Топливная система для двигателя внутреннего сгорания и способ ее эксплуатации (варианты)
Изобретение относится к топливной системе (172) для двигателя (10) внутреннего сгорания и способу ее эксплуатации. Способ заключается в том, что во время эксплуатации цилиндра (14) с использованием топлива из первой форсунки (170) с незадействованной второй форсункой (166) увеличивают давление в топливной рампе, соединенной со второй форсункой (166). При этом давление увеличивают в зависимости от повышения температуры наконечника второй форсунки (166) до значения, превышающего пороговое значение температуры. При этом давление в топливной рампе увеличивают многократно посредством многократной подачи топлива посредством топливного насоса высокого давления, поддерживая при этом отсутствие чистого потока через вторую форсунку (166). Раскрыта топливная система для двигателя внутреннего сгорания и способ ее эксплуатации. Технический результат заключается в предотвращении образования паров топлива внутри частей форсунки, подверженных воздействию теплоты сгорания внутри цилиндров двигателя. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Изобретение относится к двигателям, оборудованным системами прямого впрыска топлива.
Уровень техники
Двигатели могут быть оборудованы различными топливными системами, используемыми для подачи необходимого количества топлива в двигатель для обеспечения горения. Один из типов топливной системы содержит форсунку впрыска во впускные каналы и форсунку прямого впрыска для каждого цилиндра двигателя. Форсунки впрыска во впускные каналы могут быть использованы для снижения объема испарения топлива и выбросов двигателя, а также для снижения потерь на перекачивание и расхода топлива при низких нагрузках. Форсунки прямого впрыска могут быть использованы при высоких нагрузках для повышения производительности двигателя и снижения расхода топлива при высоких нагрузках. Кроме того, для реализации преимуществ обоих типов подачи топлива при некоторых условиях могут быть использованы вместе форсунки впрыска во впускные каналы и форсунки прямого впрыска.
Двигатели, оснащенные форсунками впрыска во впускные каналы и форсунками прямого впрыска, могут работать без применения форсунок прямого впрыска в течение увеличенного времени. Во время неиспользования наконечники форсунок прямого впрыска подвергаются воздействию высоких температур, возникающих внутри цилиндров сгорания во время сгорания топлива, впрыскиваемого из форсунок впрыска во впускные каналы. Кроме того, повышенные температуры в форсунке прямого впрыска могут привести к испарению топлива в ней. Это может привести к дистилляции топлива внутри наконечника форсунки, в результате чего внутри форсунки будут образовываться отложения, что, в свою очередь, повлияет на срок службы форсунки прямого впрыска.
Раскрытие изобретения
Во время работы транспортного средства форсунки прямого впрыска могут охлаждаться за счет периодического впрыска топлива из форсунок прямого впрыска. Однако авторы изобретения обнаружили несколько проблем, связанных с данным подходом. По варианту предпочтительной может быть работа при максимальном устойчивом впрыске во впускные каналы (PFI) для повышения экономичности топлива и снижения объема выбросов. По другому варианту форсунки прямого впрыска могут быть соединены с ограниченным объемом топлива, в результате чего оно может закончиться и не сможет быть подано в случае необходимости постоянного впрыска топлива. Кроме того, периодичный впрыск топлива через форсунки прямого впрыска может оказаться недостаточным для предотвращения образования паров топлива внутри частей форсунки, подверженных воздействию теплоты сгорания внутри цилиндров двигателя.
По варианту некоторые из вышеописанных проблем могут быть решены с помощью способа, в котором во время работы цилиндра двигателя с использованием топлива из первой форсунки без использования второй форсунки увеличивают давление в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, в зависимости от увеличения температуры наконечника второй форсунки. Таким образом, цилиндр двигателя может работать за счет сгорания топлива из первой форсунки, не оказывая влияние на срок службы второй форсунки. За счет увеличения давления в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, в зависимости от увеличения температуры наконечника второй форсунки, данный способ может быть использован для предотвращения образования паров топлива внутри второй форсунки, например, внутри наконечника второй форсунки, которая подвергается воздействию теплоты сгорания внутри цилиндра двигателя. Благодаря предотвращению образования паров топлива данный способ может быть использован для того, чтобы не допустить возникновения дистилляции топлива в наконечнике второй форсунки, когда цилиндр двигателя работает с топливом из первой форсунки без использования второй форсунки.
По другому варианту некоторые из вышеперечисленных проблем могут быть решены с помощью топливной системы для двигателя внутреннего сгорания, содержащей группу форсунок прямого впрыска, соединенную с соответствующей группой цилиндров; первую топливную рампу, соединенную с группой форсунок прямого впрыска; топливный насос высокого давления, соединенный с первой топливной рампой; и систему управления, выполненную с инструкциями, хранящимися в запоминающем устройстве, для увеличения давления в первой топливной рампе за счет использования топливного насоса высокого давления при выполнении первого условия, когда температура наконечника одной или нескольких форсунок прямого впрыска в группе превышает первое пороговое значение. Таким образом, топливная система может быть использована для регулирования давления в первой топливной рампе в зависимости от повышенной температуры с помощью топливного насоса высокого давления. Давление в первой топливной рампе может быть отрегулировано в соответствии с температурой наконечника форсунки. Таким образом, топливный насос высокого давления может быть использован для увеличения давления в топливной рампе до уровня, который позволит жидкому топливу в первой топливной рампе оставаться в жидкой форме.
По другому варианту некоторые из вышеописанных проблем могут быть решены с помощью способа, в котором цилиндр двигателя работает на топливе из первой форсунки, без использования второй форсунки; увеличивают давление в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, в зависимости от увеличения температуры наконечника второй форсунки при первом условии; осуществляют впрыск топлива из второй форсунки в цилиндр двигателя в зависимости от увеличения температуры при втором условии. Таким образом, жидкое топливо может быть впрыснуто с помощью второй форсунки, что позволит охладить форсунку в зависимости от увеличения температуры. Кроме того, впрыск жидкого топлива может быть ограничен специфическими условиями работы, что позволит поддержать или улучшить характеристики выбросов двигателя и увеличить экономичность использования топлива во время работы.
Вышеуказанные и другие преимущества, а также отличительные признаки данного изобретения явно указаны в следующем подробном описании, которое может быть рассмотрено как отдельно, так и со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Следует понимать, что краткое описание приводится выше с целью представления в упрощенной форме отдельных принципов, которые далее изложены в подробном описании, и предназначено для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично изображен пример цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 2 схематично изображен пример многоцилиндрового двигателя.
На фиг. 3 показан пример высокоуровневой блок-схемы эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, содержащего систему впрыска топлива во впускные каналы и систему прямого впрыска в соответствии с изобретением.
На фиг. 4 показан пример высокоуровневой блок-схемы эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, содержащего систему впрыска топлива во впускные каналы и систему прямого впрыска в соответствии с изобретением.
На фиг. 5 приведен пример временной диаграммы для эксплуатации транспортного средства и системы прямого впрыска топлива.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к системам и способам работы системы прямого впрыска топлива внутри системы двигателя, где несколько топливных форсунок соединены с цилиндром двигателя. По варианту двигатель может быть выполнен, как показано на фиг. 1. Кроме того, дополнительные компоненты системы впрыска топлива по фиг. 2 могут входить в состав двигателя по фиг. 1. Способ эксплуатации системы прямого впрыска может быть реализован с помощью систем, показанных на фиг. 1 и 2, причем способ, показанный на фиг. 3, представляет собой пример способа эксплуатации форсунки прямого впрыска. На фиг. 4 показан дополнительный способ эксплуатации системы прямого впрыска топлива. Пример временной диаграммы работы системы прямого впрыска топлива, соответствующей указанным выше способу и системам, приведен на фиг. 5.
На фиг. 1 представлен вариант реализации камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться по крайней мере частично с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и с помощью входного сигнала, подаваемого водителем 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом варианте устройство 132 ввода содержит педаль газа и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр (то есть «камера сгорания») 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы обеспечить преобразование возвратно-поступательного движения данного поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен по крайней мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик для запуска двигателя 10.
Впускной воздух может поступать в цилиндр 14 по нескольким впускным каналам 142, 144 и 146. Впускной канал 146 может соединяться с другими цилиндрами двигателя 10, помимо цилиндра 14. По вариантам один или несколько впускных каналов могут содержать устройство наддува, например турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на фиг. 1 показан двигатель 10, оснащенный турбонагнетателем, который содержит компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176, работающую на выхлопных газах, которая расположена вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по крайней мере частично приводиться в движение турбиной 176, работающей на выхлопных газах с помощью вала 180, при этом устройство наддува представляет собой турбонагнетатель. Однако в других вариантах двигатель 10 может быть оборудован, например, нагнетателем, при этом турбина 176, работающая на выхлопных газах, может отсутствовать, а компрессор 174 может приводиться в движение с помощью механического входного воздействия от мотора или двигателя. Дроссель 162, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и(или) давления впускного воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку относительно компрессора 174, как показано на фиг. 1, или выше по потоку относительно компрессора 174.
Выхлопные газы могут поступать в выпускные каналы 148 из других цилиндров двигателя 10, помимо цилиндра 14. Изображенный датчик 128 выхлопных газов соединен с выпускным каналом 148 выше по потоку относительно устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может представлять собой любой подходящий датчик, обеспечивающий индикацию воздушно-топливного соотношения выхлопных газов, например, линейный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный датчик содержания кислорода или датчик содержания кислорода в выхлопных газах широкого диапазона), бистабильный датчик кислорода или EGO (как показано на фигурах), HEGO (EGO с нагревом), датчик NOx, HC или CO. Устройство 178 для снижения токсичности выхлопных газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), уловитель NOx, любые другие устройства для снижения токсичности выхлопных газов или комбинации данных устройств.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и(или) один или несколько выпускных клапанов. Например, изображенный цилиндр 14 может иметь по крайней мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по крайней мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. По варианту каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может иметь по крайней мере два впускных тарельчатых клапана и по крайней мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться с помощью контроллера 12 посредством исполнительного механизма 152. Аналогичным образом выпускной клапан 156 может управляться с помощью контроллера 12 посредством исполнительного механизма 154. При некоторых условиях контроллер 12 может генерировать разные сигналы, подаваемые на исполнительные механизмы 152 и 154, для управления открытием и закрытием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено с помощью соответствующих датчиков положения (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь электрический привод клапанов, кулачковый привод или комбинацию данных типов приводов. Установка фаз работы впускного и выпускного клапанов может осуществляться параллельно или по любому из следующих принципов: изменение фаз газораспределения на впуске, изменение фаз газораспределения на выпуске, двойное независимое изменение фаз газораспределения и фиксированные фазы газораспределения. Каждая система кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и использовать одну или несколько из ниже перечисленных систем: переключение профилей работы кулачков (CPS), изменение фаз газораспределения (VCT), регулируемая установка фаз клапанного распределения (VVT) и(или) изменение высоты подъема клапанов (VVL), которыми управляет контроллер 12 с целью изменения режимов работы клапанов. Например, по варианту цилиндр 14 может содержать впускной клапан, управляемый с помощью электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый с помощью кулачкового привода, включая CPS и(или) VCT. В других вариантах впускной и выпускной клапаны могут управляться с помощью общего исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов клапана, исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов для выполнения регулируемой установки фаз клапанного распределения.
Цилиндр 14 может обеспечивать величину сжатия, то есть соотношение между объемом цилиндра, в котором поршень 138 находится в нижней мертвой точке, и объемом цилиндра, в котором поршень 138 находится в верхней мертвой точке. Обычно величина сжатия находится в пределах от 9:1 до 10:1. Однако по вариантам в системах, в которых используются разные типы топлива, величина сжатия может быть увеличена. Это может произойти, например, при использовании высокооктанового топлива или топлива с более высокой скрытой теплотой парообразования. Также коэффициент сжатия может быть увеличен при использовании прямого впрыска за счет его влияния на детонацию двигателя.
По варианту каждый цилиндр двигателя 10 может содержать запальную свечу 192, обеспечивающую начало процесса сгорания. При выбранных условиях работы система 190 зажигания может подавать искру зажигания в цилиндр 14 сгорания с помощью запальной свечи 192 в зависимости от сигнала SA опережения зажигания от контроллера 12. Однако в некоторых вариантах запальная свеча 192 может отсутствовать, например, когда двигатель 10 может начинать процесс сгорания за счет самовоспламенения или впрыска топлива, как, например, в случае с дизельными двигателями.
По варианту каждый цилиндр двигателя 10 может иметь одну или несколько топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера изображенный цилиндр 14 имеет две топливные форсунки 166 и 170. Изображенная топливная форсунка 166 соединена непосредственно с цилиндром 14 прямого впрыска в него топлива в соответствии с шириной импульса FPW-1, полученного от контроллера 12, через электронный привод 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемый прямой впрыск (называемый в настоящем документе как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Хотя на фиг. 1 форсунка 166 показана в виде боковой форсунки, она может быть расположена над поршнем, например, рядом с запальной свечой 192. Такое положение может улучшить смешивание и сгорание при работе двигателя на спиртовом топливе благодаря низкой летучести некоторых видов спиртового топлива. По варианту форсунка может быть расположена сверху, рядом с впускным клапаном для улучшения смешивания. Топливо может быть подано в топливную форсунку 166 с помощью топливной системы 172 высокого давления, содержащей топливный бак, топливные насосы и привод 168. По варианту топливо может быть подано с помощью одноступенчатого топливного насоса под низким давлением, причем момент прямого впрыска топлива может быть дополнительно ограничен во время такта сжатия по сравнению с ситуацией, когда используется топливная система высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливный бак может иметь датчик давления, генерирующий сигнал для контроллера 12.
Изображенная топливная форсунка 170 расположена во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, в конфигурации, обеспечивающей впрыск топлива во впускные каналы (именуемый в настоящем документе как «PFI»), то есть во впускной канал выше по потоку относительно цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длине импульса сигнала FPW-2, полученного от контроллера 12, через электронный привод 171. Топливо может быть подано в топливную форсунку 170 с помощью топливной системы 172.
Во время одного цикла цилиндра топливо может быть подано в цилиндр с помощью обеих форсунок. Например, каждая форсунка может подавать часть от общего количества впрыскиваемого топлива, которая будет сгорать в цилиндре 14. Кроме того, распределение и(или) относительное количество топлива, поступающего из каждой форсунки, могут изменяться вместе с условиями работы, как описано ниже. Относительное распределение общего количества впрыскиваемого топлива между форсунками 166 и 170 можно назвать первым соотношением объемов впрыска. Например, впрыск большего количества топлива для цикла сгорания через форсунку 170 (впрыска во впускные каналы) может представлять собой пример повышенного первого соотношения между объемом впрыска во впускные каналы и объемом прямого впрыска, а впрыск большего количества топлива для цикла сгорания через форсунку 166 (прямого впрыска) может представлять собой пример пониженного первого соотношения между объемом впрыска во впускные каналы и объемом прямого впрыска. Следует отметить, что это только примеры различных соотношений объемов впрыска и что могут быть использованы различные соотношения объемов впрыска. Кроме того, необходимо понимать, что топливо, впрыскиваемое во впускные каналы, может быть подано при открытом впускном клапане, при закрытом впускном клапане (то есть непосредственно до такта впуска, например, во время такта выпуска), а также при работе с открытым и закрытым впускным клапаном. Аналогичным образом топливо, впрыскиваемое напрямую, может быть подано, например, во время такта впуска и частично во время предыдущего такта выпуска, во время такта впуска и частично во время такта сжатия. Кроме того, топливо, впрыскиваемое напрямую, может быть подано в рамках однофазного или многофазного впрыска. Сюда могут быть отнесены многофазные впрыски во время такта сжатия, многофазные впрыски во время такта впуска или сочетание нескольких циклов прямого впрыска во время такта сжатия и нескольких циклов прямого впрыска во время такта впуска. При многофазном прямом впрыске относительное распределение общего количества топлива, впрыскиваемого напрямую, между (прямым) впрыском на такте впуска и (прямым) впрыском на такте сжатия, можно назвать вторым соотношением объемов впрыска. Например, впрыск большего количества топлива, впрыскиваемого напрямую, для цикла сгорания во время такта впуска может быть примером повышенного второго соотношения объемов прямого впрыска на такте впуска, а впрыск большего количества топлива, впрыскиваемого напрямую, для цикла сгорания во время такта сжатия может быть примером пониженного второго соотношения объемов прямого впрыска на такте впуска. Следует отметить, что это только примеры различных соотношений объемов впрыска и что могут быть использованы различные соотношения объемов впрыска.
В данном случае даже в рамках одного такта сгорания впрыскиваемое топливо может быть впрыснуто в разные моменты из форсунки впрыска во впускные каналы и форсунки прямого впрыска. Кроме того, для одного такта сгорания за один цикл работы двигателя могут выполняться многофазные впрыски. Многофазные впрыски могут быть выполнены во время такта сжатия, такта впуска или любого их сочетания.
В соответствии с вышесказанным на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый цилиндр может также содержать собственный набор из впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки (форсунок), запальной свечи и так далее.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь разные характеристики. Сюда можно отнести различия в размерах, например, одна форсунка может иметь большее отверстие для впрыска, чем другая. К другим различиям можно отнести, но не ограничиваясь этим, различные углы впрыскивания, различные рабочие температуры, различные направления, различные моменты впрыска, различные характеристики впрыска, различные места расположения и т.д. Кроме того, в зависимости от соотношения распределения впрыскиваемого топлива между форсунками 170 и 166, можно достичь различных результатов.
Топливная система 172 может содержать один топливный бак или несколько топливных баков. По вариантам, в которых топливная система 172 содержит несколько топливных баков, данные топливные баки могут содержать топливо одинакового качества или же топливо разного качества, например, топливо с разным составом. Данная разница может заключаться в разном содержании спирта, разном октановом числе, разной теплотой парообразования, разных смесях топлива и(или) сочетании данных характеристик и так далее. По одному варианту топливо с различным содержанием спирта может представлять собой бензин, этанол, метанол или спиртовые смеси, например, E85 (в которой содержится примерно 85% этанола и 15% бензина) или M85 (в которой содержится примерно 85% метанола и 15% бензина). Другие спиртосодержащие виды топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина и так далее. По варианту топливная система 172 может содержать топливный бак, в котором содержится жидкое топливо, например, бензин, и топливный бак, в котором содержится газообразное топливо, например, СПГ или СНГ. Топливные форсунки 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью впрыскивать топливо из одного топливного бака, из баков с разными видами топлива, из нескольких баков с одним видом топлива или из нескольких баков с разными видами топлива. Например, бак для СНГ может быть соединен с форсункой прямого впрыска, а бак с другим топливом может быть соединен с форсункой впрыска во впускные каналы.
Контроллер 12 на фиг. 1 представлен в виде микрокомпьютера, содержащего блок 106 микропроцессора, порты 108 ввода/вывода, электронный носитель для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, представляющий собой постоянное запоминающее устройство 110 в данном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114, и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, которые содержат, в дополнение к ранее описанным сигналам, сигнал массового расхода воздуха (MAF) от датчика 122 массового расхода воздуха; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 116 температуры, соединенного с охлаждающей рубашкой 118; сигналы профиля зажигания (PIP) от датчика 120 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дросселя (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) от датчика 124. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может быть сгенерирован контроллером 12 на основе сигнала PIP. Сигнал MAP о давлении в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.
На постоянное запоминающее устройство 110 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 106, для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые подразумеваются, но не перечислены конкретно. Пример способа, который может быть выполнен с помощью контроллера, показан на фиг. 3.
На фиг. 2 представлено схематичное изображение многоцилиндрового двигателя, соответствующего настоящему описанию. Как показано на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания содержит цилиндры 14, соединенные с впускным каналом 144 и выпускным каналом 148. Впускной канал 144 может содержать дроссель 162. Выпускной канал 148 может содержать устройство 178 для снижения токсичности выхлопных газов.
Цилиндры 14 могут представлять собой часть головки 201 цилиндра. На фиг. 2 изображенная головка 201 цилиндра имеет 4 цилиндра с рядным расположением. По варианту головка 201 цилиндра может иметь большее или меньшее количество цилиндров, например шесть цилиндров. По другому варианту цилиндры могут иметь V-образное или любое другое подходящее расположение.
Изображенная головка 201 цилиндра соединена с топливной системой 172. Изображенный цилиндр 14 соединен с топливными форсунками 166 и 170. Хотя показан только один цилиндр, соединенный с топливными форсунками, следует понимать, что все цилиндры 14 в головке 201 цилиндра могут быть соединены с одной или несколькими топливными форсунками. В данном варианте изображенная топливная форсунка 166 представляет собой форсунку прямого впрыска, а топливная форсунка 170 форсунку впрыска во впускные каналы. Каждая топливная форсунка может быть выполнена с возможностью подавать определенное количество топлива в определенный момент времени цикла работы двигателя в ответ на команды от контроллера 12. Для подачи горючего топлива в цилиндр 14 во время каждого цикла сгорания можно использовать одну или обе топливные форсунки. Момент и количество впрыскиваемого топлива могут регулироваться в соответствии с условиями работы двигателя. Регулировка момента и количества впрыскиваемого топлива будет рассмотрена ниже со ссылкой на фиг. 3-5.
Изображенная топливная форсунка 170 соединена с топливной рампой 206. Топливная рампа 206 может быть соединена с топливопроводом 221. Топливопровод 221 может быть соединен с топливным баком 240. Топливный насос 241 может быть соединен с топливным баком 240 и топливопроводом 221. Топливная рампа 206 может содержать несколько датчиков, в том числе датчик температуры и датчик давления, например, датчик 214 давления. Аналогичным образом топливопровод 221 и топливный бак 240 могут содержать несколько датчиков, в том числе датчики температуры и давления. Топливный бак 240 также может иметь заправочное отверстие.
По варианту топливный бак 240 может содержать газообразное топливо, например, СПГ, метан, СНГ, газообразный водород и так далее. По вариантам, в которых топливный бак 240 содержит газообразное топливо, клапан бака может быть соединен с топливопроводом 221 выше по потоку относительно топливного насоса 241. Клапан топливопровода может быть соединен с топливопроводом 221 выше по потоку относительно клапана бака. Регулятор давления может быть соединен с топливопроводом 221 выше по потоку относительно клапана топливопровода. Топливопровод 221 также может быть соединен с коалесцирующим фильтром, а также может включать в себя предохранительный клапан, расположенный выше по потоку относительно топливной рампы 206.
Изображенная топливная форсунка 166 соединена с топливной рампой 205. Топливная рампа 205 может быть соединена с топливопроводом 220. Топливопровод 220 может быть соединен с топливным баком 250. Топливный насос 251 может быть соединен с топливным баком 250 и топливопроводом 220. Топливная рампа 205 может включать в себя несколько датчиков, в т.ч. датчик температуры и датчик давления, например датчик 213 давления. Аналогичным образом топливопровод 220 и топливный бак 250 могут содержать несколько датчиков, в т.ч. датчики температуры и давления. Топливный бак 250 также может иметь заправочное отверстие. По варианту топливный бак 250 может содержать жидкое топливо, например, бензин, дизельное топливо, этанол, E85 и так далее. По вариантам, в которых топливный бак 250 содержит жидкое топливо, а топливный бак 240 содержит газообразное топливо, топливная рампа 205 может представлять собой топливную рампу высокого давления, а топливная рампа 206 может представлять собой топливную рампу низкого давления.
Топливная система, представленная на фиг. 1 и 2, может представлять собой топливную систему для двигателя внутреннего сгорания, содержащую группу форсунок прямого впрыска, соединенную с соответствующей группой цилиндров; первую топливную рампу, соединенную с группой форсунок прямого впрыска; топливный насос высокого давления, соединенный с первой топливной рампой; систему управления, использующую инструкции, хранящиеся в запоминающем устройстве, для увеличения давления в первой топливной рампе за счет использования топливного насоса высокого давления при выполнении первого условия, когда температура наконечника одной или нескольких форсунок прямого впрыска в группе превышает первое пороговое значение. По варианту первое условие предусматривает ситуацию, когда массовый расход топлива через форсунку прямого впрыска практически равен нулю. В настоящем документе термин «практически равен нулю» включает в себя массовый расход топлива, установленный, например, с помощью контроллера. По варианту через форсунку прямого впрыска утекать небольшое количество топлива, при этом массовый расход топлива можно будет считать практически равным нулю. Например, расход утечки может быть менее 1% от общего количества топлива, поступающего в цилиндр двигателя, при этом поток будет практически равен нулю. В некоторых примерах первое условие может также включать в себя нагрузку на двигатель, уровень которой ниже второго порогового значения.
Система управления также может использовать инструкции, хранящиеся на запоминающем устройстве, для увеличения потока топлива через первую топливную рампу при выполнении второго условия, когда температура наконечника одной или нескольких форсунок прямого впрыска в группе превышает первое пороговое значение. По варианту второе условие может предусматривать ситуацию, когда массовый расход топлива через форсунку прямого впрыска практически равен нулю, а также ситуацию, когда нагрузка на двигатель превышает второе пороговое значение. По другому варианту система управления может также использовать инструкции, хранящиеся на запоминающем устройстве, для оценки температуры наконечника одной или нескольких форсунок прямого впрыска в группе на основе условий работы двигателя; определения давления паров топлива, содержащегося в первой топливной рампе на основе оценочного значения температуры; выдачи команды на установку предпочтительного давления в топливной рампе, при этом предпочтительное давление в топливной рампе основано на давлении паров топлива. Предпочтительное давление в топливной рампе может соответствовать давлению, достаточному для предотвращения образования паров топлива в наконечнике одной или нескольких форсунок прямого впрыска в группе. В некоторых вариантах система управления может использовать инструкции для оценки температуры самого горячего элемента топливной системы прямого впрыска, контактирующего с топливом. В неиспользуемой топливной системе прямого впрыска, данным элементом обычно является наконечник форсунки, однако это может быть другая часть топливной системы прямого впрыска.
В некоторых вариантах система также может содержать группу форсунок впрыска во впускные каналы, соединенную с соответствующей группой цилиндров; вторую топливную рампу, соединенную с группой форсунок впрыска во впускные каналы; топливный насос низкого давления, соединенный со второй топливной рампой. Система управления также может использовать инструкции, хранящиеся на запоминающем устройстве, для подачи команды на установку количества топлива, проходящего через группу форсунок прямого впрыска таким образом, чтобы оно было меньше или равно 10% от общего количества топлива, поступающего в группу цилиндров.
Таким образом, цилиндр двигателя может работать в течение увеличенного времени, используя топливо из форсунки впрыска во впускные каналы и не используя топливо из форсунки прямого впрыска. В зависимости от увеличения полученного значения температуры на наконечнике первой топливной форсунки данный наконечник может быть охлажден за счет впрыска топлива через первую топливную форсунку при соблюдении определенных условий работы двигателя, например, при высокой нагрузке на двигатель. При выполнении других условий, например, при низкой или нормальной нагрузке на двигатель, давление в топливной рампе высокого давления может быть увеличено для предотвращения образования паров топлива. Технический результат использования такой системы заключается в том, что топливная форсунка может охлаждаться либо за счет впрыска топлива (в частности, за счет относительно низкого коэффициента впрыска через топливную систему прямого впрыска), либо за счет создания высокого давления топлива для предотвращения дистилляции топлива во время периодов неиспользования.
На фиг. 3 показан пример способа 300 работы двигателя 10 внутреннего сгорания, изображенного на фиг. 1 и 2. Способ 300 может представлять собой машиночитаемые инструкции, хранящиеся в системе управления и выполняемые контроллером, например контроллером 12 с фиг. 1. На этапе 305 способ 300 может начинаться с определения условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут содержать скорость вращения двигателя, нагрузку на двигателя, давление MAP, давление MAF, уровни топлива, давление окружающей среды, показания бортового датчика (например, показания от датчиков давления и температуры), а также рабочее состояние топливной системы.
На этапе 310 способ 300 может содержать определение того, превышает ли текущий чистый поток топлива через форсунку прямого впрыска нулевое значение. Определение текущего чистого потока топлива может предусматривать оценку состояния каждой форсунки 166 прямого впрыска и(или) состояния потока топлива через первую топливную рампу 205, показанную на фиг. 2. При наличии чистого потока топлива через одну или несколько форсунок прямого впрыска способ 300 переходит на этап 312. На этапе 312 способ 300 может содержать поддержание текущего профиля впрыска, которое может содержать поддержание профиля впрыска одной или нескольких форсунок впрыска во впускные каналы и(или) одной или нескольких форсунок прямого впрыска.
При отсутствии чистого потока топлива через одну или несколько форсунок 166 прямого впрыска способ 300 переходит на этап 315. На этапе 315 способ 300 может содержать оценку температуры наконечника форсунки прямого впрыска, например наконечника форсунки 166 прямого впрыска. Может быть оценена температура одного или нескольких наконечников форсунок прямого впрыска. Оценка температуры наконечника форсунки прямого впрыска может предусматривать моделирование температуры наконечника в виде зависимости от измеряемых условий работы двигателя. Измеряемые условия работы двигателя могут содержать температуру охлаждающей жидкости двигателя, скорость работы насоса для охлаждающей жидкости, заряд воздуха в цилиндре, скорость вращения двигателя, степень охлаждения заряда, расход через топливную форсунку прямого впрыска для жидкого топлива, температура заряда в коллекторе или другие аналогичные условия. Наконечник форсунки прямого впрыска нагревается во время циклов сгорания в цилиндре 14. Увеличение заряда воздуха в цилиндре 14 приводит к увеличению температуры наконечника форсунки. Аналогичным образом увеличение скорости вращения двигателя приводит к повышению температуры на наконечнике форсунки. Увеличение температуры воздуха в цилиндре до сжатия приводит к увеличению температуры воздуха до сгорания. Форсунка прямого впрыска охлаждается за счет переноса тепла через металлическую часть головки цилиндра, которая может контактировать с охлаждающей рубашкой двигателя. Таким образом, температура охлаждающей жидкости и скорость работы насоса для охлаждающей жидкости могут повлиять на способность отвода тепла и на температуру наконечника форсунки.
На этапе 320 способ 300 может предусматривать определение того, превышает ли оценочное значение температуры наконечника пороговое значение температуры. Пороговое значение температуры может представлять собой заранее заданное значение температуры или может быть определено с помощью функции зависимости от условий работы двигателя. Если оценочное значение температуры наконечника не превышает пороговое значение температуры, способ 300 переходит на этап 312. На этапе 312 способ 300 может содержать поддержание текущего профиля впрыска, которое может включать в себя поддержание профиля впрыска одной или нескольких форсунок впрыска во впускные каналы и(или) одной или нескольких форсунок прямого впрыска.
Если оценочное значение температуры наконечника превышает пороговое значение температуры, способ 300 переходит на этап 325. На этапе 325 способ 300 может включать в себя определение того, превышает ли скорость вращения двигателя и(или) нагрузка на двигатель пороговое значение. Пороговое значение представлять собой заранее заданное значение или может быть определено с помощью функции зависимости от условий работы двигателя. Если скорость вращения двигателя и(или) нагрузка на двигатель не превышает пороговое значение, способ 300 переходит на этап 327. На этапе 327 способ 300 может содержать регулировку давления в топливной рампе. Пример подпроцедуры регулировки давления в топливной рампе будет рассмотрен ниже со ссылкой на фиг. 4.
Если скорость вращения двигателя и(или) нагрузка на двигатель превышает пороговое значение, способ 300 переходит на этап 330. На этапе 330 способ 300 может содержать работу топливной форсунки прямого впрыска. Таким образом, жидкое топливо, проходящее через наконечник форсунки, будет охлаждать наконечник. Количество впрыскиваемого топлива представляет собой заранее заданное значение или может быть определено с помощью функции зависимости от условий работы двигателя. Например, общее количество впрыскиваемого жидкого топлива, проходящего через форсунку прямого впрыска, может быть отрегулировано таким образом, чтобы оно было меньше или равно 10% от общего количества топлива, потребляемого двигателем. Количество жидкого топлива может быть определено в соответствии с предпочтительной температурой наконечника форсунки. В некоторых случаях прямой впрыск жидкого топлива может выполняться через постоянные установленные интервалы для обеспечения регулировки температуры наконечника форсунки. После этого способ 300 может быть завершен.
Способ 300 или любые другие эквивалентные способы могут выполняться независимо или в виде подпроцедуры для другого способа работы двигателя. Способ 300 может быть выполнен циклически в течение рабочего периода транспортного средства или запускаться при возникновении определенных условий работы.
Высокоуровневая блок-схема по фиг. 3 (а также высокоуровневая блок-схема по фиг. 4) может быть использована в одном или нескольких способах. По варианту способ, в котором цилиндр двигателя эксплуатируют на топливе из первой форсунки, без использования второй форсунки; увеличивают давление в топливной рампе, соединенной со второй форсункой в зависимости от увеличения температуры наконечника второй форсунки при выполнении первого условия; прекращают работу без топлива, впрыскиваемого из второй форсунки, и начинают впрыск топлива из второй форсунки в цилиндр двигателя в зависимости от увеличения температуры при выполнении второго условия. По варианту первое условие может содержать нагрузку на двигатель, уровень которой ниже порогового значения нагрузки, а второе условие может содержать нагрузку на двигатель, уровень которой выше порогового значения нагрузки. В некоторых вариантах первое условие может содержать скорость вращения двигателя, уровень которой ниже порогового значения скорости, а второе условие может содержать скорость вращения двигателя, уровень которой выше порогового значения скорости.
Таким образом, наконечник форсунки может быть охлажден за счет впрыска жидкого топлива при выполнении условий работы двигателя, содержащих высокую скорость вращения или нагрузку на двигатель. При выполнении условий работы двигателя, содержащих низкую или нормальную скорость вращения или нагрузку на двигатель, давление в топливной рампе может быть повышено для того, чтобы предотвратить образование паров топлива в наконечнике форсунки, что позволит предотвратить дистилляцию топлива в наконечнике форсунки. Технический эффект данного способа заключается в том, что таким образом может быть увеличен срок службы форсунки без необходимости впрыска жидкого топлива, кроме ситуаций, когда возникает высокая нагрузка на двигатель или высокая скорость вращения двигателя.
На фиг. 4 показан пример способа 400 работы двигателя 10 внутреннего сгорания, изображенного на фиг. 1 и 2. Способ 400 может представлять собой машиночитаемые инструкции, хранящиеся в системе управления и выполняемые контроллером, например, контроллером 12 с фиг. 1. Способ 400 может выполняться независимо или в виде подпроцедуры другого способа работы двигателя, например способа 300. Способ 400 может быть выполнен циклически в течение рабочего периода транспортного средства или запускаться при возникновении определенных условий работы.
Способ 400 может начаться с этапа 405 с определения условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут содержать скорость вращения двигателя, нагрузку на двигателя, давление MAP, давление MAP, уровни топлива, давление окружающей среды, показания бортового датчика (например, показания от датчиков давления и температуры), а также рабочее состояние топливной системы.
На этапе 410 способ 400 может предусматривать определение того, превышает ли текущий чистый поток топлива через форсунку прямого впрыска нулевое значение. Определение текущего чистого потока топлива может предусматривать оценку состояния каждой форсунки 166 прямого впрыска и(или) состояния потока топлива через первую топливную рампу 205, показанную на фиг. 2. При наличии чистого потока топлива через одну или несколько форсунок прямого впрыска способ 400 переходит на этап 412. На этапе 412 способ 400 может предусматривать поддержание текущего профиля впрыска, которое может содержать поддержание профиля впрыска одной или нескольких форсунок впрыска во впускные каналы и(или) одной или нескольких форсунок прямого впрыска.
При отсутствии чистого потока топлива через одну или несколько форсунок 166 прямого впрыска способ 400 переходит на этап 415. На этапе 415 способ 400 может содержать оценку температуры наконечника форсунки прямого впрыска, например, наконечника форсунки 166 прямого впрыска. Может быть оценена температура одного или нескольких наконечников форсунок прямого впрыска. Оценка температуры наконечника форсунки прямого впрыска может предусматривать моделирование температуры наконечника в виде зависимости от измеряемых условий работы двигателя. Измеряемые условия работы двигателя могут содержать температуру охлаждающей жидкости двигателя, скорость работы насоса для охлаждающей жидкости, заряд воздуха в цилиндре, скорость вращения двигателя, степень охлаждения заряда, расход через топливную форсунку прямого впрыска для жидкого топлива, температуру заряда в коллекторе или другие аналогичные условия.
На этапе 420 способ 400 может предусматривать определение давления паров топлива. Давление паров топлива может представлять собой давление топлива, находящегося в данный момент в топливном баке 250 (и, следовательно, давление топлива, находящегося в данный момент в топливном баке 205), или может представлять собой давление самого летучего топлива, подаваемого с помощью системы прямого впрыска для жидкого топлива. Значение давления паров топлива может быть определено по справочной таблице или аналогичным данным, которые могут быть получены контроллером 12.
На этапе 425 способ 400 может предусматривать определение предпочтительного давления в топливной рампе. Предпочтительное давление в топливной рампе может представлять собой функцию зависимости от предпочтительного давления паров топлива. Например, предпочтительное давление в топливной рампе может быть равно сумме значений предпочтительного давления паров топлива и дополнительного значения давления, равного заранее заданному запасу. Предпочтительное давление в топливной рампе может соответствовать достаточно большому давлению для того, чтобы предотвратить образование паров топлива внутри форсунки прямого впрыска. Таким образом можно предотвратить дистилляцию топлива в наконечнике форсунки. Наиболее подверженной дистилляции является самая горячая часть наконечника форсунки (выше по потоку относительно клапана или иглы форсунки). Предпочтительное давление в топливной рампе, необходимое для предотвращения образования паров топлива, может быть значительно большим, чем для топливных рамп высокого давления, соответствующих промышленным стандартам, в результате чего обычно давление в топливной рампе увеличивается до достаточно высокого уровня для предотвращения образования паров топлива в большей части топливной рампы, но не может регулировать давление в топливной рампе для предотвращения образования паров топлива в местах с самой высокой температурой. По варианту предпочтительное давление в топливной рампе может быть определено как большее значение из минимального давления в топливной рампе, необходимого для предотвращения образования паров топлива в наконечнике форсунки, и минимального целевого значения давления в топливной рампе. В данном случае, во время использования или через небольшое время после завершения работы топливной форсунки прямого впрыска, наконечник форсунки может быть холодным, в результате чего минимальное давление в топливной рампе, необходимое для предотвращения образования паров топлива в наконечнике форсунки, может быть относительно низким. Вместо выдачи команды на установку предпочтительного давления в топливной рампе в данное относительно низкое значение, в качестве предпочтительного давления в топливной рампе может быть выбрано минимальное целевое значение давления в топливной рампе. Минимальное целевое значение давления в топливной рампе может быть заранее заданным или может быть определено с помощью функции зависимости от условий работы двигателя. Пример способа расчета предпочтительного значения давления в топливной рампе будет рассмотрен ниже со ссылкой на фиг. 5.
На этапе 430 способ 400 может предусматривать определение того, является ли текущее давление в топливной рампе большим или равным предпочтительному давлению в топливной рампе. Текущее давление в топливной рампе может быть определено с помощью показаний датчика давления в топливной рампе, например датчика 213 давления, изображенного на фиг. 2. Если текущее значение давления в топливной рампе больше или равно предпочтительному значению давления в топливной рампе, способ 400 переходит на этап 432. На этапе 432 способ 400 может предусматривать определение того, является ли текущее давление в топливной рампе большим или равным максимально допустимому давлению в топливной рампе. Максимально допустимое давление в топливной рампе может представлять собой заранее заданное значение давления или может быть определено с помощью функции зависимости от условий работы двигателя. Если текущее значение давления в топливной рампе меньше максимально допустимого давления в топливной рампе, способ 400 переходит на этап 412. На этапе 412 способ 400 может предусматривать поддержание текущего профиля впрыска, которое может содержать поддержание профиля впрыска одной или нескольких форсунок впрыска во впускные каналы и(или) одной или нескольких форсунок прямого впрыска. После этого способ 400 может быть завершен. Если текущее значение давления в топливной рампе больше или равно максимально допустимому давлению в топливной рампе, способ 400 переходит на этап 434. На этапе 434 способ 400 может включать в себя работу топливной форсунки прямого впрыска. Таким образом, наконечник форсунки будет охлаждаться за счет жидкого топлива, а предпочтительное значение давления в топливной рампе будет понижаться. После этого способ 400 может быть завершен.
Если текущее значение давления в топливной рампе ниже предпочтительного давления в топливной рампе, как указано в описании этапа 430, способ 400 переходит на этап 435. На этапе 435 способ 400 может предусматривать определение объема топлива, необходимого для увеличения давления в топливной рампе до предпочтительного значения давления в топливной рампе. На этапе 440 способ 400 может предусматривать работу топливного насоса для обеспечения прямого впрыска определенного количества топлива в топливную рампу прямого впрыска. После этого способ 400 может быть завершен.
Высокоуровневая блок-схема по фиг. 4 (а также высокоуровневая блок-схема по фиг. 3) может быть использована в одном или нескольких способах. По варианту в соответствии со способом увеличивают давление в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, в зависимости от увеличения температуры наконечника второй форсунки во время работы цилиндра двигателя с использованием топлива из первой форсунки без использования второй форсунки. При работе цилиндра двигателя на топливе из первой форсунки, без использования второй форсунки, во время цикла сгорания в цилиндре сгорает только топливо из первой форсунки, при этом во время цикла сгорания, содержащего такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска, топливо из второй форсунки не поступает. По варианту вторая форсунка может представлять собой форсунку прямого впрыска, а первая форсунка может представлять собой форсунку впрыска во впускные каналы. Давление в топливной рампе может быть увеличено в зависимости от увеличения давления паров топлива, причем давление паров топлива увеличивается в соответствии с увеличением температуры наконечника второй форсунки. Топливная рампа может быть выполнена с возможностью хранения жидкого топлива под высоким давлением. По варианту давление в топливной рампе может увеличиваться в ответ на увеличение предпочтительного давления в топливной рампе, при этом предпочтительное давление в топливной рампе соответствует давлению, достаточному для предотвращения образования паров топлива в наконечнике второй форсунки. Увеличение давления в топливной рампе также может предусматривать работу топливного насоса, соединенного с топливной рампой. По варианту в соответствии со способом также могут определять объем топлива, достаточного для увеличения давления в топливной рампе до предпочтительного значения давления в топливной рампе; и подавать команду на топливный насос для подачи некоторого объема топлива в топливную рампу.
Таким образом, цилиндр двигателя может работать в течение увеличенного времени за счет сгорания топлива из первой форсунки, не оказывая влияние на срок службы второй форсунки. За счет увеличения давления в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, в зависимости от увеличения температуры наконечника второй форсунки, данный способ может быть использован для предотвращения образования паров топлива внутри второй форсунки, например, внутри наконечника второй форсунки, которая подвергается воздействию теплоты сгорания внутри цилиндра двигателя. За счет предотвращения образования паров топлива данный способ может быть использован для предотвращения возникновения дистилляции топлива в наконечнике второй форсунки, когда цилиндр двигателя работает с топливом из первой форсунки без использования второй форсунки.
На фиг. 5 представлены графики временной диаграммы 500 работы двигателя и работы форсунки прямого впрыска. Временная диаграмма 500 включает в себя график изменения текущего давления в топливной рампе, показанного с помощью линии 501. Временная диаграмма 500 также содержит графики изменения предпочтительного давления в топливной рампе, показанного с помощью линии 502, минимального давления в топливной рампе, необходимого для предотвращения образования паров в наконечнике топливной форсунки, показанного с помощью линии 503, минимального целевого давления в топливной рампе, показанного с помощью линии 504, и максимально допустимого давления в топливной рампе, показанного с помощью линии 505. Временная диаграмма 500 также содержит график изменения потока прямого впрыска топлива, показанного с помощью линии 506. С помощью линии 506 показано два рабочих состояния, когда поток топлива превышает нулевое значение и когда поток топлива равен нулевому значению. Временная диаграмма 500 дополнительно содержит график изменения температуры наконечника форсунки, показанного с помощью линии 507. Например, линия 507 может представлять собой оценочное значение температуры наконечника форсунки, как описано выше со ссылкой на фиг. 3 и 4. На временной диаграмме 500 также показано пороговое значение 508 температуры наконечника форсунки. Например, пороговое значение 508 может представлять собой пороговое значение, описанное выше со ссылкой на этап 315 с фиг. 3. Временная диаграмма 500 также содержит график изменения нагрузки на двигатель, показанной с помощью линии 509, также на нем представлено пороговое значение 510 нагрузки на двигатель. Например, пороговое значение 510 может представлять собой пороговое значение, описанное выше со ссылкой на этап 325 с фиг. 3.
В момент t0 времени расход топлива, подаваемого через форсунку прямого впрыска, выше 0, температура наконечника форсунки ниже порогового значения 508 температуры. Таким образом, для снижения температуры наконечника форсунки не требуется выполнение дополнительных действий. В момент t1 расход топлива, подаваемого через форсунку прямого впрыска, становится равным 0. Между моментами t1 и t2 времени температура наконечника форсунки ниже порогового значения 508 температуры, а текущее давление в топливной рампе равно предпочтительному давлению в топливной рампе, соответственно, для снижения температуры наконечника форсунки не требуется выполнение дополнительных действий.
В момент t2 времени расход топлива, подаваемого через форсунку прямого впрыска, равен 0. Двигатель может работать только с помощью топлива, впрыскиваемого через систему впрыска во впускные каналы. В данном случае оценочное значение температуры наконечника форсунки увеличивается, как показано с помощью линии 507. По мере увеличения температуры наконечника форсунки минимальное давление в топливной рампе, необходимое для предотвращения образования паров топлива в наконечнике топливной форсунки, также увеличивается, как показано с помощью линии 503. В момент t2 времени минимальное давление в топливной рампе, необходимое для предотвращения образования паров топлива в наконечнике топливной форсунки, становится больше минимального целевого давления в топливной рампе, как показано с помощью линии 504. Как было сказано выше со ссылкой на фиг. 4, предпочтительное давление в топливной рампе может быть установлено равным большему значению из минимального давления в топливной рампе, необходимого для предотвращения образования паров топлива в наконечнике топливной форсунки, и минимального целевого значения давления в топливной рампе. Между моментами t2 и t3 времени расход топлива, подаваемого через форсунку прямого впрыска, равен 0, а предпочтительное давление в топливной рампе (502) увеличивается одновременно с увеличением оценочного значения температуры наконечника топливной форсунки (507). Как было сказано выше со ссылкой на фиг. 4, данные условия указывают на то, что может возникнуть необходимость увеличения давления в топливной рампе за счет добавления топлива в топливную рампу через топливный насос для прямого впрыска. Соответственно, контроллер 12 может вычислить объем топлива, необходимый для увеличения текущего давления в топливной рампе до предпочтительного давления в топливной рампе. Вычисленный объем топлива затем подают в топливную рампу прямого впрыска с помощью топливного насоса для прямого впрыска, а текущее давление прямого впрыска в топливной рампе достигает значения, уровень которого выше или равен предпочтительному давлению в топливной рампе. Таким образом, образование паров топлива во впрыскиваемом топливе может быть снижено, при этом может быть предотвращена дистилляция паров топлива.
В момент t3 времени расход топлива, подаваемого через форсунку прямого впрыска, равен 0, а температура наконечника форсунки становится больше порогового значения 508 температуры. Нагрузка на двигатель превышает пороговое значение 510 нагрузки на двигатель. Как было сказано выше со ссылкой на фиг. 3, данные условия указывают на то, что необходимо снизить температуру наконечника форсунки за счет прохождения жидкого топлива через топливную форсунку прямого впрыска. В ответ на это между моментами t3 и t4 времени расход топлива, подаваемого через форсунку прямого впрыска, станет больше 0. В результате температура наконечника форсунки опустится ниже порогового значения 508 температуры. Соответственно, минимальное давление в топливной рампе, необходимое для предотвращения образования паров топлива в наконечнике топливной форсунки, опускается ниже минимального целевого давления в топливной рампе, соответственно, предпочтительное давление в топливной рампе устанавливается равным минимальному целевому давлению в топливной рампе.
В момент t3 расход топлива, подаваемого через форсунку прямого впрыска, становится равным 0. Между моментами t4 и t5 времени температура наконечника форсунки ниже порогового значения 508 температуры, а текущее давление в топливной рампе поддерживается на предпочтительном уровне давления в топливной рампе, которое устанавливается равным минимальному целевому давлению в топливной рампе. Таким образом, для снижения температуры наконечника форсунки не требуется выполнение дополнительных действий.
В момент t5 времени расход топлива, подаваемого через форсунку прямого впрыска, равен 0, а минимальное давление в топливной рампе, необходимое для предотвращения образования паров топлива в наконечнике топливной форсунки, увеличивается до уровня, превышающего минимальное целевое давление в топливной рампе. Нагрузка на двигатель находится на уровне ниже порогового значения 509 нагрузки на двигатель. Как было сказано выше со ссылкой на фиг. 4, данные условия указывают на то, что может возникнуть необходимость увеличения давления в топливной рампе за счет добавления топлива в топливную рампу через топливный насос для прямого впрыска. Соответственно, контроллер 12 может вычислить объем топлива, необходимый для увеличения текущего давления в топливной рампе до предпочтительного давления в топливной рампе. Затем вычисленный объем топлива нагнетается в топливную рампу прямого впрыска с помощью топливного насоса для прямого впрыска. Данная операция повторяется три раза в промежутке между моментами t5 и t6 времени, при этом температура наконечника форсунки продолжает увеличиваться, пока двигатель продолжает работать только с помощью топлива, подаваемого из системы впрыска во впускные каналы.
В момент t6 времени предпочтительное давление в топливной рампе возрастает до значения, превышающего или равного максимально допустимому давлению в топливной рампе, показанного с помощью линии 505. Как было сказано выше со ссылкой на фиг. 4, данные условия указывают на то, что необходимо снизить температуру наконечника форсунки за счет прохождения жидкого топлива через топливную форсунку прямого впрыска. В зависимости от этого между моментами t6 и t7 времени скорость потока прямого впрыска топлива станет больше 0. В результате температура наконечника форсунки опустится ниже порогового значения 508 температуры. Соответственно, минимальное давление в топливной рампе, необходимое для предотвращения образования паров топлива в наконечнике топливной форсунки, опускается ниже минимального целевого давления в топливной рампе и, соответственно, предпочтительное давление в топливной рампе устанавливается равным минимальному целевому давлению в топливной рампе.
По варианту давление в топливной рампе могут поддерживать на уровне предпочтительного давления в топливной рампе вне зависимости от оценочного значения температуры наконечника форсунки. Когда топливная форсунка прямого впрыска активно впрыскивает топливо в цилиндр сгорания, текущее давление в топливной рампе может опускаться ниже предпочтительного давления в топливной рампе, и после этого может быть выдана команда на возврат к предпочтительному значению давления в топливной рампе, когда топливная форсунка будет неактивна.
По варианту давление поршня топливного насоса для прямого впрыска может быть отрегулировано вместе с давлением в топливной рампе. Поддержание высокого давления в насосной камере обеспечивает эффективную смазку топливного насоса для прямого впрыска.
По некоторым вариантам работа насоса прямого впрыска может поддерживаться на уровне низкой нагрузки. Таким образом, давление поршня топливного насоса для прямого впрыска может быть увеличено без создания избыточного давления в топливной рампе, когда топливная форсунка прямого впрыска не используется.
В некоторых вариантах давление в топливной рампе может быть увеличено до предпочтительного значения давления в топливной рампе с помощью первого уровня нагрузки на топливный насос для прямого впрыска, а затем поддерживаться на уровне предпочтительного значения давления в топливной рампе с помощью второго уровня нагрузки на топливный насос для прямого впрыска, причем в этом случае нагрузка ниже, чем при первом уровне нагрузки на топливный насос для прямого впрыска. Такая конфигурация может быть предпочтительной с точки зрения снижения уровня шума топливного насоса.
По варианту контрольный и предохранительный клапаны могут быть установлены на участке между топливным насосом и топливной рампой. Таким образом, значение давления в топливной рампе по умолчанию может быть установлено с помощью команды одновременно с поддержанием постоянного давления поршня топливного насоса для прямого впрыска.
В некоторых вариантах топливная система может находиться под давлением, уровень которого всегда выше давления паров топлива. В системах, в которых поток топлива, подаваемый через систему прямого впрыска, перекрывают в моменты времени, когда двигатель работает только на топливе, впрыснутом через систему впрыска во впускные каналы, при этом требуемое давление может быть значительно выше, чем в стандартной топливной системе прямого впрыска. Предпочтительное давление в топливной рампе может представлять собой функцию зависимости от модуля объемного сжатия и(или) давления паров топлива. Например, для двигателя с боковыми топливными форсунками прямого впрыска при средних и высоких нагрузках предпочтительное давление в топливной рампе может находиться в диапазоне от 150 до 200 бар (например, давление в форсунке).
Следует отметить, что примеры процедур управления и оценки, приведенные в настоящем документе, могут быть использованы для различных двигателей и(или) конфигураций систем транспортных средств. Конкретные процедуры, приведенные в настоящем документе, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, например, управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и так далее. Также различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а некоторые из них могут быть опущены. Аналогичным образом порядок управления необязательно должен сохраняться для достижения отличительных признаков и преимуществ иллюстративных вариантов, описанного в данном документе, поскольку они были приведены для наглядности и упрощения описания. Одно или более представленных действий, операций и(или) функций может быть выполнено несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии. Также описанные действия, операции и(или) функции могут графически представлять собой программный код на постоянном машиночитаемом носителе в системе управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и последовательности операций, раскрытые в данном описании, являются примерами, и что эти конкретные варианты выполнения не следует рассматривать как ограничительные, поскольку возможны их различные варианты и модификации. Например, возможно использование описанной технологии для двигателей V6, I-4, I-6, V12, оппозитных двигателей с четырьмя цилиндрами, а также других типов двигателей. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
Все термины, применяемые в формуле изобретения, следует понимать в их наиболее широких разумных толкованиях и их обычных значениях, как это понимают специалисты в данной области техники, если иное явно не указано в описании изобретения. В частности, использование слов «какой-либо», «данный», «вышеуказанный» и т.д. надо понимать как один или несколько указанных элементов, если в формуле не указано иное.
1. Способ эксплуатации топливной системы для двигателя внутреннего сгорания, при котором во время эксплуатации цилиндра двигателя с использованием топлива из первой форсунки с незадействованной второй форсункой увеличивают давление в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, в зависимости от повышения температуры наконечника второй форсунки до значения, превышающего пороговое значение температуры, при этом давление в топливной рампе многократно увеличивают посредством многократной подачи топлива в топливную рампу посредством топливного насоса высокого давления с поддержанием отсутствия чистого потока через вторую форсунку.
2. Способ по п. 1, при котором вторая форсунка представляет собой форсунку прямого впрыска, причем применяют множество форсунок прямого впрыска, при этом давление в топливной рампе увеличивают без поддержания чистого потока через форсунки прямого впрыска.
3. Способ по п. 1, при котором давление в топливной рампе увеличивают в зависимости от увеличения давления паров топлива, причем давление паров топлива увеличивают в соответствии с увеличением температуры наконечника второй форсунки.
4. Способ по п. 1, при котором топливную рампу выполняют с возможностью удержания жидкого топлива под высоким давлением, причем давление в топливной рампе многократно увеличивают до тех пор, пока через вторую форсунку не пойдет поток.
5. Способ по п. 4, при котором давление в топливной рампе увеличивают в зависимости от увеличения предпочтительного давления в топливной рампе, причем предпочтительное давление в топливной рампе соответствует давлению, достаточному для предотвращения образования паров топлива в наконечнике второй форсунки.
6. Способ по п. 4, при котором увеличение давления в топливной рампе дополнительно включает многократную эксплуатацию топливного насоса высокого давления, соединенного с топливной рампой, причем топливный насос высокого давления подает топливо посредством поршня топливного насоса.
7. Способ по п. 6, при котором дополнительно:
определяют объем топлива, достаточный для увеличения давления в топливной рампе до предпочтительного значения давления в топливной рампе; и
подают команду на топливный насос для подачи указанного объема топлива в топливную рампу.
8. Способ по п. 1, при котором первая форсунка представляет собой форсунку распределенного впрыска топлива.
9. Топливная система для двигателя внутреннего сгорания, содержащая:
группу топливных форсунок прямого впрыска, сообщающуюся с соответствующей группой цилиндров;
первую топливную рампу, сообщающуюся с группой топливных форсунок прямого впрыска;
топливный насос высокого давления, сообщающийся с первой топливной рампой; и
систему управления, имеющую инструкции, хранящиеся в запоминающем устройстве, для:
во время первого условия, когда массовый расход топлива, проходящий через топливную форсунку прямого впрыска топлива, по существу равен нулю, увеличения давления в первой топливной рампе за счет использования топливного насоса высокого давления, когда температура наконечника одной или более форсунок из группы форсунок прямого впрыска превышает первое пороговое значение, и многократного увеличения давления в первой топливной рампе посредством многократной подачи топлива в первую топливную рампу посредством топливного насоса высокого давления с поддержанием нулевого потока через форсунки прямого впрыска.
10. Система по п. 9, в которой первое условие дополнительно включает нагрузку на двигатель, уровень которой ниже порогового значения нагрузки.
11. Система по п. 10, в которой система управления дополнительно имеет инструкции, хранящиеся на запоминающем устройстве, для увеличения потока топлива через первую топливную рампу при выполнении второго условия, когда температура наконечника одной или более форсунок из группы форсунок прямого впрыска превышает первое пороговое значение.
12. Система по п. 11, в которой второе условие включает ситуацию, когда нагрузка на двигатель превышает пороговое значение нагрузки, а увеличение потока топлива через первую топливную рампу включает прерывание режима работы без впрыска топлива из форсунок прямого впрыска и начало впрыска топлива из форсунок прямого впрыска в цилиндры двигателя в зависимости от повышения температуры.
13. Система по п. 9, в которой система управления дополнительно имеет инструкции, хранящиеся на запоминающем устройстве, для:
оценки температуры наконечника одной или более форсунок из группы форсунок прямого впрыска на основании условий работы двигателя;
определения давления паров топлива, содержащегося в первой топливной рампе, на основании оценочного значения температуры; и
выдачи команды на установку предпочтительного давления в топливной рампе, причем предпочтительное давление в топливной рампе основано на давлении паров топлива.
14. Система по п. 13, в которой предпочтительное давление в топливной рампе соответствует давлению, достаточному для предотвращения образования паров топлива в наконечнике одной или более форсунок из группы форсунок прямого впрыска.
15. Система по п. 12, дополнительно содержащая:
группу форсунок распределенного впрыска топлива, сообщающуюся с соответствующей группой цилиндров;
вторую топливную рампу, сообщающуюся с группой форсунок распределенного впрыска топлива; и
топливный насос низкого давления, сообщающийся со второй топливной рампой.
16. Система по п. 15, в которой система управления дополнительно имеет инструкции, хранящиеся на запоминающем устройстве, для подачи команды на установку количества топлива, проходящего через группу форсунок прямого впрыска таким образом, чтобы оно было меньше или равно 10% от общего количества топлива, поступающего в группу цилиндров.
17. Способ эксплуатации топливной системы для двигателя внутреннего сгорания, при котором:
обеспечивают работу цилиндра двигателя на топливе из первой форсунки с незадействованной второй форсункой;
при выполнении первого условия увеличивают давление в топливной рампе, соединенной со второй форсункой, в зависимости от увеличения температуры наконечника второй форсунки до значения, превышающего пороговое значение, при этом указанное давление многократно увеличивают множество раз, если температура продолжает увеличиваться сверх порогового значения, с поддержанием отсутствия впрыска через вторую форсунку во время указанного многократного увеличения; и
при выполнении второго условия впрыскивают топливо из второй форсунки в цилиндр двигателя в зависимости от увеличения температуры и достижения максимальной пороговой величины давления многократно увеличенным давлением в топливной рампе.
18. Способ по п. 17, при котором первое условие включает нагрузку на двигатель, уровень которой ниже порогового значения нагрузки, а второе условие включает нагрузку на двигатель, уровень которой выше порогового значения нагрузки.
19. Способ по п. 17, при котором первое условие включает скорость вращения двигателя, уровень которой ниже порогового значения скорости, а второе условие включает скорость вращения двигателя, уровень которой выше порогового значения скорости.
