Способ и система контроля потребления топлива

Изобретение относится к области регулирования двигателей с рециркуляцией выхлопных газов (EGR). Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя на переходных режимах. Сущность изобретения заключается в том, что при устранении детонации в двигателе регулируют момент зажигания и прямого впрыска жидкости на основании рабочих режимов двигателя и состава впрыскиваемой жидкости. Один или несколько параметров двигателя, например количество EGR, изменяемые фазы газораспределения, наддув, угол поворота дроссельной заслонки, согласовывают с прямым впрыском для уменьшения крутящего момента на переходных режимах. На основании показателей потока EGR меняют значение нагрузки на двигатель, при котором в двигатель впрыскивают воду. При этом воду впрыскивают при различной нагрузке двигателя в зависимости от текущей ситуации с EGR и регулируют количество прямо впрыскиваемой воды в цилиндр двигателя в соответствии с потоком EGR, исходя из требуемого уровня разбавления (обеднения) смеси в цилиндре. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к методам и системам контроля использования различных видов топлива в двигателе внутреннего сгорания.

Уровень техники

Для компенсации растущих цен на стандартные виды топлива и снижения выхлопных выбросов были разработаны альтернативные виды топлива. Например, спиртовое и спиртосодержащее топливо признано приемлемым альтернативным топливом, в особенности для применения в автомобильных системах. Различные системы двигателей могут работать на спиртовом топливе, используя различные моторные и инжекционные технологии. Кроме того, для осуществления контроля таких двигателей, использующих спиртовое топливо, возможно применение различных подходов для использования эффекта охлаждения воздушного заряда высокооктанового спиртового топлива, в частности для влияния на детонацию в двигателе. Например, способы контролирования работы двигателя могут включать в себя регулирование наддува или момента зажигания в зависимости от спиртового топлива и других различных условий работы двигателя.

Двигатели могут быть оснащены системой рециркуляции выхлопных газов (EGR) для перенаправления по меньшей мере некоторого количества выхлопных газов, поступающих из выхлопа двигателя к входному отверстию двигателя. Например, для регулирования количества выхлопных газов, рециркулируемых к впускному отверстию двигателя, может быть задействован клапан системы рециркуляции выхлопных газов. При обеспечении необходимого обеднения смеси в двигателе такие системы EGR помогают улучшить рабочие характеристики двигателя за счет уменьшения детонации, потерь при дросселировании, потерь теплопроводности, а также выбросов NOx.

Однако авторы настоящего изобретения установили, что можно вызвать переходный режим EGR во время определенного режима работы двигателя при возникновении внезапного увеличения или уменьшения желаемого количества рециркуляции выхлопных газов. Управление переходным режимом EGR является трудным из-за задержки между временем срабатывания клапана EGR и соответствующим изменением в обеднении смеси в цилиндре двигателя. Например, в ответ на внезапное увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах с легкой до средней, можно отрегулировать клапан EGR на увеличение применяемого количества EGR. Однако до тех пор, пока газы EGR не соединятся с воздухом на впуске по всему впускному коллектору, а количество рециркулируемых выхлопных газов в цилиндрах двигателя не достигнет нового требуемого значения, эффективность двигателя может быть снижена. Аналогично, в ответ на внезапное уменьшение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах с легкой до средней, можно отрегулировать клапан EGR на уменьшение применяемого количества EGR. Однако, до тех пор, пока количество EGR, предварительно смешанного с воздухом во впускном коллекторе, расходуется цилиндрами двигателя, фактический уровень EGR в цилиндрах будет выше требуемого, а стабильность горения и эффективность двигателя могут быть снижены.

Раскрытие изобретения

В одном из вариантов настоящего изобретения вышеизложенные проблемы можно, по меньшей мере частично, решить способом управления двигателем, содержащим систему EGR. В одном из вариантов настоящего изобретения способ предусматривает во время увеличения потока EGR от первого количества к большему второму количеству более быстрое увеличение количества впрыска воды до первого количества впрыска воды, и затем более медленное уменьшение количества впрыска воды до второго количества, меньшего, чем первое количество. В другом варианте способ предусматривает регулирование нагрузки двигателя, при котором воду непосредственно впрыскивают в цилиндр двигателя, на основании потока EGR.

В одном примере двигатель может быть снабжен турбокомпрессором для обеспечения нагнетания воздуха, а также каналом для рециркуляции выхлопных газов для отведения по меньшей мере некоторого количества выхлопных газов, поступающих от выхлопа двигателя к впускному отверстию двигателя. В одном примере настоящего изобретения канал EGR может быть выполнен с возможностью обеспечения низкого давления (LP) EGR, в котором выхлопные газы рециркулируют от выхлопа, расположенного ниже по потоку турбины турбокомпрессора, до впускной системы, расположенной выше по потоку компрессора турбонагнетателя. В альтернативном варианте канал EGR может быть выполнен с возможностью обеспечения высокого давления (HP) EGR, в котором выхлопные газы рециркулируют от выхлопа, расположенного выше по потоку турбины турбокомпрессора до впускной системы компрессора турбонагнетателя. Двигатель может быть снабжен форсункой для непосредственного (прямого) впрыска в цилиндр двигателя жидкости для контроля детонации. В одном из примеров впрыскиваемой жидкостью может быть вода. В альтернативных примерах впрыскиваемой жидкостью может быть топливная смесь спирт-бензин или спиртовое топливо, например этиловый или метиловый спирты или смесь из одного или более из этих топлив с водой. В этом описании для устранения детонации цилиндра, уменьшения выбросов NOx двигателем и/или обеспечения, по меньшей мере, некоторого обеднения смеси в двигателе могут быть использованы специфические октановые эффекты и/или эффекты охлаждения воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, и/или разбавляющие эффекты непосредственно впрыскиваемой жидкости.

В зависимости от условий работы двигателя можно определить необходимое значение обеднения смеси в двигателе. Например, требуемое значение обеднения может базироваться на режимах скорости-нагрузки двигателя, вероятности детонации двигателя, температуре выхлопных газов, температуры устройства контроля выхлопа и др. В связи с этим при некоторых режимах работы двигателя EGR может в значительной степени обеспечить необходимое обеднение смеси в двигателе. Таким образом, исходя из требуемого значения обеднения, можно определить количество EGR, обеспечивающее необходимое обеднение смеси в двигателе.

В ответ на внезапное увеличение или уменьшение требуемого значения обеднения может быть приведен в действие клапан EGR в канале EGR для последующего увеличения или уменьшения применяемого количества EGR. Кроме того, для компенсирования переходных режимов EGR, которые могут возникнуть из-за задержки между активацией клапана EGR и изменением в обеднении смеси в цилиндре двигателя, для практически моментального обеспечения необходимого различия в обеднении смеси в двигателе можно увеличить количество контролирующей детонацию жидкости, например воды, прямо впрыснутой в цилиндр двигателя (например, с первого количества). По этой причине для отображения количества, необходимого для устранения детонации в двигателе при преобладающих режимах работы двигателя, а также для обеспечения обеднения для устранения проблем, связанных с управлением переходным режимом EGR, можно отрегулировать количество прямо впрыскиваемой воды. В настоящем изобретении при прямом впрыске воды в цилиндр двигателя можно добиться практически моментального парообразования впрыскиваемой воды, тем самым обеспечивая более быстрое изменение в обеднении смеси в двигателе по сравнению с активацией клапана EGR.

По мере того, как EGR начинает давать эффект и быстро линейно увеличиваться для обеспечения требуемого обеднения смеси в двигателе, впрыскивание воды можно сократить и быстро линейно уменьшить. Например, после увеличения при впрыскивании воды от первого количества можно постепенно сократить количество впрыскиваемой воды до второго количества. Второе количество может отражать количество воды, необходимое только для устранения детонации в двигателе, как только требуемое количество EGR линейно увеличится. Таким образом, в одном из вариантов второе количество впрыскиваемой воды может быть меньше первого количества.

Для устранения неожиданных переходных режимов, которые могут возникнуть во время быстрого линейного увеличения EGR (например, из-за внезапного увеличения или уменьшения нагрузки на рычаг педали водителем) скорость уменьшения количества впрыскиваемой воды можно отрегулировать на более медленную по сравнению со скоростью увеличения в ответ на наличие переходных режимов EGR. То есть в том случае, когда невозможно получить требуемое количество EGR, скорость впрыскивания воды можно быстро увеличить для моментального обеспечения требуемого обеднения смеси в двигателе. Однако даже после достижения необходимого количества EGR скорость впрыскивания воды можно постепенно уменьшать таким образом, чтобы затем устранить неожиданные переходные режимы EGR.

Для устранения неожиданных переходных режимов, которые могут возникнуть во время быстрого линейного уменьшения EGR, например, из-за внезапного увеличения или уменьшения нагрузки на рычаг педали водителем, можно ограничить количество обеднения смеси с EGR во время установившегося режима работы. Например, при средней нагрузке значение общего требуемого обеднения может быть высоким, но достижение этого обеднения с EGR может оказаться практически невозможным, потому что фактическое значение EGR в цилиндре невозможно быстро уменьшить в случае последующего увеличения или уменьшения нагрузки, которое может привести к внезапному уменьшению требуемого обеднения. При таких условиях общее значение требуемого обеднения можно получить путем объединения EGR и впрыскивания воды. В случае внезапного уменьшения требуемого обеднения его можно достичь путем быстрого прекращения впрыскивания воды в цилиндр.

Соответственно, для решения вопросов, связанных с детонацией в двигателе, количество прямо впрыскиваемой воды можно поддерживать выше нижнего порогового значения и ниже верхнего порогового значения. Таким образом, в одном из примеров, после ввода переходного режима EGR количество прямо впрыскиваемой воды можно уменьшить до нижнего порога. В дальнейшем переходные режимы EGR можно по меньшей мере временно отрегулировать путем замедления изменяемых фаз газораспределения (VCT). В другом варианте после ввода переходного режима EGR количество прямо впрыскиваемой воды можно увеличить до верхнего порога. В дальнейшем переходные режимы EGR можно по меньшей мере временно отрегулировать путем опережения VCT. В альтернативных вариантах могут быть использованы количества усиления, регулировки газа и/или значения опережения электрического зажигания для компенсирования обеднения смеси в двигателе и переходных крутящих моментов.

Следует понимать, что несмотря на то, что описанный пример относится к воде, используемой в качестве прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости, в таких альтернативных вариантах, где прямо впрыскиваемая жидкость для контроля детонации в двигателе представляет собой спиртовую смесь, количество и синхронизацию прямого впрыскивания можно отрегулировать, исходя из типа впрыскиваемой жидкости. В особенности, количество жидкости может базироваться на объединении специфического октанового эффекта, эффекта обеднения и эффекта охлаждения воздуха впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости. Например, когда впрыскиваемая жидкость обладает действием интенсивного обеднения, для компенсирования переходных режимов EGR может быть впрыснуто большее количество жидкости. В другом варианте, когда впрыскиваемая жидкость обладает эффектом незначительного обеднения, но обладает действием интенсивного охлаждения воздуха и/или октановым эффектом, для регулирования детонации в двигателе может быть впрыснуто меньшее количество жидкости, а для компенсирования переходных режимов EGR жидкость может не впрыскиваться.

В одном варианте объединение эффектов может быть выведено, исходя из молярного или объемного состава впрыскиваемой жидкости. Например, когда впрыскиваемая жидкость является смесью, содержащей спиртовое топливо, молярный состав может основываться на объемных долях составного топлива в топливной смеси, а также на их молекулярных весах и плотностях. Таким образом, после увеличения содержания спирта впрыскиваемой жидкости специфический октановый эффект и эффект охлаждения воздуха увеличивается таким образом, что прямо впрыскиваемое количество контролирующей детонацию жидкости уменьшается. Аналогичным образом, после увеличения содержания воды во впрыскиваемой жидкости, эффект обеднения увеличивается таким образом, что прямо впрыскиваемое количество для обеднения может быть увеличено, и может потребоваться меньшее количество VCT и/или обеднение EGR.

Необходимо понимать, что вышеизложенное краткое описание предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с выбором концепций, которые в дальнейшем будут детально описаны. Это описание не предназначено для определения основных или существенных признаков сущности изобретения, объем которого определяется только формулой изобретения, следующей за подробным описанием. Более того, заявленная сущность изобретения не ограничивается исполнениями, устраняющими любые недостатки, упомянутые выше или в какой-либо другой части настоящего описания.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показан пример камеры сгорания двигателя;

на Фиг.2 показан график изменений в потере экономии топлива и в соотношении крутящих моментов с различными запаздываниями зажигания;

на Фиг.3 показан график, который может быть использован для идентификации порогового уровня регулирования, путем сравнения потерь в экономии топлива, возникающих из-за запаздывания зажигания с потерями в экономии топлива, возникающих из-за впрыскивания этанольного топлива;

на Фиг.4 показана схема сравнения потерь, возникающих из-за запаздывания зажигания и потерь, возникающих вследствие впрыскивания этанольного топлива для различных функций издержек.

на Фиг.5A-B показана блок-схема, иллюстрирующая порядок действий, который может быть реализован для регулирования значения запаздывания зажигания и впрыскивания топлива для устранения детонации в двигателе;

на Фиг.6 показана блок-схема для регулирования обеднения смеси в двигателе и скорости горения двигателя, исходя из доступности контролирующей детонацию жидкости;

на Фиг.7 показана схема, которая может быть использована для регулирования порогового уровня для применения запаздывания зажигания и впрыскивания высокооктанового топлива, исходя из режимов скорости-нагрузки двигателя;

на Фиг.8 показана блок-схема, иллюстрирующая порядок действий, который может быть реализован для регулирования порогового уровня для применения запаздывания зажигания и впрыскивания высокооктанового топлива на основании ограничения различных режимов работы двигателя.

на Фиг.9 показана диаграмма, иллюстрирующая пример применения запаздывания зажигания и прямого впрыскивания этанольного топлива для устранения детонации в двигателе в соответствии с изобретением;

на Фиг.10 и 11 показаны диаграммы, иллюстрирующие пример регулирования применения запаздывания зажигания и прямого впрыскивания контролирующей детонацию жидкости на основании количества впрыскиваемого топлива;

на Фиг.12 показана схема, иллюстрирующая пример изменений в прямом впрыскивании воды, реагирующей на переходные режимы EGR;

на Фиг.13 показана диаграмма, иллюстрирующая пример регулировки газа, в ответ на синхронизацию (относительно хода впуска IVC) прямого впрыскивания воды.

Осуществление изобретения

Следующее описание относится к системам и способам по улучшению эффективности использования топлива в двигателях с гибким выбором топлива, как двигатель, изображенный на Фиг.1. В ответ на детонацию двигателя и для ее устранения может быть использована величина запаздывания зажигания и впрыскивание контролирующей детонацию жидкости. В частности, зажигание можно задержать до предварительно определенного значения запаздывания (например, предварительно определенный момент или пороговый уровень), до которого это будет более выгодным (например, более топливно-экономичным) для использования запаздывания зажигания, и за пределами которого будет наиболее выгодным впрыскивать контролирующую детонацию жидкость для устранения детонации. Как показано на Фиг.2-5, исходя из выбираемой водителем функции издержек, контроллер может регулировать использование запаздывания зажигания и прямо впрыскиваемых и/или впрыскиваемых во впускные каналы топлив или контролирующих детонацию жидкостей для устранения детонации. Такое применение может в дальнейшем основываться на объединении специфического октанового содержания, эффекта обеднения или эффекта охлаждения воздуха доступных контролирующих детонацию жидкостей, как, например, выведенное из состава (например, из молярного или объемного) впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости. Как показано на Фиг.7 и 8, при выбранных режимах работы двигателя (режимы скорость-нагрузка) можно определить ограничения двигателя (например, ограничения крутящего момента, температуры и выбросов выхлопных газов), предварительно определенные моменты зажигания (углы опережения зажигания - УОЗ) можно в дальнейшим также отрегулировать соответственно. Как показано на Фиг.9, в ответ на детонацию в двигателе контроллер может использовать запаздывание зажигания вплоть до предварительно определенной установки для устранения детонации, после чего контроллер может использовать впрыскивание жидкости для контроля детонации для устранения детонации в двигателе. Как показано на Фиг.10 и 11, установление равновесия между использованием запаздывания зажигания и впрыскиванием контролирующей детонацию жидкости может также основываться на количестве впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости по сравнению с ограничениями длительности импульсов впрыскивания. Как показано на Фиг.6 и 12, можно выполнить дополнительное регулирование двигателя, исходя из эффекта обеднения впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости, таким образом, чтобы лучше координировать преимущества обеднения смеси в двигателе и преимущества подавления детонации впрыскиваемой жидкостью. Далее, как показано на Фиг.13, можно провести регулировку газа, основываясь на тайминге (регулировке угла опережения зажигания - УОЗ) прямого впрыскивания относительно закрытия впускного клапана для лучшей компенсации переходных режимов крутящего момента. Таким образом, за счет улучшения использования запаздывания зажигания и впрыскивания топлива или контролирующей детонацию жидкости для устранения детонации, контролирующую детонацию жидкость можно использовать более разумно при улучшении характеристик двигателя.

На Фиг.1 изображен пример варианта камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может получать параметры управления от системы управления, включающей в себя контроллер 12, и данные от оператора 130 транспортного средства через устройство 132 ввода данных. В этом примере устройство ввода данных включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования пропорциональных сигналов положения педали (РР). Цилиндр (далее цилиндр также называется «камерой сгорания») 14 двигателя 10 может содержать 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен с по меньшей мере одним движущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный двигатель может соединяться с коленчатым валом 140 через маховое колесо для запуска работы двигателя 10.

Цилиндр 14 может получать впускной воздух через ряд каналов 142, 144 и 146 впускного воздуха. Канал 146 впускного воздуха может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах один или более впускных каналов могут включать в себя такое устройство наддува, как турбокомпрессор или воздушный нагнетатель. Например, на Фиг.1 показан двигатель 10, снабженный турбокомпрессором, включая компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144 и газовой турбиной 176, расположенной вдоль впускного канала 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере, частично приводиться в действие газовой турбиной 176 через вал 180, где устройство наддува представляет собой турбокомпрессор. Однако в других примерах, где двигатель 10 снабжен воздушным нагнетателем, газовую турбину 176 можно по желанию не использовать, где компрессор 174 может приводиться в действие механическим входящим сигналом от мотора или двигателя. Вдоль впускного канала двигателя может быть предусмотрен дроссель 20, содержащий дроссельную заслонку 164, для варьирования интенсивности подачи топлива и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть размещен ниже по потоку компрессора 174, как показано на Фиг.1, или, альтернативно, он может быть установлен выше по потоку компрессора 174.

Выхлопной канал 148 может получать выхлопные газы от других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 10. Датчик 128 выхлопных газов показан соединенным с выхлопным каналом 148 выше по потоку устройства 178 контроля выбросов. Из прочих подходящих датчиков может быть выбран датчик 128 для обеспечения индикации выхлопных газов и соотношения воздух/топливо, например линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), бистабильный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (нагреваемый датчик кислорода), датчик NOx, HC или CO, например. Устройство 178 для контроля выбросов может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), задерживающий фильтр для NOx, различные другие устройства для снижения токсичности выхлопа или их комбинации.

Температура выхлопных газов может быть измерена одним или несколькими температурными датчиками (не показаны на чертежах), расположенными в выхлопном канале 148. Альтернативно, температура выхлопных газов может быть выведена на основании режимов работы двигателя (например, скорость, нагрузка, соотношение воздух-топливо (AFR), запаздывание зажигания и др.). Более того, температуру выхлопных газов можно вычислить с помощью одного или нескольких датчиков 128 выхлопных газов. Следует понимать, что температуру выхлопных газов можно, альтернативно, оценить любым комплексом способов оценки температуры, перечисленных в данном описании.

Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или несколько впускных клапанов и один или несколько выхлопных клапанов. Например, цилиндр 14 показан на чертеже содержащим по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и, по меньшей мере, один выхлопной тарельчатый клапан 146, расположенный в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах настоящего изобретения каждый цилиндр двигателя 10, включающий в себя цилиндр 14, может состоять также, по меньшей мере, из двух впускных тарельчатых клапанов и, по меньшей мере, двух выхлопных тарельчатых клапанов, расположенных в верхней части цилиндра.

Впускным клапаном 150 можно управлять посредством контроллера 12 кулачковым приводом кулачковой приводной системы 151. Аналогично, контроллер 12 может управлять выхлопным клапаном 156 посредством кулачковой приводной системы 153. Каждая из кулачковых приводных систем 151 и 153 может содержать один или несколько кулачков, а также использовать одну или более систем переключения профиля кулачков (CPS), систему управления фазами газораспределения (VCT) и/или систему регулируемой высоты подъема клапана (VVL), которыми может управлять контроллер 12 для изменения работы клапана. Определить работу впускного клапана 150 и выхлопного клапана 156 можно при помощи датчиков положения клапанов (не изображены на чертежах) и/или соответствующих датчиков 155 и 157 положения коленчатого вала. В альтернативных вариантах впускной и/или выхлопной клапаны могут регулироваться срабатыванием электрического вентиля. Например, цилиндр 14 может альтернативно содержать впускной клапан, регулируемый с помощью срабатывания вентиля, и выхлопной клапан, регулируемый при помощи срабатывания кулачковой системы, включая системы CPS и/или VCT. В других вариантах впускной и выхлопной клапаны могут регулироваться общим вентильным приводом или приводной системой, или приводом регулирования клапана или приводной системой. Как подробно показано на Фиг.6 и 12, момент срабатывания кулачка можно регулировать (опережая или замедляя систему VCT) для регулирования обеднения смеси в двигателе в соответствии с потоком EGR и/или прямым впрыскиванием контролирующей детонацию жидкости, тем самым уменьшая переходные режимы EGR и улучшая рабочие характеристики двигателя.

Цилиндр 14 может характеризоваться коэффициентом сжатия, который представляет собой объемное соотношение, когда поршень 138 находится между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой. Обычно коэффициент сжатия составляет от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах при использовании различных видов топлива коэффициент сжатия может быть увеличен. Такое может случиться, например, при применении высокооктанового топлива или топлива с более высокой потенциальной энтальпией парообразования. Коэффициент сжатия также может быть увеличен, если на детонацию двигателя.

В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу зажигания 192 для воспламенения горючей смеси. Система 190 зажигания может обеспечить искру зажигания в камере 14 сгорания посредством свечи зажигания 192 в ответ на сигнал опережения зажигания SA от контроллера 12 после выбора режимов работы. Однако в некоторых вариантах можно не использовать свечи зажигания 192, например, когда двигатель 10 может вызвать горение при помощи автоматического зажигания или впрыскивания топлива, например при использовании некоторых дизельных двигателей.

В некоторых вариантах настоящего изобретения каждый цилиндр 10 может быть снабжен одной или несколькими форсунками для обеспечения подачи контролирующей детонацию жидкости. В некоторых вариантах контролирующая детонацию жидкость может представлять собой топливо, и форсунка представляет собой топливную форсунку. В качестве неограничивающего примера показанный цилиндр 14 содержит одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 14 для непосредственного впрыскивания в него топлива пропорционально длительности импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемое прямое впрыскивание (здесь и далее обозначено DI) топлива в камеру сгорания цилиндра 14. В то время как на Фиг.1 показана форсунка 166, представляющая собой боковую форсунку, но форсунка может также быть расположена над поршнем, как например, рядом с положением свечи зажигания 192. Такое положение может улучшить перемешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе за счет более низкой испаряемости некоторых видов спиртовых топлив. Альтернативно, форсунка может быть расположена сверху и рядом с впускным клапаном, для улучшения дальнейшего перемешивания. Топливо может доставляться к топливной форсунке 166 от топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливные баки, насосы для подачи горючего и топливную магистраль. Альтернативно, топливо может быть доставлено с помощью одноступенчатого топливного насоса при низком давлении, в таком случае регулирование моментов прямого впрыска топлива может быть более ограниченным во время такта сжатия, нежели чем при использовании топливной системы с высоким давлением. Топливные баки также могут иметь датчик давления (не показан), подающий сигнал контроллеру 12. Следует понимать, что в альтернативных вариантах форсунка 166 может представлять собой подающую точечную форсунку, подающую топлива во впускное отверстие выше по потоку цилиндра 14.

Также необходимо понимать, что двигатель может работать за счет впрыскивания различного топлива или смеси контролирующей детонацию жидкости через отдельную прямую форсунку. В альтернативных вариантах двигатель может приводиться в действие использованием двух форсунок (прямая форсунка 166 и точечная форсунка) и варьированием относительного количества впрыска от каждой форсунки.

Топливо может подаваться форсункой к цилиндру в ходе одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива или контролирующей детонацию жидкости, поданной форсункой, может изменяться в зависимости от таких условий эксплуатации, как температура заряда воздуха, как описано ниже. Более того, для единичного события сгорания, может быть выполнено несколько впрысков во время такта сжатия, такта впуска или других подходящих комбинаций.

Как это уже было описано выше, на Фиг.1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Как таковой каждый цилиндр может аналогично содержать собственный комплект впускных/выхлопных клапанов, топливные форсунки, свечу зажигания и др.

Топливные баки топливной системы 8 могут нести топливо или контролирующие детонацию жидкости с различными свойствами, например различным составом. Такие отличия могут включать в себя различное содержание спирта, различное содержание воды, различное октановое число, различную теплоту парообразования, различные топливные смеси, различные содержания воды и/или комбинации вышеперечисленного. В одном примере контролирующие детонацию жидкости с различным содержанием спирта могут содержать один вид топлива, представляющего собой бензин, и другой вид топлива, представляющего собой этанол или метанол. В другом примере для работы двигателя могут быть использованы бензиновое топливо в качестве первого вещества и спиртосодержащая топливная смесь, например Е85 (содержит приблизительно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (содержит приблизительно 85% метанола и 15% бензина), в качестве второго вещества. Другие спиртосодержащие виды топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина и т.д. В другом варианте оба вида топлива могут представлять собой спиртовые смеси, в которых первый вид топлива может представлять собой смесь бензина и спирта с более низкой долей спирта по сравнению со смесью бензина и спирта второго вида топлива с большей долей спирта, например, E10 (содержит приблизительно 10% этанола) в качестве первого вида топлива и Е85 (содержит приблизительно 85% этанола) в качестве второго вида топлива. Кроме того, первый и второй вид топлива могут отличаться друг от друга своими топливными качествами, например, иметь различия в температуре, вязкости, октановом числе, потенциальной энтальпии парообразования и др.

Более того, характеристики топлива или контролирующей детонацию жидкости, хранящихся в топливном баке, могут неоднократно меняться. В одном из вариантов водитель может один день пополнить топливный бак топливом Е85, на следующий день топливом E10, а на следующий - топливом Е50. Ежедневные изменения наполнения бака могут привести к неоднократному изменению химического состава топлива, таким образом, влияя на состав топлива, доставляемого к форсунке 166.

Необходимо понимать, что двигатель может также содержать один или более каналов для рециркуляции выхлопных газов для перенаправления, по меньшей мере, части выхлопных газов от выхлопа двигателя к впуску двигателя. Соответственно, за счет рециркуляции некоторой части выхлопных газов можно влиять на обеднение смеси в двигателе, что может улучшить рабочие характеристики двигателя путем уменьшения детонации в двигателе, пиковых температуры и давления сгорания цилиндра, потерь при дросселировании и выбросов NOx. Один или несколько каналов EGR могут включать в себя каналы EGR низкого давления, установленные между впуском двигателя выше по потоку, чем компрессор турбонагнетателя, и выхлопом двигателя ниже по потоку, чем турбина, и выполненные с возможностью обеспечения EGR низкого давления. Один или несколько каналов EGR могут также включать в себя канал EGR высокого давления, установленный между впуском двигателя ниже по потоку, чем компрессор, и выхлопом двигателя выше по потоку, чем турбина, и выполненный с возможностью обеспечения EGR высокого давления. В одном из вариантов поток EGR высокого давления может подаваться при таких условиях, как отсутствие наддува турбокомпрессора, а поток EGR низкого давления может подаваться при таких условиях, как наличие наддува турбокомпрессора и/или превышение порогового уровня температуры выхлопных газов. Поток EGR низкого давления через канал EGR низкого давления можно регулировать через клапан EGR низкого давления, а поток EGR высокого давления через канал EGR высокого давления можно регулировать через клапан EGR высокого давления (не показан).

Контроллер 12 показан на Фиг.1 как традиционный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессор 106 (CPU), порты 108 ввода/вывода, электронный носитель данных для выполняемых программ и калибровочных значений, показанный как чип 110 постоянного запоминающего устройства (ROM), оперативная память 112 (RAM), оперативная энергонезависимая память 114 (КАМ) и обычную шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, помимо описанных выше сигналов, также получает данные: о величине массового расхода поданного воздуха (MAF) от датчика 122 расхода воздуха, о температуре охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 116 температуры, соединенного с каналом 118 охлаждения; о фазе двигателя (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 140; о положении дросселя (TP) с датчика положения дросселя; измерений давления во впускном коллекторе (MAP) от датчика 124. Сигнал оборотов двигателя (RPM) может производиться контроллером 12 от сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе MAP от датчика давления в коллекторе может быть использован для обеспечения информации о вакууме или давлении во впускном коллекторе. Другие датчики могут включать в себя датчики уровня топлива и датчики состава топлива, соединенные с топливными баками топливной системы.

Запоминающее устройство 110 носителя данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предусмотрены, но специально не указаны.

Во время выбранных режимов работы двигателя, например при низких оборотах двигателя и при условиях высокой нагрузки, может произойти детонация в двигателе. В одном примере детонацию двигателя можно устранить, задержав угол зажигания, здесь этот процесс также обозначен как запаздывание зажигания. При задержке угла зажигания от значения зажигания для обеспечения максимального крутящего момента (Mean Best Torque - MBT) можно понизить максимальное давление и температуру цилиндра, тем самым уменьшив возможность возникновения детонации. Однако задержка зажигания от MBT также сокращает термоэффективность двигателя и выходной крутящий момент. Обычно для соответствия затребованному водителем крутящему моменту при задержке зажигания можно увеличить топливный и воздушный поток для компенсирования потерь мощности. Таким образом, добавочный воздух и компенсирование топлива приводит к увеличению потребления топлива. Результирующее увеличение потребления топлива SPARK_{FE_LOSS} можно рассчитать следующим образом:

$$SPAR{K}_{FE\_LOSS}=\frac{1}{TR}-\mathrm{1,}(1)$$

где TR - соотношение крутящих моментов. Изменения потерь экономии топлива проиллюстрированы на схеме 200 на Фиг.2 кривой 202. Как показано кривой 204, соотношение крутящих моментов является наибольшим, когда зажигание находится на значении MBT, но уменьшается при запаздывании зажигания.

Вместо задержки зажигания детонацию в двигателе можно устранить впрыскиванием в цилиндр контролирующей детонацию жидкости. Контролирующая детонацию жидкость может представлять собой топливо высоким эффективным октановым содержанием, например этанольное топливо. Следовательно, эффективное октановое содержание впрыскиваемого топлива может состоять из различных компонентов, представляющих собой различные характеристики топлива для ослабления детонации, например комбинация специфического октана жидкости, обедняющего эффекта жидкости и испарительного эффекта жидкости. Таким образом, например, этанольная топливная смесь (например, Е85) может быть непосредственно впрыснута в цилиндр для использования преимущества повышенного количества характерного октана топлива (внутренний топливный октановый компонент) и действия охлаждения воздуха этанольного топлива (испаряющийся октановый компонент). Однако из-за меньшей теплоты сгорания (низшая теплотворная способность LHV) этанола по сравнению с бензином, для получения такой же выходной мощности необходимо сжечь больший объем топлива. Обычно в таких случаях происходит уменьшение в объемной экономии топлива (в милях на галлон), несмотря на улучшенную термоэффективность за счет работы ближе к углу зажигания МВТ. Вытекающее ухудшение экономии топлива ETHF_{FE_LOSS} можно рассчитать следующим образом:

$$ET{H}_{FE\_LOSS}=E\cdot D\cdot (1-\frac{{\rho }_{ETH}\cdot LH{V}_{ETH}}{{\rho }_{GAS}\cdot LH{V}_{GAS}}),(2)$$

где E - массовое содержание этанола в процентах в прямо впрыскиваемом топливе, D - массовое процентное содержание прямо впрыснутого топлива, необходимого для сдерживания детонации; LHV_ETH и LHV_GAS - низшая теплотворная способность топлив; ρ_ETH и ρ_GAS - плотности топлив.

При условиях детонации контроллер может определить, необходимо ли замедлить зажигание на необходимую величину и принять тепловую эффективность и потери в экономии топлива, связанные с этим значением запаздывания зажигания, или оставить угол зажигания на значении MBT и прямо впрыснуть необходимое количество контролирующей детонацию жидкости (например, впрыскивание этанольного топлива) и принять объемные потери топлива, связанные с впрыскиванием этанола. Например, контроллер можно настроить для сравнения потери экономии топлива от запаздывания зажигания следующим образом:

$$SPAR{K}_{FE\_LOSS}-ET{H}_{FE\_LOSS}.(3)$$

В одном примере для сравнения потерь в экономии топлива от запаздывания зажигания (кривая 302) и потерь в экономии топлива от впрыскивания этанола (кривая 304), можно использовать схему 300 на Фиг.3. На основании такого сравнения можно определить установку угла зажигания или пороговый уровень 306. Следовательно, пороговый уровень 306 (также обозначен как точка равновесия или точка переключения) может представлять собой определенное предварительно значение запаздывания зажигания или определенную предварительно установку угла зажигания (например, в градусах угла поворота коленчатого вала или градусах запаздывания зажигания), после которой увеличение впрыскивания этанольного топлива может обеспечить преимущество в экономии топлива по сравнению с замедлением зажигания и перед которой замедление зажигания может обеспечить преимущество в экономии топлива над увеличением впрыскивания этанольного топлива при воздействии на детонацию в двигателе. Таким образом, в ответ на детонацию в двигателе контроллер может сначала задержать установку опережения зажигания до предварительно определенной величины задержки. После того как угол зажигания достигает предварительно определенной установки, контроллер может увеличить количество контролирующей детонацию жидкости (или топлива), прямо впрыскиваемой в цилиндр для подавления детонации в двигателе при сохранении установки угла зажигания на предварительно определенном значении задержки (то есть на предварительно определенной установке угла зажигания). Таким образом, использование запаздывания зажигания и увеличение прямого впрыскивания контролирующей детонацию жидкости может быть установлено на этой точке.

Следовательно, предварительно определенная установка угла зажигания может основываться на условиях работы двигателя (например, частота вращения двигателя и режим нагрузки) и в дальнейшем основываться на выбранной водителем функции издержек. Как указывалось выше, такие выбираемые функции издержек могут включать в себя, по меньшей мере, одну функцию экономии топлива, выбросов СО₂ и эффективности цены.

Предварительно определенную установку угла зажигания можно в дальнейшем отрегулировать, основываясь на эффективном содержании октанового содержания впрыскиваемого топлива. Следовательно, впрыскиваемая контролирующая детонацию жидкость может содержать один или более следующих компонентов: бензин, этанол, метанол, стеклоомывающей жидкости, других спиртов, воды, и их различных комбинаций. В одном примере, где прямо впрыскиваемое топливо представляет собой этанольную топливную смесь, эффективное октановое содержание впрыскиваемой жидкости может основываться на содержании спирта в топливе, и таким образом пороговый уровень может изменяться, основываясь на содержании спирта в жидкости. Например, предварительно определенный угол зажигания можно замедлить от значения МВТ сразу же после увеличения содержания спирта во впрыскиваемом топливе. Таким образом, этанольная топливная смесь с меньшим количеством этилового спирта (например, E10, который содержит приблизительно 10% этанола) может иметь меньший пороговый уровень (то есть относительно низкое значение замедления) по сравнению с этанольной топливной смесью с большим количеством этанола (например, Е85, который содержит приблизительно 85% этанола).

В одном примере, когда этанольным топливом является Е85, а выбранной функцией издержек является объемная экономия топлива (в милях на галлон), предварительно установленный угол опережения зажигания (306) может составлять 11 градусов задержки зажигания. Здесь, в условиях детонации, когда октановые требования для воздействия на детонацию возрастают, может быть использована задержка угла опережения зажигания вплоть до 11 градусов задержки зажигания, так как потери тепловой эффективности, связанные с задержкой зажигания, ниже, чем объемные потери экономии топлива, связанные с Е85 вплоть до этой точки. Однако после того, как зажигание было задержано до 11 градусов запаздывания зажигания, увеличение впрыскивания Е85 может обеспечить меньшие потери в топливной экономии, чем запаздывание зажигания. Обычно для воздействия на дальнейшую детонацию угол опережения зажигания может быть удержан на 11 градусах с запозданием от МВТ, тогда как впрыскиваемое количество Е85 увеличено для удовлетворения требований по влиянию на детонацию.

В то время как в вышеуказанном примере используется объемная экономия топлива в качестве функции издержек в определении предварительно определенного значения задержки зажигания для устранения детонации в двигателе, необходимо помнить, что в альтернативных вариантах могут быть использованы другие функции издержек. Альтернативные функции издержек могут включать в себя, например, выброс выхлопных газов (например, выбросы CO₂), выгодность цены (например, эксплуатационные расходы в милях на доллар). В одном примере, где функцией издержек является ценовая эффективность, можно также принять во внимание цены на впрыскиваемую жидкость. Таким образом, потерю стоимости, возникающую вследствие впрыскивания этанольного топлива, ETH_{DOLLAR_LOSS} можно рассчитать следующим образом:

$$ET{H}_{DOLLAR\_LOSS}=E\cdot D\cdot \left(1-\frac{{\rho }_{ETH}\cdot LH{V}_{ETH}\cdot {\text{\$}}_{GAS}}{{\rho }_{GAS}\cdot LH{V}_{GAS}\cdot {\text{\$}}_{ETH}}\right),(4)$$

где $_GAS и $_ETH - цены на топливо на единицу объема;

LHV_ETH и LHV_GAS - низшая теплотворная способность топлив;

ρ_ETH и ρ_GAS - плотности топлив.

В другом варианте, где функцией издержек является выбросы CO₂, потери CO₂, возникающие вследствие впрыскивания этанольного топлива ЕТН_{CO2_LOSS} можно рассчитать следующим образом:

$$ET{H}_{CO2\_LOSS}=\left(1-\frac{C_{GAS}}{E\cdot C_{ETH}}\right),(5)$$

где C_GAS и C_ETH - количества CO₂, выработанные каждым видом топлива в кг CO₂, выработанного на ГДж энергии, выделенной топливом. Эту функцию издержек CO₂ можно рассчитать различными способами, например, как общего количества выбросов CO₂ из выхлопной трубы, количество выбросов CO₂ из выхлопной трубы органического происхождения, или количество выбросов CO₂ за полный цикл топливный цикл.

Таким образом, исходя из выбираемых водителем функций издержек, в ответ на детонацию в двигателе контроллер может определить, следует ли использовать задержку зажигания или впрыскивать контролирующую детонацию жидкость (например, этанольное топливо) в результате сравнения потерь функций издержек, связанных с задержкой зажигания и прямого впрыскивания этанола. То есть, когда функцией издержек является ценовая эффективность, пороговый уровень можно определить следующим образом:

$$$$ $$SPAR{K}_{DOLLAR\_LOSS}-ET{H}_{DOLLAR\_LOSS}.(6)$$

Аналогичным образом, когда функцией издержек являются выбросы CO₂, пороговый уровень можно определить следующим образом:

$$SPAR{K}_{CO2\_LOSS}-ET{H}_{CO2\_LOSS}.(7)$$

Обобщая, сравнение потерь функций издержек можно рассчитать

следующим образом:

$$SPAR{K}_{COSTFN\_LOSS}-ET{H}_{COSTFN\_LOSS}.(8)$$

На Фиг.4 изображена схема 400 кривых, полученных из выражений (3), (6), (7) и (8). В частности, схема 400 показывает запаздывание зажигания от значения MBT по оси X и сравнения потерь функций издержек (то есть разница между потерями, вызванными запаздыванием зажигания, и потерями, вызванными впрыскиванием этанольного топлива для выбранных функций издержек, в процентах) на оси Y. Кривая 406 (пунктирная линия) показывает сравнение потерь, когда функцией издержек является объемная экономия топлива, кривая 404 (штрихпунктирная линия) показывает сравнение потерь, когда функцией издержек является выбросы CO₂, кривая 402 (сплошная линия) показывает сравнение потерь, когда функцией издержек является ценовая эффективность.

В каждом случае соответствующее предустановленное значение запаздывания или предустановленного угла опережения зажигания (или пороговый уровень) можно определить, в точке, где кривая пересекает значение нуля. Таким образом, в случае с кривой 404, пороговый уровень имеет место в точке 408, тогда как для кривой 406 пороговый уровень имеет место в точке 410, где ниже порогового уровня может быть более предпочтительным задержать зажигание, а выше порогового уровня может быть более предпочтительным удержать значение задержки зажигания и увеличить впрыскивание этанольного топлива. В том случае, когда кривая всегда выше нуля, например, как это показано для кривой 402, может быть всегда более предпочтительно прямое впрыскивание этанольного топлива вместо задерживания зажигания.

Несмотря на то, что на Фиг.3 и 4 примеры показаны для прямого впрыска этанольного топлива Е85, следует понимать, что это не является ограничивающим, и что в альтернативных примерах могут быть использованы другие контролирующие детонацию жидкости. Такие жидкости могут представлять собой, например, различные топливно-спиртовые смеси с большим или меньшим содержанием спирта или жидкости, или топливные смеси с различными октановым числом, обеднением или свойствами испарения, CNG (сжатый природный газ), воды, метилового спирта, жидкости для стеклоомывателя (которая представляет собой смесь приблизительно 60% воды и 40% метанола) и др.

Следовательно, в дополнение к предварительно определенному значению запаздывания количество контролирующей детонацию жидкости, прямо впрыскиваемой в цилиндр для устранения детонации, можно также регулировать, исходя из эффективного содержания октана в впрыскиваемой жидкости (или топливе). Например, такое регулирование может включать в себя снижение количества прямо впрыскиваемой количества контролирующей детонацию жидкости по мере увеличения эффективного содержания октана. Как уже было ранее отмечено, эффективное содержание октана данной жидкости может представлять собой комбинацию характерного (присущего жидкости) октана жидкости (или октановое число), обедняющего эффекта жидкости (исходя из содержания инертных примесей в жидкости, например воды) и испаряющего эффекта жидкости (исходя из теплоты парообразования жидкости). В одном из примеров, где впрыскиваемой жидкостью является сжатый природный газ, эффективное содержание октана в топливе может основываться только на октановом числе топливного сжатого природного газа, так как CNG существенно не обладает действием охлаждения воздуха (то есть отсутствие испаряющегося октанового компонента) или обедняющим эффектом (то есть отсутствует инертный компонент). В другом примере, где впрыскиваемой жидкостью является топливно-этанольная смесь, эффективное октановое содержание топлива может быть основано на характерном октановом содержании топлива, а также испаряющемся октановом компоненте благодаря охлаждающему эффекту этанола, но в результате октановый компонент с обедняющим эффектом может отсутствовать. В другом примере, где впрыскиваемой жидкостью является вода, эффективное октановое содержание жидкости может быть основано только на обедняющем эффекте и эффекте охлаждения воздуха. В одном из примеров октановое содержание впрыскиваемой жидкости может быть основано на молярном составе жидкости. Таким образом, предварительно установленный угол зажигания и количество прямо впрыскиваемого топлива можно отрегулировать, исходя из молярного состава впрыскиваемой жидкости. Однако в альтернативном варианте октановое содержание впрыскиваемой жидкости может быть основано на объемном составе жидкости.

Внутреннее октановое содержание топлива можно оценить в терминах октанового числа по исследовательскому методу (RON) и/или октанового числа по моторному методу (MON). В случае топливных смесей, такие спирты с малым молекулярным весом как, например, этанол и метанол (обладающие высшими значениями RON и MON) добавляют в бензин для улучшения значения RON бензинового топлива.

Добавление даже небольшого количества спирта (например, 10 об.%) может привести к значительному и нелинейному увеличению значения RON смешанного топлива, что делает усложненным определение изменения значения RON для бензинового топлива, вызванного добавлением спирта. В некоторых случаях значение «смесевого» RON (bRON) можно использовать для описания последствий добавления малых количеств спирта к бензину в смешанных топливах. Значение bRON можно рассчитать, исходя из объемного содержания спирта и бензина в смеси, следующим образом:

RON_blend=(1-X_{ν, alc})·RON_base+(X_{ν, alc})·bRON_{ν, alc},

где X_{ν, alc} - объемная доля спирта в топливной смеси;

RON_blend - RON спирто-бензиновой топливной смеси;

RON_base - RON базового бензина;

bRON_{ν, alc} - смесевой RON спирта в базовом бензине, исходя из объемного содержания.

Однако так как значение bRON зависит от концентрации спирта, добавляемого к базовому бензину, RON базового бензина и углеводородного состава базового бензина, для данного спирта может не быть одного значения bRON, таким образом ограничивая полезность подхода bRON.

В другом подходе характерное октановое содержание смешанного топлива может быть рассчитано на основании молярного состава топлива. В сравнении с объемным составом подход, базирующийся на объеме спирто-бензиновой топливной смеси в жидком состоянии (то есть, как эту смесь обычно приготовляют и измеряют), молярный состав отражает количество молекул спирта и бензина в смеси. Таким образом, молярный состав по большей части имеет отношение к описанию химических реакций газовой фазы, которые происходят при испарении топлива в цилиндре двигателя. Более того, в газообразном состоянии объемный состав может приблизительно равняться молярному составу. Молярный состав топливной смеси можно рассчитать аналогично объемному составу (как описано в уравнении 9), за исключением того, что содержание спирта рассчитывают на базе молярной основы (как описано ниже в уравнении 10), используя плотность и молекулярную массу спирта (то есть известные физические свойства спирта) и плотность и среднюю молекулярную массу бензина (измеренную или оцененную). Так как плотность и молекулярная масса бензина не сильно отличаются для коммерческого бензина, оценочные значения могут быть достаточно точными для таких расчетов. Таким образом, значение bRON для топливной смеси можно рассчитать, исходя из молярного состава спирта и бензина в смеси, следующим образом:

$$RO{N}_{blend}=\left(1-X_{m,alc}\right)\cdot RO{N}_{base}+\left(X_{m,alc}\right)\cdot bRO{N}_{\nu ,alc},(10)$$

$$X_{m,alc}=\frac{Xv,alc}{Xvalc+(1-Xv,alc)\frac{\rho baseMWalc}{\rho alcMWbase}},(11)$$

где X_{m, alc} - это молярная доля спирта в топливной смеси;

RON_blend - RON спирто-бензиновой топливной смеси;

MW_base - средняя молекулярная масса базового бензина;

MW_alc - молекулярная масса спирта;

ρ_base - плотность базового бензина;

ρ_alc - плотность спирта;

bRON_m,alc - смесевой RON спирта в базовом бензине, исходя из молярного состава.

Следует понимать, что несмотря на то, что уравнения (9)-(11) приведены в контексте смесевых значений RON, то же самое можно применить для значений RON и MON. Таким образом, значение RON, рассчитанное на основании молярного состава смешанного топлива, может показать по существу линейную зависимость от содержания спирта в топливе. Следовательно, значения смесевого RON, рассчитанные по молярной основе, могут показать практически отсутствие зависимости от концентрации спирта в топливе или RON базового бензина. Более того, могут наблюдаться значительно меньшие изменения молярного смесевого значения RON смешанного топлива по сравнению с его объемным значением RON. Кроме того, результирующее молярное значение смесевого RON этанол-бензиновой топливной смеси может быть по существу равным значению смесевого RON для чистого этанола, тогда как значение смесевого RON метанол-бензиновой топливной смеси может быть по существу равным значению смесевого RON для чистого метанола.

Упрощенную формулу для оценки RON и MON для добавления спирта к бензиновой композиции можно определить следующим образом:

$$RO{N}_{blend}=(1-X_{m,alc})\cdot RO{N}_{base}+(X_{m,alc})\cdot RO{N}_{alc},(12)$$

$$X_{m,alc}=\frac{Xv,alc}{1+Rga(1/Xv,alc-1)},(13)$$

где X_{m, alc} - молярная доля спирта в топливной смеси;

X_ν,alc - объемное содержание спирта в топливной смеси;

RON_blend - RON спирто-бензиновой топливной смеси;

RON_base - RON базового бензина;

RON_alc - RON чистого спирта (например, 109 для этанола и метанола);

R_ga - спирто-специфичное соотношение молярного объема жидкости, объединяющее в себе молекулярные массы и плотности спирта, и обычного бензина (например, 0,400 для этанола или 0,275 для метанола).

Альтернативно, уравнения (12) и (13) можно объединить следующим образом:

$$\begin{array}{l}RO{N}_{blend}=\\ [1-\frac{1}{`1+Rga(1/X\nu ,alc-1)}]\cdot RO{N}_{base}+[1-\frac{X\nu ,alc}{1+Rga(1/X\nu ,alc-1)}]\cdot RO{N}_{alc}.(14)\end{array}$$

Таким образом, в одном примере можно использовать такой подход для более точного определения характерного октанового содержания (и следовательно, эффективного октанового содержания) смешанного топлива, которое в свою очередь можно использовать для определения количества запаздывания или предварительно установленного угла зажигания (или порогового уровня) для использования запаздывания зажигания и увеличения прямого впрыскивания топлива при устранении детонации. Например, исходя из рабочих режимов двигателя, можно определить требуемую для устранения детонации вероятность прямой подачи и RON. Вычисление смешивания можно затем использовать для определения количества прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости или топлива (например, этанола), необходимого для соответствия требованиям RON. В качестве другого примера в транспортном средстве с гибким выбором топлива, работающем на смешанном этанольном топливе, количество этанола в смешенном топливе можно оценить при помощи датчика кислорода с обратной связью (например, кислородный датчик контроля состава смеси воздух-топливо). А это, в свою очередь, можно использовать для прогнозирования RON топлива и определения порогового уровня для контроля угла зажигания и впрыска топлива. Также это можно использовать в качестве опережающей информации для предоставления адаптации стратегии регулировки зажигания после момента дозаправки, но до использования сигнала датчика детонации. Таким образом, регулируя количество контролирующей детонацию жидкости или прямо впрыскиваемого топлива, и предварительно установленного угла зажигания или порогового уровня, исходя из молярного состава впрыскиваемой жидкости (например, используя смесевое RON октановое число топлива, определенного по молярному подходу), расчеты октанового преимущества от впрыскивания спиртового топлива можно линеаризовать и упростить. Однако в альтернативном воплощении вычисления могут базироваться на объемном составе впрыскиваемой жидкости.

В некоторых двигателях жидкость, впрыскиваемая для влияния на детонацию, может быть выбрана из второй жидкости, соединенной со вторым дополнительным приемником для жидкости. Примерными вторыми контролирующими детонацию жидкостями могут быть вода, метанол, этанол, высокооктановый бензин, жидкости для стеклоомывателя или их комбинации. В одном примере, где впрыскиваемой жидкостью является вода, эффективное октановое содержание жидкости может включать в себя испаряющийся октановый компонент и октановый компонент с обедняющим эффектом. В другом примере, где прямо впрыскиваемой жидкостью является жидкость для стеклоомывателя, эффективное октановое содержание топлива может включать в себя компонент характерного октанового числа топлива, испаряющийся октановый компонент, а также октановый компонент с обедняющим эффектом. В других примерах, в которых используют только EGR, можно включить только октановый компонент с обедняющим эффектом.

Таким образом, для увеличения действия охлаждения воздуха впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости можно осуществить прямой впрыск в ответ на детонацию. Здесь прямым впрыском контролирующей детонацию жидкости в цилиндр можно увеличить испарительное охлаждение жидкости, а также можно быстро увеличить эффективное октановое число жидкости, впрыскиваемой в цилиндр, тем самым уменьшая предел детонации. Исходя из количества впрыскиваемой в цилиндр контролирующей детонацию жидкости, количество топлива, впрыскиваемого во впускные каналы, можно регулировать таким образом, что общее количество топлива, доставляемого через топливные форсунки, соответствует стехиометрическим требованиям.

Необходимое для устранения детонации в двигателе октановое число можно рассчитать следующим образом:

$$Oc{t}_{req}=X\cdot Oc{t}_{DI}+(1-X)\cdot Oc{t}_{PFI},(15)$$

где X - доля прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости;

(1-X) - доля топлива, впрыскиваемого во впускные каналы;

Oct_DI - эффективный октан контролирующей детонацию жидкости, подаваемой через прямые форсунки;

Oct_PFI - эффективный октан контролирующей детонацию жидкости, доставляемой через форсунки впрыска во впускные каналы.

Уравнение (15) можно решить для X для определения минимальной доли прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости, которая может потребоваться для устранения детонации в двигателе, следующим образом:

$$X=\frac{Oc{t}_{req}-Oc{t}_{PFI}}{Oc{t}_{DI}-Oc{t}_{PFI}}.(16)$$

Как было ранее описано, эффективное октановое содержание (или октановое число) контролирующей детонацию жидкости, подаваемой через форсунки прямого впрыска и/или форсунки точечного впрыска во впускные каналы можно определить как комбинацию нескольких октановых компонентов или эффектов, следующим образом:

Oct_DI=Oct_{DI, INH}+Oct_{DI, EVAP}+Oct_{DI, DIL}

и

Oct_PFI=Oct_{PFI, INH}+Oct_{PFI, EVAP}+Oct_{PFI, DIL},

где Oct_INH, Oct_EVAP, и Oct_DIL являются внутренними, испаряющимися октановыми компонентами с обедняющим эффектом для прямо впрыскиваемых (DI установленные) или впрыскиваемых во впускные каналы (PFI установленные) контролирующих детонацию жидкостей или топлив, в которых:

Oct_{DI, INN}=A_{DI, INH}(E_DI)+B_{DI, INH},

Oct_{DI, EVAP}=A_{DI, EVAP}(E_DI)+B_{DI, EVAP},

Oct_{DI, DIL}=A_{DI, DIL}(E_DI)+B_{DI, DIL},

Oct_{PFI, EVAP}=A_{PFI, INH}(E_PFI)+B_{PFI, INH}

и

Oct_{DI, DIL}=A_{PFI, DIL}(E_PFI)+B_{PFI, DIL},

где A и B - калибруемые постоянные величины;

E_DI - процентное массовое содержание этанола в топливной системе прямого впрыска;

E_PFI - процентное массовое содержание этанола в топливной системе точечного впрыска во впускные каналы. При вычислении эффективного октанового содержания каждой жидкости и решении уравнения (15) и (16), используя эти значения, можно определить коэффициент прямой впрыскиваемой и впрыскиваемой во впускные каналы жидкости для устранения детонации в двигателе.

Таким образом, задерживая угол зажигания до предварительно определенного значения запаздывания и увеличивая количество прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости для подавления детонации в двигателе, после того, как угол опережения зажигания достигает предварительно определенного значения запаздывания при сохранении угла зажигания на предварительно определенном значении запаздывания или предварительно определенном угле зажигания, количество контролирующей детонацию жидкости, используемой для ослабления детонации, можно уменьшить, в то время как объемный расход топлива и дальность пробега транспортного средства можно увеличить.

Обращаясь к Фиг.5А и 5B, на которых показан определенный режим 500 для регулирования предварительно установленного угла опережения зажигания (или порогового уровня), до которого можно использовать запаздывание зажигания для устранения детонации в двигателе и после которого количество прямо впрыскиваемой в цилиндр контролирующей детонацию жидкости можно увеличить для последующего устранения детонации в двигателе. Используя по меньшей мере некоторое запаздывание зажигания для устранения детонации в двигателе перед увеличением количества прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости для устранения детонации, можно достичь существенного преимущества в объемной экономии топлива.

На этапе 502 можно оценить и/или измерить режимы работы двигателя. Такие режимы могут включать в себя, например, частоту вращения двигателя, необходимый крутящий момент, MAP, BP, ECT, температуру катализатора, температуру воздуха на впуске, установку момента зажигания искры (угла опережения зажигания УОЗ) и др. На этапе 504 прогнозную (feed-forward) вероятность детонации в двигателе можно определить, исходя из расчетных режимов работы двигателя. На этапе 506 необходимое обеднение смеси в двигателе можно определить, исходя из расчетных режимов работы двигателя, а также определенной прогнозной вероятности детонации двигателя. На этапе 508 и как дополнительно показано на Фиг.6, можно определить впрыск контролирующей детонацию жидкости, количество VCT и EGR для обеспечения необходимого обеднения. В частности, исходя, по меньшей мере, из эффекта обеднения впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости, можно определить степень обеднения смеси в двигателе, обеспеченную впрыском, и выполнить соответствующую регулировку EGR и VCT. На этапе 510 можно определить количество контролирующей детонацию жидкости или топливо, доступное в топливной системе двигателя. На этапе 512 и в дальнейшем на Фиг.6 можно отрегулировать положение клапана управления движением заряда на впуске двигателя (CMCV) и тем самым отрегулировать скорость горения (воспламенения) двигателя, исходя из доступности контролирующей детонацию жидкости в топливной системе. На этапе 514 можно определить эффективное октановое содержание каждого топлива или контролирующей детонацию жидкости в топливной системе двигателя. В частности, для транспортных средств с гибким выбором топлива можно определить эффективное октановое содержание каждого из многочисленного количества видов топлива (например, первичные и вторичные топлива или жидкости для контроля детонации) в топливной системе двигателя. Как было ранее показано, эффективное октановое содержание каждого топлива или контролирующей детонацию жидкости можно рассчитать, исходя из комбинации внутреннего октанового компонента каждого топлива (или октанового числа топлива), испаряющегося октанового компонента или его эффекта и обеднения октанового компонента или его эффекта. В одном из вариантов настоящего изобретения один или несколько из таких элементов или действий могут основываться на содержании спирта в контролирующей детонацию жидкости.

На этапе 516 можно определить выбираемые водителем функции издержек. Функция издержек может включать в себя, к примеру, объемную экономию топлива (в милях на галлон), выбросы выхлопных газов, мили на доллар и др. В одном варианте настоящего изобретения оператор транспортного средства может предпочесть выбросам выхлопных газов экономию топлива. В другом варианте настоящего изобретения предпочтения оператора транспортного средства могут быть пересмотрены. Например, пользователь может отдать предпочтение экономии топлива, а не низкому значению выбросов выхлопных газов. Предпочтение водителя и производственные факторы можно получить от водителя транспортного средства через устройство диалогового отражения, например, через отображение приборной панели машины для взаимодействия с водителем транспортного средства или панели управления на дисплее транспортного средства. Альтернативно предпочтение водителем функции издержек можно установить, исходя из предыдущего поведения за рулем, например, можно предположить, что неагрессивные водители предпочитают топливную экономию.

На этапе 518, можно определить пороговый уровень, исходя из выбранных оператором функций издержек, расчетных режимов работы двигателя, расчетной (прогнозной) вероятности детонации в двигателе и эффективного октанового содержание доступных видов топлива или контролирующих детонацию жидкостей. В частности, можно определить предварительно установленный угол опережения зажигания, до которого можно задержать зажигание искры (то есть, предварительно определенное значение запаздывания), а соотношение использования запаздывания зажигания и прямого впрыска контролирующей детонацию жидкости можно определить для суммарного обеспечения количества октана для устранения детонации в двигателе.

Например, один градус запаздывания зажигания может соответствовать изменению октанового числа на единицу (1 ON). В другом варианте настоящего изобретения, где прямо впрыскиваемое топливо представляет собой Е85, а впрыскиваемое во впускные каналы топливо - бензин, прямой впрыск Е85 может обеспечить большее изменение октанового числа, чем соответствующий точечный впрыск бензина во впускные каналы. Например, 0,28% прямого впрыска Е85 может соответствовать изменению октанового числа на единицу, в то время как 100% прямой впрыск Е85 может соответствовать приблизительно с 140 RON впрыскиваемого во впускные каналы бензина.

На этапе 520 можно определить, требуется ли дальнейшее регулирование порогового уровня или нет. Ссылаясь на Фиг.7 и 8, при некоторых условиях, например, при наличии определенных скоростных и нагруженных режимов работы двигателя и ограничений двигателя, может потребоваться такая регулировка порогового уровня, когда существует возможность использования большего или меньшего значения запаздывания зажигания и в соответствии с этим можно выполнить регулирование количества впрыскивания контролирующей детонацию жидкости. Например, при таких условиях, когда необходимый крутящий момент может стать ограниченным (по меньшей мере, временно) или может произойти повышение температуры выхлопных газов или выбросов твердых частиц (РР), или может произойти преждевременное воспламенение двигателя и др., можно отрегулировать пороговый уровень. Таким образом, в случае, если необходимо регулирование порогового уровня, затем на этапе 522, детально проработанном на Фиг.8, определенный режим может отрегулировать предварительно определенную установку У ОЗ. В частности при таких условиях предварительно определенный пороговый уровень можно отрегулировать (при этом для смягчения детонации двигателя применяется регулирование значения запаздывания зажигания и количества впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости), даже при возникновении временных потерь в выбранных водителем функциях издержек, связанных с регулированием, с тем, чтобы устранить упомянутые выше ограничения двигателя.

В одном из вариантов настоящего изобретения предварительно определенная установка УОЗ может храниться в справочной таблице в памяти контроллера, в которой предварительно определенное значение запаздывания зажигания и количество жидкости для прямого впрыска для контроля детонации в двигателе можно представить в табличном виде для данного скоростного и нагруженного режима работы двигателя и данной контролирующей детонацию жидкости. Таким образом, показания справочной таблицы можно рассчитать, используя, например, схему, изображенную на Фиг.3 и 4, сравнивающую потери функций издержек, связанных с запаздыванием зажигания, и потери функций издержек для различного топлива или комбинаций жидкости. Дальнейшее регулирование предварительно определенной установки УОЗ и прямого впрыска можно также представить в табличном виде для выбранных окон скоростного и нагруженного режима, например, изображенных на схеме на Фиг.7.

В том случае, если на этапе 520 не требуется регулирование порогового уровня или на этапе 522 после порогового уровня регулирование завершено, затем на этапе 524, можно рассчитать необходимый для устранения ожидаемого детонации октан. Детонацию в двигателе можно устранить, задерживая зажигание искры и/или увеличивая октановое число впрыскиваемой в цилиндр контролирующей детонацию жидкости. Таким образом, может потребоваться большее октановое число в цилиндре, если установка зажигания искры удержано на значении МВТ в то время, когда при наличии запаздывания зажигания требуется меньшее октановое число. Таким образом, регулируя значение запаздывания зажигания и количество впрыскиваемой в цилиндр контролирующей детонацию жидкости, можно отрегулировать эффективный октан цилиндра для устранения детонации в двигателе.

На этапе 526, исходя из определенной (отрегулированной) и предварительно определенной установки УОЗ и необходимого для устранения детонации в двигателе октана, для двигателя можно определить значение запаздывания моментов зажигания и профиля нагнетания контролирующей детонацию жидкости. Профиль впрыска контролирующей детонацию жидкости может включать в себя количество первого топлива или контролирующую детонацию жидкость для прямого впрыска и количество второго топлива для точечного впрыска во впускные каналы в цилиндре. Например, первое количество жидкости (например, первое топливо), прямо впрыскиваемой в цилиндр, может основываться на молярном (или объемном) составе впрыскиваемой жидкости и эффекте обеднения впрыскиваемой жидкости. Затем, второе количество жидкости (например, второе топливо), впрыскиваемое во впускные каналы в цилиндр, может основаться на первом количестве впрыскиваемой жидкости. На этапе 528 можно определить, появляется ли детонация в двигателе, то есть имеется ли сигнал о детонации. В одном варианте настоящего изобретения сигнал о детонации можно распознать, используя датчик детонации, соединенный с двигателем. Если сигнала о детонации не возникает, тогда на этапе 530 контроллер может продолжить работу двигателя запаздыванием зажигания до предварительно определенной установки УОЗ и впрыскиванием топлива или контролирующей детонацию жидкости в соответствии с профилем, определенном на этапе 526.

Если распознан сигнал о детонации, тогда на этапе 532 можно определить, находится ли УОЗ на значении до предварительно определенной величины УОЗ, то есть существует ли еще возможность запаздывания зажигания. Если запаздывание зажигания искры не ограничено, контроллер может отреагировать на сигнал о детонации, продолжив запаздывание зажигания до предварительно определенной установки на этапе 534. Таким образом, это может сформировать относительно быструю и незамедлительную реакцию на сигнал о детонации. В одном варианте при реагировании на сигнал детонации УОЗ может быть возвращен к исходному значению (то есть к значению, реагирующему на прогнозную вероятность сигнала о детонации) во время медленного введения в действие прямого впрыска топлива. В сравнении, если установочные параметры находятся после предварительно определенной установки УОЗ, а запаздывание зажигания ограничено, тогда на этапе 526 контроллер может отреагировать на сигнал о детонации, сохраняя запаздывание зажигания на предварительно определенной установке при увеличении количества топлива или прямо впрыскиваемой в цилиндр контролирующей детонацию жидкости. Таким образом, это может сформировать относительно медленный подход к ослаблению сигнала о детонации. Как это уже было подробно показано со ссылкой на Фиг.10 и 11, необходимо выполнять регулировки, исходя из количества топлива или жидкости, необходимой для устранения детонации, ограничения продолжительности импульса инжектора по сравнению с этим количеством. Независимо от проведенных регулировок для предварительно определенной установки УОЗ, на этапе 538, и как далее подробно показано на Фиг.6 и 12, пределы обеднения смеси в двигателе можно отрегулировать, исходя из предварительно определенного значения запаздывания (предварительно определенная установка УОЗ), количества впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости, а также, по меньшей мере, эффекта обеднения впрыскиваемого топлива для компенсирования переходных режимов EGR и крутящего момента.

В одном примере двигатель может быть снабжен системой прямого впрыска Е85 и точечного впрыска бензина во впускные каналы. Исходя из режимов работы двигателя, можно определить вероятность детонации в двигателе, а также можно определить предварительно определенную установку УОЗ как 11 градусов запаздывания зажигания. Для устранения ожидаемого сигнала о детонации, контроллер может использовать установку в 5 градусов запаздывания зажигания и 10% прямого впрыска этанола. То есть установочные параметры могут находиться до предварительно определенной установки УОЗ. В ответ на сигнал о детонации контроллер может немедленно устранить детонацию постепенным замедлением зажигания искры от 5 градусов запаздывания зажигания до предварительно определенной установки УОЗ в 11 градусов запаздывания зажигания. При достижении УОЗ значения в 11 градусов запаздывания зажигания, дальнейшее реагирование на сигнал о детонацию может заключаться в сохранении УОЗ на 11 градусах при увеличении прямого впрыска Е85 от 10% до 12%. Альтернативно, если после использования 11 градусов запаздывания зажигания, сигнал детонации удалось снизить, контроллер может увеличить УОЗ (то есть уменьшить значение запаздывания зажигания) до 5 градусов запаздывания зажигания, а также увеличить прямой впрыск Е85 до 12%.

В альтернативных вариантах, на основании условий работы двигателя, прогнозная вероятность детонации может быть устранена установкой 11 градусов задержки зажигания и 8% прямого впрыска этанола. Таким образом, установочные параметры могут быть ниже предварительно определенного УОЗ. Здесь, в ответ на сигнал детонации, задержка зажигания может быть сохранена на предварительно определенном значении запаздывания зажигания, здесь 11 градусов запаздывания, тогда как впрыск Е85 увеличен с 8% до 12%.

Таким образом, детонацию двигателя можно устранить, замедляя зажигание до предварительно определенной установки порогового уровня, а после достижения запаздыванием зажигания установки порогового уровня, контроллер может устранить дальнейшую детонацию в двигателе, сохраняя запаздывание зажигания и увеличивая впрыскивание в цилиндр контролирующей детонацию жидкости, таким образом, обеспечивая необходимый эффективный октан для устранения детонации в двигателе.

Применение варианта запаздывания зажигания и прямого впрыскивания этанольного топлива для устранения детонации показано на схеме 600 на Фиг.9. На схеме 900 по оси X указано необходимое для устранения детонации двигателя количество октана, по первой оси Y 901 указано значение запаздывания УОЗ, а количество (в %) этанольного топлива для прямого впрыска (здесь Е85) указано по второй оси Y 902. В показанном примере на основании режимов работы двигателя можно определить молярный состав и комбинацию эффекта характерного октана, эффект обеднения, парообразующий эффект Е85, и выбираемые оператором функции издержек топливной экономии и предварительно определенную установку УОЗ 904. В этом примере предварительно определенная установка УОЗ 904 может соответствовать 11 градусам запаздывания зажигания. Таким образом, после увеличения необходимого для устранения детонации в двигателе количества октана, искру зажигания можно задержать (пунктирная линия 906) для смягчения детонации в силу того, что потери в экономии топлива, связанные с ухудшением тепловой эффективности запаздывания зажигания, могут быть меньше, чем потери в объемной экономии топлива, связанные со сниженной энергоемкостью Е85. Запаздывание зажигания можно использовать до достижения предварительно определенного значения запаздывания или предварительно определенной установки УОЗ 904. Например, в ответ на детонацию искру зажигания можно задержать до 5 градусов запаздывания зажигания, а при продолжении детонации искру зажигания можно задержать до 11 градусов запаздывания зажигания. При достижении предварительно определенной установки УОЗ 904 увеличение в объемном потреблении топлива, связанное с Е85, может быть ниже, чем связанное с запаздыванием зажигания. Таким образом, после достижения предварительно определенной установки УОЗ 904 можно удерживать искру зажигания на 11 градусах запаздывания, а прямой впрыск Е85 можно увеличить (жирная линия 908) для соответствия требованиям дополнительного октана. Как было уже подробно описано, предварительно определенную величину запаздывания или предварительно определенную установку УОЗ и количество прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости можно отрегулировать на основании состава (например, из молярного или объемного состава) впрыскиваемой жидкости. В приведенном варианте впрыскиваемая жидкость представляет собой смешанное топливо, включающее в себя первое и второе топливо. Таким образом, здесь молярный состав смешанного топлива основывается на объемном содержании, молекулярной массе и плотности каждого из первого и второго топлив в смешанной жидкости. Регулирования могут включать в себя, например, запаздывание предварительно определенной установки УОЗ еще дальше от значения MBT при увеличении молярного содержания спирта (здесь - этиловый спирт) в смешанных топливах. Аналогичным образом количество прямо впрыскиваемой жидкости можно уменьшить при увеличении молярного содержания спирта в смешанном топливе.

Возвращаясь к Фиг.6, изображенный примерный порядок действий 600 может регулировать один или более рабочих параметров двигателя, тем самым регулируя обеднение смеси в двигателе и скорость воспламенения в двигателе. В частности, рабочий параметр двигателя можно отрегулировать, тем самым регулируя обеднение смеси в двигателе, исходя, по меньшей мере, из эффекта обеднения прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости в ответ на детонацию двигателя, а также наличия контролирующей детонацию жидкости.

На этапе 602 можно определить необходимый процент обеднения, исходя из рассчитанных режимов работы двигателя. В одном варианте настоящего изобретения повышенный процент обеднения может стать необходимым при увеличении нагрузки на двигатель для уменьшения вероятности детонации в двигателе, а также для улучшения выбросов NOx двигателя, но зависит от предела стабильности сгорания. Таким образом, на обеднение смеси в двигателе может оказать воздействие одно или более из количества EGR, VCT и эффекта обеднения прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости. На этапе 604 можно определить количество контролирующей детонацию жидкости (например, вода, этанол, метанол, альтернативные виды топлива и др.), доступной в топливной системе двигателя. В одном варианте настоящего изобретения это количество может включать в себя оценку уровня топлива от датчика уровня топлива, соединенного с топливным баком выбранного топлива.

На этапе 606 можно определить, превышает ли доступное количество контролирующей детонацию жидкости пороговый уровень. В одном варианте пороговый уровень может базироваться на количестве жидкости, необходимой для устранения детонации в двигателе (например, минимальное количество, требуемое для устранения детонации двигателя). Если количество жидкости превышает пороговый уровень, тогда на этапе 608 можно определить объем контролирующей детонацию жидкости, необходимой для обеспечения требуемого обеднения смеси в двигателе.

На этапе 610 можно определить объем контролирующей детонацию жидкости, необходимой для устранения прогнозной вероятности детонации двигателя. Как было уже ранее описано, количество впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости может базироваться на частоте вращения двигателя, нагрузке двигателя и других рабочих режимах, а в дальнейшем может базироваться на комбинации характерного октанового эффекта, эффекта обеднения и эффекта парообразования впрыскиваемой жидкости. На этапе 612 в цилиндр может быть впрыснуто максимальное значение объема, необходимого для обеспечения требуемого обеднения смеси в двигателе, и объема, необходимого для устранения детонации в двигателе. На этапе 614 можно отрегулировать клапан управления движением заряда (CMCV), соединенный с двигателем выше по потоку, чем форсунки, для уменьшения скорости воспламенения (горения) в двигателе при увеличении впрыска контролирующей детонацию жидкости. В частности, регулируя (например, открывая) клапан управления движением заряда при повышенных нагрузках двигателя для уменьшения скорости сгорания в двигателе, можно уменьшить пиковое давление цилиндра и скорость повышения давления для допущения режима работы двигателя при повышенной нагрузке. В то же время детонацию, вызванную сниженной скоростью воспламенения в двигателе, можно устранить увеличением прямого впрыска контролирующей детонацию жидкости, когда клапан управления движением заряда настроен на уменьшение скорости воспламенения в двигателе. Таким образом, при открытии клапана управления движением заряда и впрыске контролирующей детонацию жидкости можно сохранить установку УОЗ на предварительно определенном значении запаздывания зажигания. Предварительно определенное значение запаздывания зажигания может также основываться на нагрузке двигателя и на комбинации эффекта характерного октана, эффекте обеднения и парообразующем эффекте впрыскиваемой жидкости.

В одном примере контроллер может регулировать, открыт ли клапан управления движением заряда при повышенных нагрузках двигателя, на основании наличия контролирующей детонацию жидкости. Например, такое регулирование может включать в себя открытие клапана управления движением заряда при работе двигателя при повышенных нагрузках двигателя в том случае, если наличие контролирующей детонацию жидкости (например, выведенный из уровня топлива) превышает пороговый уровень. Регулирование может в дальнейшем основываться на составе впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости. Например, клапан управления движением заряда можно открыть при работе двигателя при повышенных нагрузках сразу же после увеличения спиртового содержания контролирующей детонацию жидкости.

Если количество доступной контролирующей детонацию жидкости не превышает пороговый уровень, то на этапе 618 прямо впрыскивают доступное количество контролирующей детонацию жидкости. Затем на этапе 620 осуществляют регулирование клапана управления движением заряда (например, закрывают) для увеличения скорости воспламенения в двигателе, поскольку достаточные уровни контролирующей детонацию жидкости для устранения появления детонации в двигателе от уменьшения скорости воспламенения в двигателе являются недоступными. Таким образом, коэффициент сгорания двигателя можно согласовывать с режимами подавления детонации посредством регулирования работы клапана управления движением заряда, в особенности при повышенных нагрузках двигателя, на основании наличия контролирующей детонацию жидкости.

На этапе 616 и 622 можно отрегулировать один или несколько рабочих параметров, на основании регулирования клапана управления движением заряда и/или прямого впрыска контролирующей детонацию жидкости с тем, чтобы сохранить крутящий момент двигателя и необходимое обеднение смеси в двигателе. В одном варианте настоящего изобретения открытие дросселя, количество EGR, VCT, опережение зажигания, высоту подъема клапана и/или форсирование двигателя можно отрегулировать, основываясь на впрыскивании. Рабочий параметр двигателя можно настроить, исходя, по меньшей мере, из эффекта обеднения впрыскиваемой жидкости. В одном варианте регулируемый рабочий параметр двигателя может представлять собой значение EGR (или потока EGR). Здесь регулирование при впрыскивании жидкости с большим эффектом обеднения может включать в себя увеличение количества прямо впрыскиваемой жидкости, на основании обедняющего эффекта жидкости и уменьшение значения EGR, на основании превышенного количества впрыскиваемой жидкости. Сравнивая это, при впрыскивании жидкости с меньшим обедняющим эффектом можно уменьшить количество прямо впрыскиваемой жидкости при сохранении значения EGR. Таким образом, обеднение, обеспеченное EGR, может быть связано с обеднением, обеспеченным впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкостью.

В другом варианте отрегулированный рабочий параметр двигателя может представлять собой изменяемую фазу газораспределения (VCT). В этом документе регулирование при впрыскивании жидкости с повышенным эффектом обеднения может включать в себя увеличение количества прямо впрыскиваемой жидкости, исходя из обедняющего эффекта жидкости, и использование меньшего количества «внутренней EGR» через VCT, исходя из превышенного количества впрыскиваемой жидкости. Таким образом, регулирование VCT, необходимое для уменьшения этого обеднения и обеспечения меньшего внутреннего VCT, может основываться на конфигурации VCT двигателя (например, либо это только впускное отверстие, выхлопная труба, двойной равный или двойной независимый). Таким образом, исходя из типа VCT, при определенных условиях можно замедлить VCT для уменьшения обеднения, в то время как при других обстоятельствах, исходя из типа VCT, можно ускорить VCT для уменьшения обеднения. В сравнении, при впрыскивании топлива с меньшим обедняющим эффектом можно уменьшить количество прямо впрыскиваемой жидкости при сохранении внутреннего EGR через VCT.

В другом же варианте настоящего изобретения регулируемый рабочий параметр двигателя может представлять собой высоту подъема клапана, в котором регулировка может включать в себя при впрыскивании жидкости с повышенным эффектом обеднения увеличение количества прямо впрыскиваемой жидкости, исходя из действия обеднения жидкости, и уменьшение количества обеднения через высоту подъема клапана, исходя из увеличенного количества впрыскиваемой жидкости. Сравнивая это, при впрыскивании жидкости с меньшим обедняющим эффектом можно уменьшить количество прямо впрыскиваемой жидкости, сохраняя степень обеднения через высоту подъема клапана. В других комбинациях также возможно регулирование EGR, VCT и высоты подъема клапана.

Можно также отрегулировать другой рабочий параметр двигателя. Например, на основании регулирования CMCV можно отрегулировать наддув двигателя. В одном примере, в случае если количество контролирующей детонацию жидкости меньше порогового уровня, тогда можно закрыть клапан управления движением заряда для увеличения скорости сгорания и предотвращения детонации в двигателе при уменьшении наддува двигателя. В этом случае максимальный крутящий момент двигателя или наддув двигателя можно уменьшить для предотвращения чрезмерно высокого давления цилиндра и/или повышения давления. В другом варианте, в случае, если количество контролирующей детонацию жидкости меньше порогового уровня, можно закрыть клапан управления движением заряда при задерживании УОЗ.

На этапе 624 можно определить, были ли осуществлены какие-либо изменения коэффициента впрыскивания топлива до запаздывания зажигания в ответ на сигнал детонации, как это было подробно показано на Фиг.5В (на этапе 528). Если таких изменений не было, обычный режим может завершиться. Если регулирование коэффициента было осуществлено, затем на этапе 626 можно ограничить количество впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости и/или можно настроить один или более параметров: VCT, EGR, высоту подъема клапана, установку момента зажигания, форсирование двигателя и другое, на основании изменения впрыска топлива до коэффициента запаздывания зажигания с тем, чтобы сохранить необходимое обеднение смеси в двигателе и выходного крутящего момента.

Таким образом, регулируя, открыт ли клапан управления движением заряда при высоких нагрузках двигателя, на основании наличия контролирующей детонацию жидкости, и регулируя впрыск контролирующей детонацию жидкости, на основании открытия клапана управления движением заряда, можно отрегулировать работу клапана управления движением заряда, исходя из доступности контролирующей детонацию жидкости при использовании такого рабочего параметра двигателя, как наддув двигателя, для компенсирования переходных режимов крутящего момента, и при использовании такого рабочего параметра двигателя, как VCT, EGR или высоты подъема клапана для компенсирования переходных режимов обеднения. Таким образом, при первом условии, когда количество контролирующей детонацию жидкости превышает пороговый уровень, клапан управления движением заряда открывают при повышенных нагрузках двигателя при увеличении впрыскивания контролирующей детонацию жидкости. По сравнению со вторым условием, когда количество контролирующей детонацию жидкости ниже порогового уровня, клапан управления движением заряда закрывают при повышенных нагрузках двигателя при уменьшении наддува двигателя. Альтернативно, клапан управления движением заряда можно закрыть, а УОЗ задержать.

Теперь, обращаясь к Фиг.7, на схеме 700 показан пороговый уровень для дальнейшего регулирования или предварительно определенный УОЗ между использованием запаздывания зажигания и прямым впрыском топлива. В частности, схема 700 определяет зоны (здесь эти зоны показаны как зоны 701-706), исходя из окон скоростного и нагруженного режима, в которых пороговый уровень можно отрегулировать при увеличении или уменьшении величины запаздывания зажигания и при увеличении или уменьшении прямо впрыскиваемого топлива или контролирующей детонацию жидкости, соответственно, для устранения альтернативных ограничений двигателя.

В первой зоне 701 схемы, характеризованной средней загрузкой (ВМЕР - среднее эффективное давление в тормозной системе) и средними скоростными режимами двигателя, пороговый уровень, определенный на Фиг.5А и 5B, может оставаться неотрегулированным. Таким образом, в зоне 701 коэффициент запаздывания зажигания и впрыскивания топлива можно использовать для устранения детонации в двигателе, исходя из рабочих режимов двигателя, октановой концентрации топлива и выбранных водителем функций издержек, указанных на Фиг.5А и 5B.

Зону 702 можно охарактеризовать высокой скоростью и высокими режимами нагрузки. В этой зоне пороговый уровень можно отрегулировать для температуры выхлопных газов и ограничений по твердым частицам. В частности, при высокой нагрузке и высоких скоростных режимах двигателя температуры выхлопных газов могут быть повышены. Использование запаздывания зажигания при таких условиях может привести к добавочным несгоревшим топливам в выхлопных газах, которые могут в дальнейшем повышать температуру выхлопных газов. В дальнейшем эта температура может увеличивать выбросы твердых частиц. В сравнении, использование впрыска этанольного топлива может обеспечить преимущества обоих эффектов: как эффекта охлаждения воздуха этанолом при уменьшении высоких температур выхлопных газов, так и снижения этанольным топливом выбросов твердых частиц (по сравнению с бензином). В случае форсированного двигателя уменьшение температур выхлопных газов может также способствовать уменьшению температуры на входе турбины, тем самым разрешая вопросы долговечности турбокомпрессора и минимизируя обогащение, связанное с повышенными температурами на входе турбины. Таким образом, в зоне 702 пороговый уровень можно отрегулировать для уменьшения предварительно определенного значения запаздывания зажигания, используемого для устранения детонации в двигателе, и, соответственно, для увеличения количества контролирующей детонацию жидкости, прямо впрыскиваемой для устранения детонации двигателя. Таким образом, это может привести к временному спаду в объемной экономии топлива, однако это можно принять с учетом влияния на температуру выхлопных газов и ограничений по твердым частицам.

Зону 703 можно охарактеризовать условиями высокой скорости и нагрузки. В этой зоне температуру выхлопных газов и ограничения по твердым частицам можно еще более ограничить по сравнению с ограничениями, описанными для зоны 702. Таким образом, для сдерживания сильно повышенных температур выхлопных газов и выбросов твердых частиц можно в дальнейшем уменьшить предварительно определенное значение запаздывания зажигания, а впрыск контролирующей детонацию жидкости в дальнейшем увеличить. В одном варианте запаздывание зажигания может по существу не использоваться, детонацию можно значительно или полностью устранить, используя впрыск контролирующей детонацию жидкости. Кроме того, детонацию можно жестко устранить, по меньшей мере, временной работой цилиндров в режиме богатого впрыск контролирующей детонацию жидкости.

Зону 704 можно охарактеризовать условиями низкой скорости и высокой нагрузки. При таких условиях двигатель может склоняться к возникновению преждевременного воспламенения. В этой зоне ограничение преждевременного воспламенения можно устранить, отрегулировав пороговый уровень таким образом, чтобы используемое предварительно определенное значение запаздывания зажигания уменьшилось во время увеличения количества впрыска контролирующей детонацию жидкости. В одном варианте для уменьшения вероятности преждевременного воспламенения может по существу не использоваться запаздывание зажигания и впрыск контролирующей детонацию жидкости.

Зону 705 можно охарактеризовать условиями низкой скорости и средней нагрузки. При таких условиях можно ограничить охлажденную EGR. Например, может возникнуть временная задержка в достижении необходимой степени охлаждения EGR. Здесь ограничение охлажденной EGR можно устранить, регулируя пороговый уровень таким образом, чтобы предварительно определенное значение запаздывания зажигания увеличивалось при уменьшении количества впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости. Альтернативно, при запаздывании зажигания, впрыск контролирующей детонацию жидкости можно увеличить, в особенности при эффекте повышенного обеднения (например, воды). Кроме того, можно использовать многократные впрыски контролирующей детонацию жидкости в такте сжатия для управления EGR. Регулирование обеднения смеси в двигателе, на основании согласования потока EGR с прямым впрыском контролирующей детонацию жидкости с высоким обедняющим эффектом (например, воды), более подробно описано в связи с Фиг.12.

Зону 706 можно охарактеризовать условиями низкой скорости и низкой нагрузки. При таких условиях можно ограничить крутящий момент. В частности, при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах (например, от легкой нагрузки до средней) использование запаздывания зажигания может вызвать переходные режимы крутящего момента так, что крутящий момент, запрашиваемый водителем, не будет выполняться. Таким образом, для уменьшения вероятности появления переходных режимов крутящего момента, пороговый уровень можно отрегулировать таким образом, что используемое значение запаздывания зажигания уменьшается при увеличении количества впрыска контролирующей детонацию жидкости (например, количество прямо впрыскиваемой воды). Кроме того, для управления крутящим моментом можно использовать многократные впрыскивания жидкости в такте сжатия. В форсированных двигателях использование впрыск повышенного количества контролирующей детонацию жидкости может также помочь в устранении вопросов турбо запаздывания. Например, использование впрыск увеличенного количества контролирующей детонацию жидкости при низкоскростных и нагруженных режимах может привести к быстрому накоплению наддува турбокомпрессора и улучшению управления крутящим моментом переходных режимов турбокомпрессора.

Обращаясь к Фиг.8, на схеме показан примерный обычный порядок операций 800 для регулирования порогового уровня (то есть предварительно определенной установки УОЗ) для использования запаздывания зажигания и прямого впрыск контролирующей детонацию жидкости, основанного на различных ограничениях режимов работы двигателя.

На этапе 802 можно определить значение запаздывания зажигания и количество впрыск контролирующей детонацию жидкости, исходя из рабочих режимов двигателя и предварительно определенного порогового уровня (или предварительно определенное значение запаздывания), как это уже было подробно показано на Фиг.5А, Фиг.5B. На этапе 804 можно определить, есть ли какие-либо ограничения крутящего момента. В одном варианте могут присутствовать ограничения крутящего момента при условиях низкой скорости и низкой нагрузки. Как это, например, показано в зоне 706 на Фиг.7. На этапе 806 можно устранить ограничения крутящего момента, регулируя пороговый уровень таким образом, что значение запаздывания зажигания уменьшается при увеличении количества впрыск контролирующей детонацию жидкости. Например, установку момента зажигания можно продвинуть по направлению к значению МВТ, когда крутящий момент двигателя ниже затребованного (например, затребованного водителем) крутящего момента. Кроме того, при таких условиях можно использовать многократные впрыскивания контролирующей детонацию жидкости в такте сжатия для устранения переходных режимов крутящего момента. Например, можно увеличить количество впрысков в такте сжатия, когда крутящий момент двигателя ниже затребованного крутящего момента.

На этапе 808 можно определить, есть ли какие-либо ограничения температуры выхлопных газов. В одном варианте настоящего изобретения высокие температуры выхлопных газов могут возникнуть при условиях высоких и очень высоких скоростей и нагрузок, как это показано в зонах 702 и 703 на Фиг.7. При таких условиях использование запаздывания зажигания может привести к высоким температурам выхлопных газов. В противоположность этому прямо впрыскиваемая контролирующая детонацию жидкость может обеспечить действие охлаждения воздуха, что уменьшит детонацию и запаздывание зажигания, что приведет к пониженным температурам выхлопных газов. Повышенные температуры выхлопных газов могут привести к появлению проблем, связанных с турбокомпрессором из-за повышенных температур на входе турбины. На этапе 810 ограничения по температуре выхлопных газов можно устранить, регулируя пороговый уровень таким образом, что значение запаздывания зажигания уменьшают при увеличении количества контролирующей детонацию жидкости. В частности, установку момента зажигания искры можно продвинуть по направлению к значению МВТ, так как температура выхлопных газов превышает верхний предел, когда УОЗ задержано дальше от значения МВТ, так как температура выхлопных газов падает ниже нижнего порога. В некоторых условиях, таких как очень высокая скорость и нагрузка, запаздывание зажигания может не использоваться (то есть установка УОЗ может удерживаться на МВТ) в то время как впрыскиванием контролирующей детонацию жидкости выполняются практически все требования по октану. В одном варианте, где впрыскиваемой жидкостью является этанольное топливо Е85, можно устранить ограничения температуры выхлопных газов, по меньшей мере, временной работой на этанольном топливе. Более того, увеличение прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости может обеспечить использование многократного впрыскивания контролирующей детонацию жидкости в такте сжатия.

На этапе 812 можно определить, есть ли какие-либо ограничения по твердым частицам (РМ). В одном варианте повышенные выбросы твердых частиц могут возникнуть при высоких и очень высоких скоростях и нагрузке, как это показано в зонах 702 и 703 на Фиг.7. При таких условиях использование запаздывания зажигания может увеличить количество несгоревшего топлива в выхлопной трубе, что приведет к повышенным выбросам твердых частиц. В противоположность этому этанольные топлива могут по своему существу производить нижние уровни твердых частиц. Ограничения по твердым частицам можно устранить на этапе 810, регулируя пороговый уровень таким образом, чтобы значение запаздывания зажигания уменьшалось во время увеличения количества контролирующей детонацию жидкости. В частности УОЗ можно продвинуть по направлению к значению МВТ, так как в этот момент происходит увеличение уровня выброса выхлопных твердых частиц (например, если это количество превышает пороговый уровень).

На этапе 814 можно определить, есть ли вероятность преждевременного воспламенения. В одном варианте настоящего изобретения преждевременное воспламенение может возникнуть при низких скоростях и режимах высокой нагрузки, как это показано в зоне 704 на Фиг.7. При таких условиях использование запаздывания зажигания может увеличить случаи возникновения преждевременного воспламенения. В противоположность этому этанольные топлива могут производить эффект охлаждения воздуха, которое может уменьшить вероятность возникновения преждевременного воспламенения. Таким образом, на этапе 810 можно устранить ограничение по преждевременному воспламенению. Регулируя пороговый уровень таким образом, что значение запаздывания зажигания сокращается при увеличении количества контролирующей детонацию жидкости. В одном варианте вероятность преждевременного воспламенения можно вывести из интенсивности детонации. В этом документе такое регулирование может включать в себя продвижение УОЗ по направлению к значению МВТ, так как интенсивность детонации превышает пороговый уровень преждевременного воспламенения.

На этапе 816 можно определить, есть ли какие-либо ограничения по охлажденной EGR. В одном варианте настоящего изобретения можно ограничить охлажденную EGR при условиях низкой скорости и низкой нагрузки, как это показано в зоне 705 на Фиг.7. При таких условиях впрыскивание вторичной жидкости, например этанольного топлива, воды или жидкости для стеклоомывателя, может привести к обедняющему эффекту, который может быстро обеспечить необходимое обеднение при ограничении по охлажденной EGR. В частности при режимах нагрузки со средней скоростью уровень охлажденной EGR является не таким высоким, как это требуется, затем впрыскиванием контролирующей детонацию жидкости можно обеспечить немедленное получение необходимого обеднения во время увеличении потока EGR. Регулирование впрыска контролирующей детонацию жидкости в соответствии с Фиг.12 для обеспечения необходимого обеднения в дальнейшем подробно описано в связи с Фиг.12. Таким образом, на этапе 818 значение запаздывания зажигания можно увеличить в том случае, если запаздывание зажигания еще не ограничено. Однако если запаздывание зажигания уже ограничено, то ограничение по охладителю EGR можно устранить, сохраняя запаздывание зажигания и увеличивая количество контролирующей детонацию жидкости (например, воды), впрыскиваемой в цилиндр.

На этапе 820 можно определить, является ли система охлаждения двигателя интеллектуальной системой охлаждения. Таким образом, интеллектуальные системы можно настраивать для обеспечения множества установок для температур двигателя, исходя из множества установок температуры охлаждающей жидкости двигателя. Если система является интеллектуальной, то на этапе 8200 контроллер может настроить интеллектуальные системы охлаждения для работы охлаждающих систем двигателя при первой установке низшей температуры двигателя во время запаздывания времени зажигания (то есть перед точкой порогового уровня), и при второй установке высшей температуры двигателя во время прямого впрыскивания (то есть после точки порогового уровня). Используя низшую установку ЕСТ с запаздыванием зажигания и высшую установку ЕСТ с впрыскиванием топлива, можно улучшить рабочие характеристики двигателя.

На этапе 824 контроллер может управлять двигателем с устраненной детонацией, используя задержанный до порогового уровня УОЗ и после задержанной до порогового уровня искры зажигания, увеличивая прямое впрыскивание контролирующей детонацию жидкости, сохраняя УОЗ на пороговом уровне.

Обращаясь к Фиг.10 и 11, здесь показаны примерные настройки задержания УОЗ и увеличения прямого впрыска контролирующей детонацию жидкости в ответ на детонацию. В частности эти примеры показывают настройки, исходя из количества прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости в связи с длительностью импульса прямого инжектора.

На схеме 1000 на Фиг.10 изменения в запаздывании УОЗ (задержки зажигания) показаны на графике 1002, тогда как изменения в количестве впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости показаны на графике 1104. При первом условии при tl в ответ на индикацию детонации (обозначено стрелкой) УОЗ можно задержать (то есть можно увеличить запаздывание зажигания) до предварительно определенной установки 1003 (то есть до предварительно определенного значения запаздывания). В то же время можно сохранить количество прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости. При t2 после того, как УОЗ достигнет предварительно определенного значения запаздывания или предварительно определенной установки 1003, можно сохранить установку зажигания на предварительно определенном значении запаздывания, тогда как количество прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости увеличивается. Таким образом, можно определить количество прямого впрыска, исходя из рабочих режимов двигателя. Например, при первом условии, изображенном на Фиг.10, количество прямого впрыска, необходимое для устранения детонации при t2, может быть первым (большим) количеством 1008. В этом документе первое количество 1008 может быть выше минимальной длительности импульса 1006 (PWmin) прямого инжектора. При t3 в ответ на дополнительную детонацию количество прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости можно в дальнейшем увеличить, тогда как установка воспламенения искры сохраняется на предварительно определенном значении запаздывания.

Обращаясь к Фиг.11, схема 1100 описывает изменения в замедлении УОЗ (запаздывание зажигания) на графике 1102, тогда как изменения в количестве прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости показаны на графике 1104. При втором условии, при tl, в ответ на индикацию детонации, как при первом условии показано на Фиг.10, можно замедлить УОЗ (то есть можно увеличить запаздывание зажигания) до предварительно определенного значения 1003. В то же время можно сохранить количество прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости. При t2, после достижения предварительно определенного УОЗ 1003, зажигание искры можно сохранить на предварительно определенном значении, в то время как количество прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости увеличивается. При втором условии, показанном на Фиг.11, количество прямого впрыска, необходимого для устранения детонации двигателя при t2 может представлять собой второе количество (меньшее количество) 1108. В этом документе второе количество 1108 может быть меньше минимальной длительности импульса 1006 прямого инжектора. Таким образом, обеспечение второго меньшего количества прямого впрыска может быть невозможным; это количество меньше длительности импульса прямого инжектора. Таким образом, при t2 прямой инжектор может быть ограничен и может впрыскивать количество, соответствующее минимальной длительности импульса форсунки. То есть форсунка может впрыскивать количество большее, чем количество, необходимое для устранения детонации (то есть большее, чем 1108). Таким образом, для компенсирования расхождения, когда необходимое количество впрыска меньше минимальной длительности импульса прямого инжектора, можно УОЗ от предварительно определенного значения запаздывания во время увеличения количества прямо впрыскиваемой в двигатель контролирующей детонацию жидкости. Можно настроить опережение момента зажигания, исходя из расхождения между необходимым значением впрыска и длительностью импульса форсунки. Например, можно увеличить количество опережения зажигания или уменьшить количество запаздывания зажигания, так как увеличивается расхождение между количеством контролирующей детонацию жидкости, необходимой для прямого впрыска для устранения детонации, и минимальной длительностью импульса форсунки. В таком случае, при t3 в ответ на дополнительную детонацию, можно замедлить УОЗ снова до предварительно определенного значения 1003. При t4, после достижения УОЗ предварительно определенного значения, можно устранить дальнейшую детонацию, увеличивая количество прямо впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости при сохранении УОЗ на предварительно определенном значении.

Обращаясь к Фиг.12, схема 1200 показывает пример настройки прямого впрыска воды (или контролирующей детонацию жидкости, содержащей некоторое количество воды или другой воспламеняющейся жидкости) с потоком EGR для обеспечения необходимого обеднения. Регулируя прямое впрыскивание в соответствии с потоком EGR, можно обеспечить необходимое обеднение, и уменьшаются проблемы, связанные с управлением переходным режимом. Схема 1200 отображает изменения в прямо впрыскиваемом количестве воды на графике 1202, изменения в потоке EGR показаны на графике 1204, изменения в обеднении смеси в двигателе - на графике 1206, а изменения в VCT - на графике 1208. Необходимо отметить, что в то время как изображенный пример иллюстрирует использование воды в качестве контролирующей детонацию жидкости, в альтернативных вариантах контролирующей детонацию жидкостью может быть этанол, метанол или другой спирт, жидкость для стеклоочистителя или их различные комбинации.

До точки t1 можно определить необходимое обеднение на основании рабочих режимов двигателя (например, из частоты вращения двигателя и режима нагрузки). На основании требуемого обеднения, можно определить поток EGR, установку VCT и количество впрыска воды. В одном варианте настоящего изобретения при t1 может потребоваться внезапное увеличение обеднения смеси в двигателе и потока EGR. Может потребоваться увеличение потока EGR, например, во время педального увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах (которая в свою очередь ведет к увеличению нагрузки дросселя). Соответственно при t1 можно увеличить количество потока EGR. В одном примере настоящего изобретения поток EGR может представлять собой поток EGR низкого давления, полученного через канал EGR низкого давления, установленный между впуском двигателя выше по потоку, чем компрессор турбонагнетателя, и выхлопом двигателя ниже по потоку, чем турбина турбонагнетателя. Однако в альтернативных вариантах поток EGR может представлять собой поток EGR низкого давления, полученного через канал EGR высокого давления, установленный между впуском двигателя ниже по потоку, чем компрессор турбонагнетателя, и выхлопом двигателя выше по потоку, чем турбина турбонагнетателя. Можно увеличить поток EGR (график 1204) путем срабатывания клапана EGR низкого давления в канале EGR низкого давления. Однако может произойти задержка в срабатывании клапана EGR низкого давления и в увеличении потока EGR при достижении цилиндра. В частности, задержка в перемешивании газов EGR с всасываемым газом для достижения необходимого значения EGR/потока и поступление смешанного потока EGR в цилиндр может привести к переходным режимам EGR, которые могут временно понизить эффективность двигателя. Здесь для компенсирования переходных режимов EGR при t1 во время увеличения потока EGR низкого давления (например, от первого количества EGR ко второму, большему количеству EGR) можно увеличить впрыск воды относительно первого количества впрыска воды. Здесь парообразование прямо впрыскиваемой воды может обеспечить действие немедленного обеднения в цилиндре, которое компенсирует переходные режимы EGR и обеспечивает необходимое немедленное обеднение. Количество прямого впрыска может основываться на количестве EGR в потоке EGR. Затем можно уменьшить впрыск воды относительно второго количества впрыска воды, меньшего, чем первое количество. Как показано на графике 1202, скорость увеличения впрыска воды может быть более быстрой по сравнению со скоростью уменьшения впрыска воды. Регулированием и согласованием впрыска воды и потока EGR можно немедленно обеспечить необходимое обеднение.

В точке t2 в ответ на уменьшение в требуемом обеднении можно уменьшить поток EGR (например, поток EGR низкого давления). В одном варианте настоящего изобретения может потребоваться уменьшение в потоке EGR низкого давления во время педального уменьшения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. В этом документе во время уменьшения в потоке EGR низкого давления впрыск воды можно также немедленно уменьшить (разрешить немедленное уменьшение в обеднении), после которого количество впрыскиваемой воды можно постепенно увеличить.

В одном примере из-за проблем, связанных с детонацией двигателя, может потребоваться сохранение количества прямо впрыскиваемой воды в пределах верхнего порогового уровня 1201 и низшего порогового уровня 1203. Таким образом, во время увеличения или уменьшения потока EGR низкого давления можно отрегулировать поток VCT, исходя из количества впрыска жидкости и в дальнейшем из потока EGR. Например, во время уменьшения потока EGR низкого давления, инициированного при t2, когда необходимое количество впрыска воды меньше, чем низший пороговый уровень 1203, можно только уменьшить количество впрыска воды до низшего порогового уровня и удерживать на этом значении в течение периода времени между t2 и t3 (как это показано точечным участком 1207) во время замедления установки VCT (график 1208) на такой же период времени (между t2 и t3). Здесь регулированием VCT, исходя из количества прямого впрыскивания, можно удержать впрыск воды на пороговом уровне, необходимом для сохранения детонации в двигателе, в то время как необходимое обеднение смеси в двигателе обеспечивается, по меньшей мере, частично VCT. В альтернативном варианте (не показан) во время увеличения в потоке EGR низкого давления можно опередить VCT, когда необходимое количество впрыскивания воды превышает верхний предел. Здесь впрыск воды можно удержать на значении времени (например, временно) на верхнем пороговом количестве во время опережения VCT на такой же период времени. Необходимо отметить, что используемое регулирование VCT (например, запаздывание или опережение VCT) может зависеть от типа VCT. Таким образом, когда VCT представляет собой первый тип, можно использовать опережение VCT, когда VCT представляет собой второй тип, можно использовать запаздывание VCT для достижения необходимого действия обеднения.

Можно отрегулировать УОЗ в связи с нагрузкой двигателя возрастающего впрыска воды под действием увеличения в потоке EGR, исходя из потока EGR крутящего момента двигателя. Например, регулирование может включать в себя увеличение впрыска воды при низких нагрузках двигателя, когда поток EGR и вращающий момент двигателя ниже порогового уровня, и уменьшение прямого впрыска воды, когда поток EGR превышает пороговый уровень. Например, как это показано в точке t4, под действием нагрузки двигателя, меньшей порогового уровня, и потока EGR, меньшего порогового уровня, можно постепенно увеличить количество прямо впрыскиваемой воды. Здесь при низкой нагрузке двигателя в предвидении увеличения в нагрузке двигателя (например, из-за внезапного увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах) и в предвидении возрастания переходных процессов EGR из-за задержки в возрастающем потоке EGR, можно увеличить прямой впрыск воды меньшим количеством, до, по меньшей мере, частичного обеспечения некоторого обеднения смеси в двигателе, которое может потребоваться во время предвиденного увеличения в нагрузке двигателя. В альтернативных вариантах (здесь не указанных) при повышенных нагрузках двигателя (то есть, когда нагрузка двигателя и поток EGR выше порогового уровня) можно отметить уменьшение в нагрузке двигателя (например, из-за внезапного уменьшения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах). В дальнейшем, в предвидении возникающих импульсных помех EGR из задержки в уменьшении в потоке EGR можно уменьшить прямой впрыск воды меньшим количеством, до, по меньшей мере, частичного сокращения некоторого уменьшения обеднения смеси в двигателе, которое может потребоваться во время предвиденного уменьшения в нагрузке двигателя. В той или иной ситуации скорость увеличения впрыска воды может быть больше скорости уменьшения впрыска воды для лучшей компенсации переходных режимов EGR. Таким образом, в действительности можно выполнить выравнивание графика нагрузки в преддверии изменения нагрузки.

Здесь прямой впрыск воды может также включать в себя количество прямо впрыскиваемой воды, а также скорость прямого впрыска. Таким образом, количество прямого впрыска может базироваться на значении EGR в потоке EGR. Прямой впрыск воды может также регулироваться, исходя из наличия потока EGR высокого давления. Необходимо отметить, что в то время, как обозначенный пример описан в контексте прямого впрыска воды, что не означает ограничение, и что в альтернативных вариантах настоящего изобретения прямо впрыскиваемая жидкость может представлять собой жидкость для контроля детонации в двигателе, например, этанол, метанол, другие спирты, воду, бензин, жидкость для стеклоомывателя или их комбинации. Здесь можно отрегулировать значение и установку прямого впрыска, основанных по меньшей мере на обедняющем эффекте впрыскиваемой жидкости.

Таким образом, лучшего устранения проблем, связанных с управлением переходными процессами EGR, можно добиться лучшим предвидением изменений в обеднения смеси в двигателе, основанного на режимах нагрузки двигателя, и регулирования количества прямо впрыскиваемой воды в цилиндр двигателя в соответствии с потоком EGR. В дальнейшем, регулируя рабочий параметр, например VCT, опережение зажигания или наддув двигателя, исходя из количества прямо впрыскиваемой воды, можно устранить детонацию при одновременном обеспечении необходимого обеднения смеси в двигателе.

На Фиг.13 показаны примерные настройки моментов прямого впрыска по отношению к установке момента закрытия впускного клапана (IVC), с настройками дросселя для компенсирования проиллюстрированных переходных режимов крутящего момента. В частности, количество контролирующей детонацию жидкости (например, топлива, воды, этанола и др.) можно впрыснуть в двигатель, исходя из режимов работы двигателя, в то время когда можно отрегулировать угол поворота дроссельной заслонки, исходя из количества прямого впрыска жидкости и установки момента впрыска. В неограничивающем варианте жидкость для контроля детонации включает в себя воду, несмотря на то, что в альтернативных вариантах воплощения может использоваться и другая контролирующая детонацию жидкость. Схема 1300 показывает моменты прямого впрыска воды на графике 1301. В частности на графиках 1302 и 1303 изображены два примера впрыска. Таким образом, каждый момент впрыска показан в контексте по отношению к IVC. Соответствующие настройки дросселя показаны на графике 1304.

Для сравнения, на этапе 1302 показано первый прямой впрыск воды. Прямой впрыск воды можно отрегулировать, исходя из одного или более условий: детонации, необходимого обеднения смеси в двигателе и переходных режимов EGR. Таким образом, прямой впрыск воды может включать в себя регулирование установки и/или количества впрыска. В показанном примере момент первого впрыска может быть таким, что практически все количество воды впрыскивается перед IVC. Таким образом, практически все количество впрыскиваемой жидкости испаряется и занимает пространство заряда воздуха в цилиндре. В этом документе для компенсирования уменьшенного коэффициента заполнения, возникающего из-за действия заполнения цилиндра впрыскиваемой водой, можно отрегулировать открытие дросселя двигателя до первого, большего количества, исходя из количества и момента впрыскиваемой воды для достижения требуемого крутящего момента. В то время как обозначенный пример показывает момент первого впрыска полностью до IVC, в альтернативных вариантах настоящего изобретения, перед IVC может быть осуществлена по меньшей мере часть первого впрыска.

Для сравнения, на этапе 1303 показан второй прямой впрыск. В обозначенном примере момент второго впрыска, более поздний, чем момент первого впрыска, может быть таким, что практически вся вода впрыскивается после IVC. Таким образом, момент второго впрыска больше задержан от IVC, чем момент первого впрыска. Таким образом, во время захвата воздуха в цилиндре (IVC), меньшая доля впрыскиваемой воды может занять пространство заряда воздуха в цилиндре, оказав меньшее влияние на объемную эффективность. Здесь для достижения необходимого крутящего момента с повышенной объемной эффективностью можно отрегулировать дроссель двигателя до второго, меньшего количества открывания, количество, основанное на количестве и моменте впрыска воды.

Установка и количество впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости (в этом документе вода) можно отрегулировать по отношению к IVC, на основании рабочих режимов двигателя. Режимы работы двигателя могут включать в себя одно или более из условий: детонацию, необходимое обеднение смеси в двигателе и переходные режимы EGR. Таким образом, в одном примере момент впрыска можно установить с опережением IVC, когда объемная эффективность не является ограничивающим условием, также может потребоваться максимальное испарение воды и перемешивание. В другом варианте настоящего изобретения момент впрыска можно установить с запозданием после IVC, так как объемная эффективность становится ограничивающим условием по количеству впрыскиваемой воды. В другом примере момент впрыска можно установить с запозданием от IVC при увеличении детонации или увеличении необходимого обеднения смеси в двигателе. Необходимо отметить, что по мере изменения момента впрыска по отношению к IVC, может изменяться время, доступное для парообразования воды перед IVC, тем самым изменяя количество воды, испаряемой перед IVC и занимающей пространство заряда воздуха, захваченного в цилиндре. Таким образом, соотношение может быть линейным только на молярной основе. В любом случае, исходя из ожидаемого количества наполнения цилиндра, можно выполнить регулирование дросселя.

В то время как обозначенный пример дан в контексте прямого впрыска воды, это не является ограничением, в альтернативных вариантах жидкость для прямого впрыскивания может представлять собой этанол, метанол, бензин и их комбинации. Здесь можно отрегулировать количество впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости, исходя из внутреннего октана, обедняющих и парообразующих эффектов впрыскиваемого топлива. Например, количество впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости можно уменьшить по мере увеличения эффекта парообразования впрыскиваемой жидкости. В другом варианте количество впрыскиваемой жидкости можно отрегулировать, исходя молярного состава или содержания спирта во впрыскиваемой жидкости. Кроме того, здесь можно в дальнейшем отрегулировать угол поворота дроссельной заслонки двигателя, исходя из обедняющего эффекта впрыскиваемой жидкости.

Такие дополнительные установки, как одно или несколько значений VCT и EGR, можно отрегулировать как восприимчивые к количеству прямого впрыска для обеспечения необходимого обеднения смеси в двигателе. В одном примере настоящего изобретения значение VCT и/или EGR можно уменьшить по мере увеличения количества контролирующей детонацию жидкости. Таким образом, крутящий момент и переходные процессы EGR можно устранить лучшим способом.

Таким образом, регулируя пороговый уровень между использованием запаздывания зажигания и прямым впрыском контролирующей детонацию жидкости, использование жидкости может быть более разумным, а также можно получить преимущество в экономии расхода топлива. Регулируя пороговый уровень, исходя из альтернативных функций издержек, например меньших расходов по эксплуатации или самых низких выбросов выхлопных газов, можно сохранить рабочие характеристики двигателя при обеспечении преимуществ выбранной функции издержек. Согласовывая регулирования EGR, дросселя, VCT и наддува двигателя, на основании момента, количества и состава впрыскиваемой контролирующей детонацию жидкости, можно сократить переходные режимы EGR и крутящего момента при устранении детонации в двигателе.

Необходимо отметить, что описанные здесь системы и способы могут быть использованы в различных двигателях и/или в различных типах транспортных средств. Описанные специфические режимы могут представлять собой один или несколько принципов обработки, таких как принцип событийного управления, управления прерываниями, многозадачный режим, многопоточный режим и прочие. В качестве таковых, различные акты, действия или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, пропущены. Аналогично, порядок действий не является обязательным, чтобы достичь характеристик и эффекта описанных примерных вариантов выполнения, но он представлен для объяснения иллюстраций и описания. Одно или более проиллюстрированных действий или функций может быть повторено в зависимости от конкретного используемого режима. Описанные действия графически представляют систему кодирования для программирования микропроцессора и помещения в машиночитаемый носитель данных в системе контроля двигателя.

Следует понимать, что описанные здесь конфигурации и программы являются примерными по своей сути, и точное их воплощение не рассматривается как единственно возможное, так как допускаются различные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, 1-4, 1-6, V-12, оппозитному четырехцилиндровому, бензиновым, дизельным и другим видам двигателя и топлива. Предметом настоящего изобретения являются все новые и неочевидные комбинации и субкомбинации различных систем и конфигураций, и другие особенности, функции и/или свойства, описанные здесь.

В частности, приведенные далее пункты формулы изобретения показывают определенные комбинации и субкомбинации, являющиеся новыми и неочевидными. Пункты формулы изобретения могут относиться к «определенному» элементу или «первому» элементу или его эквиваленту. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более подобных элементов, без требования наличия или отсутствия двух или более подобных элементов. Другие комбинации и субкомбинации описанных характеристик, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены в качестве изменений формулы или представлением новых пунктов формулы в этой или родственной заявке.

Те пункты формулы, которые шире, точнее, совпадают или отличаются по масштабам от первоначальной формулы, также рассматриваются в составе настоящего изобретения.

1. Способ эксплуатации двигателя, содержащего канал рециркуляции выхлопных газов (EGR), установленный между впуском двигателя и выпуском двигателя, в котором регулируют нагрузку двигателя, при которой осуществляют прямой впрыск воды в цилиндр двигателя таким образом, чтобы при поступлении запроса на резкое изменение количества EGR, путем комбинации EGR с впрыскиванием воды компенсировать переходные состояния EGR и быстро обеспечить требуемый уровень разбавления смеси в цилиндре.

2. Способ по п. 1, в котором, когда количество EGR ниже порогового уровня, воду впрыскивают при более низких нагрузках двигателя.

3. Способ по п. 2, в котором прямой впрыск воды характеризуется количеством впрыскиваемой воды и скоростью впрыска, причем дополнительно обеспечивают запаздывание зажигания на заданную величину и увеличивают количество впрыскиваемой воды для подавления детонации двигателя после достижения и поддержания заданного уровня запаздывания зажигания.

4. Способ по п. 3, в котором количество впрыскиваемой воды выбирают в зависимости от количества EGR в потоке.

5. Способ по п. 4, в котором, когда поток рециркуляции выхлопных газов превышает пороговый уровень, уменьшают количество впрыскиваемой воды.

6. Способ по п. 5, в котором впрыск воды увеличивают до первого количества, а уменьшают до второго количества, меньшего, чем первое, причем скорость уменьшения впрыска воды ниже скорости увеличения впрыска воды.

7. Способ по п. 1, в котором поток рециркуляции выхлопных газов представляет собой поток рециркуляции выхлопных газов низкого давления, а канал рециркуляции выхлопных газов представляет собой канал рециркуляции выхлопных газов низкого давления, который установлен между впуском двигателя выше по потоку от компрессора турбонагнетателя и выпуском двигателя ниже по потоку от турбины турбонагнетателя.

8. Способ по п. 7, в котором двигатель дополнительно содержит канал рециркуляции выхлопных газов высокого давления, установленный между впуском двигателя ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя и выпуском двигателя выше по потоку от турбины турбонагнетателя, и в котором регулирование дополнительно выполняют на основании наличия потока рециркуляции выхлопных газов высокого давления.

9. Способ по п. 8, в котором при наличии потока рециркуляции выхлопных газов высокого давления воду впрыскивают при более высокой нагрузке двигателя.

10. Способ по п. 9, в котором в зависимости от параметров потока рециркуляции выхлопных газов и прямого впрыска воды регулируют изменяемые фазы газораспределения (VCT).