировочную характеристику насоса). В дополнение, модели могут не быть калиброванными в достаточной мере касательно различных условий насоса, таких как ожидаемое ухудшение характеристик, обусловленное длительным использованием насоса, которое также может указываться ссылкой как старение насоса. По существу, изобретатели в материалах настоящей заявки предложили способ выявления износа цилиндра насоса DI, или диагностическую функцию, которые могут давать результаты, которые могут использоваться для идентификации аномальной утечки области контакта поршня-цилиндра (вызванной износом цилиндра), которая позже может быть починена. Предложенный способ выявления базируется на основанной на физике модели производительности насоса, которая включает в себя ряд факторов и показана, чтобы ближе соответствовать подлинной сущности регулировочной характеристики насоса, как подробнее описано ниже.
Модель производительности насоса может включать в себя любое количество переменных и/или постоянных, которые могут управляться, чтобы лучше отражать истинную сущность того, как работает насос DI. В качестве одного из примеров, изобретатели в материалах настоящей заявки предложили модель насоса, которая включает в себя два физических явления наряду с дополнительной постоянной, которые могут вносить вклад в прокачивание меньшего количества топлива, чем идеальное количество. Одним из физических явлений может быть потерянный прокачиваемый объем, обусловленный модулем объемной упругости топлива и размером свободного неиспользуемого объема 378 камеры сжатия, который также может указываться ссылкой как недействующий объем насоса. Модуль объемной упругости топлива является мерой сопротивления топлива всестороннему сжатию, которая также может предполагаться в качестве меры сжимаемости топлива. По мере того, как размер свободного неиспользуемого объема 378 изменяется наряду с модулем объемной упругости топлива, количество топлива, выталкиваемого в направляющую-распределитель для топлива, может подвергаться соответствующему влиянию. В некоторых топливных системах, по мере того, как свободный неиспользуемый объем 378 возрастает, эффективность (коэффициент полезного действия) насоса HP может убывать. В частности, первое физическое явление (свободный неиспользуемый объем и модуль объемной упругости) может давать в результате потерю массы топлива в качестве функции FRP.
Вторым физическим явлением может быть потерянный прокачиваемый объем, обусловленный нормальной скоростью утечки через область контакта поршня-цилиндра, описанной ранее и указываемой ссылкой как нормальная утечка области контакта поршня-цилиндра. Вновь, эта нормальная утечка может быть необходимой, чтобы обеспечивать смазывание насоса. Скорость утечки, то есть, насколько быстро топливо выгоняется через область контакта поршня-цилиндра, может зависеть от давления в камере 308 сжатия, а также насколько долго повышенное давление поддерживается в камере сжатия, известное как время под давлением. Время под давлением может по меньшей мере частично зависеть от установки момента запитывания током входного запорного клапана 312 с соленоидным приводом. В частности, второе физическое явление (нормальная утечка топлива) может давать в результате потерю массы топлива в качестве функции как FRP, так и времени, имеющегося в распоряжении для утечки, которое может быть представлено в качестве обратной величины числа оборотов двигателя, или 1/RPM. В заключение, дополнительная постоянная может быть прочими причинами, которые могут включать в себя дополнительные источники потерянного прокачиваемого объема, такие как вытесненный объем во время закрывания входного запорного клапана у соленоидного клапана 312 и/или закрывания запорных клапанов на выходе топливного насоса DI. Потеря топлива, обусловленная смещением запорного клапана, также может указываться ссылкой как потеря топлива, обусловленная зоной охвата запорного клапана. Прочие причины могут быть постоянным значением, независимым от переменных, таких как число оборотов двигателя и FRP.
С факторами, которые вносят вклад в модель производительности насоса (двумя физическими явлениями и постоянной), уравнение может быть определено на основании трех значений, каждое из которых ассоциативно связано с тремя факторами. Числовые значения, представленные ниже, основаны на повторных оценке и сравнении между моделью производительности насоса и отображенным регулировочной характеристики насосом DI. Понятно, что значения, представленные ниже, могут быть иными, тем временем, иллюстрируя ту же самую общую концепцию этой основанной на физике модели производительности насоса.
Что касается нижеприведенных уравнений, FRP = давление в направляющей-распределителе для топлива (МПа), N = число оборотов двигателя (RPM), DC = относительная длительность включения или установка момента запитывания током входного запорного клапана с соленоидным приводом, и D = рабочий объем насоса (кубических сантиметров). Первое значение, FV1 = относительный потерянный объем 1, количественно определяет прочие причины и может быть постоянным значением, таким как 0,02.
Второе значение, FV2 = относительный потерянный объем 2, количественно определяет модуль объемной упругости топлива и размер свободного неиспользуемого объема, и является функцией давления в направляющей-распределителе для топлива. Это значение может быть переписано как FV2 = 0,0045*FRP.
Третье значение, FV3 = относительный потерянный объем 3, количественно определяет нормальную утечку области контакта поршень-цилиндр и является функцией числа оборотов двигателя, давления в направляющей-распределителе для топлива и относительной длительности включения. Это значение может быть переписано как 5*N/(FRP*DC). В других вариантах осуществления, FV3 может быть зависящим только от числа оборотов двигателя и FRP, тем временем, исключая зависимость от относительной длительности включения насоса.
Далее, такие три значения были определены количественно, каждое учитывает факторы, как описанные ранее, полный потерянный относительный объем жидкого топлива может быть представлен в качестве: FV_T = полный потерянный относительный объем = FV1+ FV2 + FV3. Наоборот, относительная величина прокачиваемого объема жидкого топлива может быть представлена в качестве: PV = относительный прокачиваемый объем = 1–FV_T. Для преобразования между полным относительным прокачиваемым объемом и объемом, прокачиваемым за ход поршня, может использоваться следующее уравнение: VP = объем, прокачиваемый за ход = D*PV = целевая скорость нагнетания. Целевая скорость нагнетания является объемом топлива, прокачиваемого через насос DI, на основании модели производительности насоса, где присутствует нормальная утечка области контакта поршень-цилиндр. Как описано позже, целевая скорость нагнетания может сравниваться с другими значениями, чтобы определять, может или нет присутствовать аномальная утечка области контакта поршень-цилиндр. Подводя итог вышесказанному, в этом примере, модель производительности насоса может рассчитываться на основании потери топлива, обусловленной модулем объемной упругости топлива и недействующим объемом камеры сжатия насоса, нормальной утечкой через область контакта поршень-цилиндр и прочими причинами.
Отметим, что три постоянных применяются в уравнении полного потерянного относительного объема (FV_T), где три постоянные имеют значения 0,02, 0,0045 и 5, каждая ассоциативно связана с одним из трех значений FV1, FV2 и FV3 соответственно. Как является установленной практикой у других моделей, которые пытаются воспроизводить данные, полученные из испытаний, три постоянных могут изменяться, чтобы лучше подгонять кривые отображенного регулировочной характеристикой насоса, такие как показанные на фиг. 4. Значения, приведенные здесь для трех постоянных, могут изменяться в зависимости от конкретных систем насоса, топливной системы и системы двигателя.
Отмечено, что вышеприведенная модель производительности насоса, основанная на двух физических явлениях и прочих причинах, может быть одной из многочисленных возможных моделей производительности насоса. В еще одной возможной модели, другие постоянные могут быть ассоциативно связаны с двумя физическими явлениями и прочими причинами, иные чем значения 0,02, 0,0045 и 5. Более того, физические явления могут быть найдены зависящими от дополнительных переменных, таких как температура или состав топлива. В еще одном примере, третьим физическим явлением может быть потерянный прокачиваемый объем топлива, обусловленный ограничениями потока топлива через насос DI и присоединенную направляющую-распределитель для топлива. На высоких интенсивностях потока, значительная потеря вытеснения топлива может происходить в результате ограничений, присутствующих в насосе и присоединенных компонентах топливной системы. Третье физическое явление (ограничение) может давать в результате потерянную массу топлива в качестве функции квадрата интенсивности потока топлива и прокачиваемой массы топлива. Третье физическое явление может быть учтено в вышеприведенном уравнении FV_T и определено количественно в качестве относительного потерянного объема 4, или FV4. Расширяя эту концепцию, может быть видно, что дополнительные физические явления могут быть учтены, когда обнаруживаются другие причины потери топлива. Например, другие физическими явлениями могут быть температура и возвышение.
Таким образом, дополнительные модели производительности насоса могут быть реализованы способом для выявления аномальной утечки топлива поверхности контакта поршень-цилиндр (как описано позже), не выходя из объема настоящего раскрытия. Вышеприведенная модель производительности насоса, включающая в себя FV1, FV2 и FV3, является одним из многих возможных моделей производительности насоса. Хотя отдельные модели насоса могут включать в себя разные физические явления и другие параметры, они могут совместно использовать общую цель попытки близко соответствовать подлинной сущности работы насоса DI, количественно определенной регулировочной характеристикой насоса DI. Как подробнее пояснено ниже, точные модели производительности насоса могут использоваться для сравнения ожидаемой работы насоса с реальной работой насоса, для того чтобы выявлять неисправности, такие как аномальная протечка топлива области контакта поршень-цилиндр.
Фиг. 5A показывает модель 500 производительности насоса в графической форме. На фиг. 5A, числа заданы переменным уравнения относительного прокачиваемого объема (PV=1–FV_T) для формирования кривых 501-509. Фиг. 5A совместно использует многие признаки, подобные показанным на фиг. 4. Каждая отдельная кривая 501-509 может соответствовать постоянному давлению в направляющей-распределителе для топлива. Например, кривая 509 может соответствовать давлению в направляющей-распределителе для топлива в 0 МПа наряду с тем, что кривая 501 может соответствовать давлению в направляющей-распределителе для топлива в 16 МПа. Каждая измерительная точка по фиг. 5A лежит вдоль вертикальной линии чисел 515, 525, 535, 545, 555, 565 и 575 оборотов насоса. Например, число 515 оборотов может иметь значение 250 оборотов в минуту наряду с тем, что число 545 оборотов может иметь значение 1500 оборотов в минуту, а число 575 оборотов может иметь значение 3000 оборотов в минуту. Здесь отмечено, что в этом случае, число оборотов двигателя в два раза больше данного числа оборотов насоса. Например, число 535 оборотов насоса может иметь значение 1000 оборотов в минуту наряду с тем, что соответствующее число оборотов двигателя может иметь значение 2000 оборотов в минуту. Более того, что касается каждой кривой, показанной на графике модели 500 производительности насоса, входной запорный клапан 312 с соленоидным приводом может закрываться (запитываться током) синхронно с началом хода сжатия поршня 306 насоса, что также известно в качестве относительной длительности включения 100% таким же образом, как описано наряду с выполнением измерений для регулировочной характеристики насоса. По существу, численно, относительная длительность включения (DC) равна 1 в уравнении относительного прокачиваемого объема. Таким образом, сравнение может выполняться между регулировочной характеристикой 400 насоса по фиг. 4 и графиком модели 500 производительности насоса по фиг. 5A.
Такое же поведение, как описанное со ссылкой на фиг. 4, отображено на фиг. 5A, при этом, самая левая сторона графиков демонстрирует более низкие коэффициенты полезного действия (или относительные прокачиваемые объемы), чем правая сторона графиков. Физически, это наводит на мысль, что насос HP может работать с более низкими коэффициентами полезного действия на более низких числах оборотов. Более того, это наводит на мысль, что насос HP может поддерживать наилучшие рабочие характеристики, когда он работает на более высоких числах оборотов наряду с подачей более низких давлений в направляющую-распределитель для топлива (верхний правый угол графиков 400 и 500). Дополнительно, общие формы кривых 401-411 и 501-509 являются подобными. Подобие между кривыми по фиг. 4 и 5 может служить доказательством, что вышеупомянутая основанная на физике модель 500 производительности насоса, которая учитывает два физических явления и дополнительную постоянную, является точным представлением реального поведения насоса DI в качестве количественно определенного регулировочной характеристикой 400. Понятно, что сравнение между моделью и регулировочной характеристикой может быть применимым, только когда оба способа (400 и 500) для определения коэффициента полезного действия насоса обращены на один и тот же насос непосредственного впрыска с установленными техническими условиями свободным неиспользуемым объемом и рабочим объемом. Более того, прямое сравнение между регулировочной характеристикой 400 и моделью 500 может быть уместным, только когда оба способа используют запорный клапан с соленоидным приводом, запитываемый током синхронно с началом хода сжатия, или относительной длительностью включения 100%.
Отмечено, что регулировочная характеристика 400 насоса по фиг. 4 и модель 500 производительности насоса по фиг. 5A могут быть нанесены графически слегка иным образом, чем графики, показанные на фиг. 4 и 5. С обращением к фиг. 5B, показано альтернативное графическое нанесение графика 550. Понятно, что график 550 может быть регулировочной характеристикой насоса HP или графическим представлением модели производительности насоса. Вертикальная ось по фиг. 5B имеет значение относительного прокачиваемого объема, такое же, как вертикальная ось по фиг. 5A. В других примерах, вертикальная ось также может быть помечена в качестве коэффициента полезного действия насоса, который эквивалентен относительному прокачиваемому объему, как пояснено ранее. Горизонтальная ось, вместо того, чтобы иметь значение числа оборотов насоса, измеряемого в RPM, является обратной величиной числа оборотов насоса с единицами измерения 1/RPM. Каждая отдельная линия 581-587 графика 550 может соответствовать постоянному давлению в направляющей-распределителе для топлива. Например, линия 587 может соответствовать давлению в направляющей-распределителе для топлива в 2 МПа наряду с тем, что линия 581 может соответствовать давлению в направляющей-распределителе для топлива в 14 МПа. Последовательность обратных величин чисел оборотов насоса лежит вдоль горизонтальной оси, в том числе, обратные величины 590, 591, 592, 593, 594, 595, 596 и 597 чисел оборотов. Например, обратная величина 590 числа оборотов может иметь значение 6000 1/RPM наряду с тем, что обратная величина 593 числа оборотов может иметь значение 600 1/RPM, а обратная величина 597 числа оборотов может иметь значение 200 1/RPM. Более того, что касается линии, показанной на графике 500, входной запорный клапан 312 с соленоидным приводом может закрываться (запитываться током) синхронно с началом хода сжатия поршня 306 насоса, что также известно как относительная длительность включения 100%, таким же образом, как описано со ссылкой на фиг. 4 и 5B. По существу, численно, относительная длительность включения (DC) равна 1 в уравнении относительного прокачиваемого объема. Отметим, что линии 581-587 линейны, тогда как кривые 401-411 по фиг. 4 и 501-509 по фиг. 5A нелинейны. Более того, если бы данные числа оборотов насоса каждой измерительной точки кривых 401-411 и 501-509 были использованы для построения графика обратной функции, чтобы отражать единицы 1/RPM, и нанесены на график с горизонтальной осью 1/RPM, то кривые 401-411 и 501-509 по существу могут быть прямыми линиями, подобными линиям 581-587. Таким образом, линейность линий 501-509 может давать более простое представление регулировочной характеристики насоса или модели производительности насоса в дополнение к предоставлению характеристик, относящихся к физике насосов HP.
С пониманием вышеупомянутой основанной на физике модели производительности насоса, далее описан предложенный способ выявления износа цилиндра насоса DI. Как упомянуто ранее, полезность модели производительности насоса состоит в том, что она может храниться в контроллере, таком как контроллер 12, на борту транспортного средства для использования во время нормальной работы насоса. В равнозначном смысле, основанная на физике модель производительности насоса может использоваться во время нормальной работы двигателя.
По существу, изобретатели в материалах настоящей заявки предложили способ выявления износа цилиндра насоса DI, или диагностическую функцию, которые могут давать результаты, которые могут использоваться для идентификации аномальной утечки области контакта поршня-цилиндра (вызванной износом цилиндра), которая позже может быть починена. Первый этап при диагностировании, присутствует ли аномальная протечка области контакта поршень-цилиндр, может состоять в том, чтобы анализировать рабочие характеристики насоса во время одной или более предопределенных ситуаций. Предопределенные ситуации могут включать в себя ручную команду оператора, такую как от специалиста по обслуживанию, определенное количество раз на всем протяжении периода времени, или каждый раз, когда удовлетворено состояние двигателя. Затем, последовательность измерений может регистрироваться одним или более датчиков на транспортном средстве для формирования последовательности данных. Затем, такая последовательность данных может сравниваться с основанной на физике модели производительности насоса. Если выявлено расхождение выше порогового значения, то может выдаваться ошибка, которая диагностирует область контакта поршень-цилиндр в качестве дающей аномальную утечку, а потому, износ произошел между поршнем и стенкой цилиндра насоса DI. С выданной ошибкой, сохраненной в транспортном средстве, специалист по обслуживанию и/или водитель транспортного средства может осведомляться об аномальной утечке, и может предприниматься восстановительное действие, такое как замена компонентов насоса.
Основанная на физике модель производительности насоса может формироваться во время фазы калибровки, которая может происходить во время испытания насоса высокого давления перед установкой его на транспортном средстве. Модель, в таком случае, может быть запрограммирована позже в память контроллера транспортного средства. Фаза калибровки могла бы происходить во время стадии опытно-конструкторских работ системы транспортного средства, на которой различные компоненты испытываются в качестве потенциальных кандидатов на установку в заключительном транспортном средстве. Как только насос высокого давления расположен внутри транспортного средства, и транспортное средство управляется водителем (потребителем), затем, способ выявления износа цилиндра насоса может инициироваться согласно предопределенным ситуациям. Во время выполнения способа выявления износа цилиндра, модель производительности насоса может иметься в распоряжении для формирования данных прокачивания насосом.
Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа для примерного способа 600 выявления износа цилиндра насоса DI. Способ 600 выявления может выполняться на борту транспортного средства. Прежде всего, на 601, может определяться некоторое количество условий эксплуатации. Таковые, например, включают в себя число оборотов двигателя, условия окружающего воздуха, состав и температуру топлива, выбор одного или более начальных условий, выбор порогового давления в направляющей-распределителе для топлива, как пояснено ниже, потребность в топливе двигателя, температуру двигателя, и т.д. По определению условий, может выбираться специфичная основанная на физике модель производительности, такая как модель 500, как описано ранее. На 602, на основании условий эксплуатации двигателя и выбранной модели производительности насоса, может определяться, были ли удовлетворены начальные условия. Начальные условия, например, могут включать в себя прием входного сигнала, указывающего команду запуска от человека, такого как специалист по обслуживанию, во время технического обслуживания и текущего ремонта транспортного средства, прием команды автоматического запуска контроллером двигателя или выдачу команды запуска каждый раз, когда двигатель входит в состояние холостого хода, или другие подобные условия. Если начальные условия по 602 не удовлетворены, то последовательность операций заканчивается, и может возобновляться работа двигателя без выполнения диагностики утечки цилиндра насоса. Наоборот, если подтверждены любое или все из начальных условий, то, на 603, процедура диагностики выявления утечки может продолжаться, а двигатель приводиться на число оборотов холостого хода. На всем протяжении каждого последующего этапа после 603, двигатель остается на числе оборотов холостого хода и, если двигатель проявляет число оборотов за пределами числа оборотов холостого хода, то способ 600 может завершаться.
Затем, на 604, наряду с тем, что поддерживается число оборотов двигателя холостого хода, давление повышается в направляющей-распределителе непосредственного впрыска топлива двигателя до порогового давления в направляющей-распределителе для топлива. Пороговым давлением в направляющей-распределителе для топлива может быть FRP, при котором насос DI наиболее восприимчив к аномальной протечке. Например, более высокое значение для порогового FRP может создавать больший перепад давлений между верхней частью и нижней частью насоса DI, тем самым, выгоняя большее количество топлива через область контакта поршень-цилиндр. По достижению порогового давления в направляющей-распределителе для топлива, на 605, целевая скорость нагнетания насоса HP может вычисляться на основании модели производительности насоса. На этом этапе, описанная ранее основанная на физике модель производительности насоса может использоваться с уравнением для полного потерянного относительного объема (FV_T). Несколько переменных могут быть вставлены в уравнение полного потерянного относительного объема, в том числе, но не в качестве ограничения, число оборотов двигателя, давление в направляющей-распределителе для топлива и относительную длительность включения насоса. Эти значения могут измеряться одним или более датчиков двигателя. Из уравнения потерянного объема (FV_T), может рассчитываться целевая скорость нагнетания. Целевая скорость нагнетания представляет объем топлива, который ожидается, что должен прокачиваться насосом DI, на основании модели производительности насоса, в том числе, нормальной утечки области контакта поршень-цилиндр. Модель производительности насоса может храниться в и рассчитываться контроллером с машинно-читаемыми командами, хранимыми в постоянной памяти, таким как контроллер 12, и контроллер может быть расположен на борту транспортного средства с двигателем, таком ка двигатель 10.
Затем, на 606, может оцениваться или вычисляться скорость впрыска топлива, где скорость впрыска топлива является количеством топлива, впрыскиваемым в цилиндры двигателя. Вновь, один или более датчиков двигателя могут измерять параметры, необходимые для вычисления скорости впрыска топлива. На 607, может выполняться сравнение между целевой скоростью нагнетания и оцененной скоростью впрыска топлива. Для повтора, целевая скорость нагнетания может рассматриваться в качестве ожидаемого объема топлива, прокачиваемого насосом DI, тогда как, скорость впрыска топлива может рассматриваться в качестве реального объема впрыснутого топлива, который прямо соответствует реальному объему топлива, прокачиваемого насосом DI, поскольку насос DI присоединен по текучей среде к направляющей-распределителю для топлива (и топливным форсункам), как видно на фиг. 3. К тому же, может быть определено допустимое отклонение, которое включает в себя значение погрешности, которое может быть основано на степени точности модели производительности насоса. В качестве примера, если модель производительности насоса не соответствует отображенному регулировочной характеристикой насосу, то может быть назначено больше допустимое отклонение, чем если бы модель производительности была близко соответствующей отображенному регулировочной характеристикой насосу. Значение погрешности может уменьшать частоту возникновения ошибочных результатов утечки области контакта цилиндра насоса.
По завершению сравнения, может выдаваться результат утечки области контакта поршня-цилиндра, который основан на сравнении между ожидаемым объемом топлива, прокачиваемого насосом DI, (на основании модели) и реальным оцененным объемом топлива, прокачиваемого насосом DI. Если сравнение на этапе 607 определяет, что целевая скорость нагнетания находится выше, чем скорость впрыска топлива на больше, чем допустимое отклонение, определяется ухудшение характеристик насоса. В частности, утечка области контакта поршня-цилиндра диагностируется в качестве аномальной на этапе 608. Другими словами, поскольку скорость впрыска цилиндра находится ниже, чем целевая скорость нагнетания, на больше, чем допустимое отклонение, то большее количество топлива, чем ожидается, может быть вытекающим из камеры сжатия, означая аномальную утечку области контакта поршень-цилиндр, вызванную износом цилиндра. Здесь, в ответ на целевую скорость нагнетания, являющуюся большей, чем скорость впрыска топлива на больше, чем допустимое отклонение, может определяться, что большее, чем пороговое, количество топлива утекает из камеры сжатия насоса в ступенчатое пространство насоса. Наоборот, если сравнение на этапе 607 определяет, что целевая скорость нагнетания является равной или меньшей, чем скорость впрыска топлива плюс допустимое отклонение, то результат утечки области контакта поршень-цилиндр является нормальным на этапе 609. Другими словами, поскольку скорость впрыска топлива близка к (как определяется допустимым отклонением) или находится выше, чем целевая скорость впрыска, то нормальное количество топлива может быть вытекающим из камеры сжатия, означая нормальную утечку области контакта поршень-цилиндр и отсутствие чрезмерного износа цилиндра. Более того, величина протечки топлива, соответствующая нормальному результату утечки области контакта поршень-цилиндр, может смазывать топливный насос высокого давления. Здесь, в ответ на целевую скорость нагнетания, являющуюся меньшей, чем скорость впрыска топлива плюс допустимое отклонение, может определяться, что меньшее, чем пороговое, количество топлива утекает из камеры сжатия в ступенчатое пространство насоса DI.
Отмечено, что этапы 604-607 и 608 или 609 могут быть завершены только во время числа оборотов холостого хода двигателя, как установлено на этапе 603. Например, если число оборотов холостого хода присутствовало во время вычисления целевой скорости нагнетания на этапе 605, но, когда вычисляется скорость впрыска топлива (по данным, собранным датчиками двигателя) на этапе 606, если число оборотов двигателя повысилось бы за пределы диапазона числа оборотов холостого хода, то способ 600 был бы прерван и никакие последующие этапы не выполнялись бы. Более того, результат утечки не был бы выдан в этой ситуации. Способ 600 выявления износа цилиндра может полностью завершаться только во время числа оборотов холостого хода двигателя. Если число оборотов холостого хода двигателя не присутствует во время или между этапами 604-607 и 608 или 609, то способ 600 выявления прекращается. В альтернативных вариантах осуществления, этап 603 может включать в себя приведение двигателя в иное рабочее состояние, чем холостой ход. Например, способ 600 выявления также может выполняться, когда двигатель медленно проворачивает коленчатый вал на 603, а впоследствии на этапах 604-608 или 604-609. В других примерах, последовательность запуска двигателя может может даваться командой на 603. В зависимости от конкретных топливной системы и системы двигателя, разные условия эксплуатации двигателя могут даваться командой на 603 для повышения чувствительности к аномальной утечке области контакта поршень-цилиндр, для того чтобы выдавать правильный результат, как определено на 607.
В случае, где выдан результат аномальной утечки области контакта поршень-цилиндр, водитель или механик могут осведомляться об аномальной утечке, и может предприниматься действие для починки аномальной утечки. Например, в ответ на определение большей, чем пороговая, величины утечки топлива из цилиндра, может устанавливаться диагностический код, и/или может устанавливаться световой сигнал неисправности. Процедуры починки могут включать в себя замену компонентов насоса DI и настройку рабочих команд насоса высокого давления для настройки его насосных характеристик. Таким образом, способ 600 выявления износа цилиндра дает возможному присутствию аномальной утечки возможность периодически оцениваться, и, если выявлен износ, утечка может подвергаться принятию ответных мер своевременным образом.
В некоторых вариантах осуществления, способ 600 может выполняться одновременно с другой диагностикой топливной системы. Например, способ 600 может быть инициирован диагностикой топливных форсунок, которая также может использовать повышенное давление в направляющей-распределителе для топлива и предсказание потока топлива или скорости впрыска топлива. В то время как диагностика топливных форсунок может определять, работают ли топливные форсунки, такие как форсунки 242 и 252, без изъяна, способ 600 выявления износа цилиндра насоса может определять, нормальное или аномальное количество топлива является протекающим через область контакта цилиндра насоса, сравнивая скорость нагнетания модели производительности насоса и реальную измеренную скорость впрыска топлива. Более того, на этапе 606, способ может включать в себя сбор данных из диагностики топливных форсунок, для того чтобы рассчитывать скорость впрыска топлива. Во время способа 600, насос HP может эксплуатироваться на более низком числе оборотов, что определяется состоянием холостого хода двигателя. В качестве альтернативы, во время нормальной работы насоса HP, более высокие числа оборотов могут даваться командой водителем транспортного средства, что может отсрочивать выполнение способа 600.
Таким образом, предусмотрен способ выявления износа цилиндра может достоверно определять наличие утечки области контакта поршня-цилиндра некоторым количеством средств. Прежде всего, предложенный способ выявления износа цилиндра основан на модели производительности насоса (фиг. 5A), которая была показана, чтобы продемонстрировать поведение, которое подобно реальным данным отображенного регулировочной характеристикой насоса (фиг. 4). Поэтому, модель производительности насоса может использоваться для вывода целевых скоростей нагнетания, которые могут точно соответствовать реальным значениям, которые ожидаются от насоса HP. Более того, в зависимости от исходного состояния, способ выявления цилиндра может выполняться во время многообразия ситуаций, которые благоприятны для эксплуатации транспортного средства. Например, проведение способа во время каждого холостого хода двигателя предоставляет наличию утечки области контакта поршень-цилиндр возможность выявляться, тем временем, не нарушая интрузивно рабочие характеристики двигателя, поскольку двигатель работает на холостом ходу. К тому же, поскольку способ может выполняться во время многообразия ситуаций, утечка топлива и камеры сжатия насоса может выявляться своевременным образом. К тому же, способ может использовать меньшее количество компонентов, не понижая точность способа выявления износа цилиндра.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящей заявки, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машинно-читаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Будет принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.
Реферат
Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предусмотрены способы для выявления износа между поршнем и цилиндром насоса высокого давления (ТНВД), в результате возникновения которого излишнее количество топлива может протекать из камеры сжатия насоса. Предложенные способы основаны на сравнении целевой скорости нагнетания ТНВД, определяемой на основании модели производительности ТНВД, запрограммированной в электронном блоке управления и учитывающей ряд физических явлений и контрольные данные испытаний реального ТНВД, с реальной скоростью впрыска топлива форсункой, для того чтобы определять, превышает ли количество топлива, протекающего в зазор между поршнем и цилиндром ТНВД, предопределенную величину. Технический результат – повышение точности и достоверности выявления аномальной утечки в ТНВД без использования дополнительных устройств при работе двигателя и возможность улучшения характеристик работы ТНВД. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
