Патент на изобретение №2177078

(54) СПОСОБ НАГНЕТАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ВПРЫСКА ТОПЛИВА, ОТНОСЯЩЕЙСЯ ПО ТИПУ К СИСТЕМАМ ГАЗОВОГО ВПРЫСКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам впрыска топлива двухкомпонентного типа для двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет уменьшить период времени, требуемого для создания снабжения газом системы впрыска топлива двухкомпонентного типа давления, которое обеспечит удовлетворительный впрыск топлива. Описан способ работы двигателя внутреннего сгорания с системой впрыска топлива, включающей инжектор для подачи топливо-газовой смеси в камеру сгорания двигателя. Двигатель включает систему снабжения газом, в которой во время запуска требуемый для впрыска топлива в двигатель уровень давления создается при помощи последовательности накачки. В последовательности накачки инжектор открывается, позволяя находящемуся под давлением газу протекать от камеры сгорания через инжектор в систему снабжения газом. Это нагнетает давление в системе снабжения газом, когда давление в камере сгорания выше, чем давление в системе снабжения газом. Также описан способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающего множество групп цилиндров с системой снабжения газом для каждой группы цилиндров и находящийся под давлением источник газа, служащий для снабжения находящимся под давлением газом каждой системы снабжения газом, в котором, в случае сбоя в снабжении находящимся под давлением газом каждой системы снабжения газом, одну систему снабжения газом используют вместо находящегося под давлением источника. 3 с. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

Это изобретение относится к системам впрыска топлива двухкомпонентного типа для двигателей внутреннего сгорания. В таких двигателях дозированные количества топлива подаются в камеру сгорания двигателя захваченными газом, обычно воздухом, поступающим от источника сжатого газа, обычно газового канала блока распределения.

Подобные системы впрыска топлива применяются, помимо прочего, в особенности, в двигателях, используемых для автомобильной техники, техники для отдыха и в навесных двигателях для водного транспорта. В таких двигателях, по коммерческим соображениям и соображениям удобства пользования, требуется, чтобы период запуска двигателя был относительно коротким в широком диапазоне условий. Например, двигатель может эксплуатироваться как в обычных, так и в экстремальных условиях окружающей среды, но эти условия не должны влиять на эффективность его работы. Важной составляющей достижения быстрого запуска в подобных двигателях является обеспечение его сжатым газом, имеющим необходимое для эффективной подачи топлива давление, за как можно более короткий период времени перед запуском. Однако, по стоимостным и некоторым другим соображениям, нецелесообразно предусматривать относительно большую емкость для хранения сжатого воздуха, и в любом случае, здесь также существует риск потери давления из-за утечки, особенно при простоях двигателя в течение определенного периода.

Обычно в качестве средства снабжения сжатым газом двигателя, имеющего систему впрыска топлива описанного выше типа, используется управляемый двигателем компрессор. По причине как экономичности, так и энергоэффективности, принято подбирать емкость таким образом, чтобы она как можно ближе соответствовала скорости расходования воздуха двигателем. Таким образом, в условиях запуска, обычно отсутствует резервный источник воздуха подходящего давления для подачи топлива, и компрессор, а следовательно, и двигатель, должны выполнить определенное количество циклов перед тем, как будет достигнуто требуемое для впрыска топлива давление воздуха.

Каждый из упомянутых факторов способствует увеличению периода между началом последовательности запуска двигателя и достижением требуемого для впрыска давления воздуха.

Патентом США N 4936279, право на который передано Заявителю, предлагается система впрыска топлива, в которой топливо впрыскивается через выборочно открываемые форсунки прямо в камеру сгорания двигателя при помощи газа из системы, находящейся под давлением. Однако, когда двигатель находится в режиме запуска, газы, поступающие из камеры сгорания, направляются через форсунку в систему снабжения газом, с целью более быстрого нагнетания в ней давления.

Но, как видно из фиг. 1, отражающей известный уровень техники, открытие форсунки инжектора в течение нескольких последовательных циклов при отсутствии управления может привести к колебанию давления в системе снабжения газом. Если описывать более подробно, давление в блоке распределения системы снабжения газом будет колебаться в соответствии с давлением, имеющимся в различных камерах сгорания многоцилиндрового двигателя, каждая из которых оборудована инжекторной форсункой, которая открывается в установленный момент перед верхней мертвой точкой и закрывается в другой установленный момент перед или после верхней мертвой точки. Таким образом, хотя в блоке распределения нагнетается давление, существуют фазы понижения давления в блоке, соответствующие периодам, когда форсунка цилиндра открыта, в то время как давление в цилиндре ниже, чем давление, которое создано в блоке распределения или другой газовой системе в течение предыдущей зарядки или события “накачки”. При установлении требуемого давления в газовой системе, эти периоды понижения давления стоят времени, так как время теряется при перезарядке блока распределения до того значения, которое было достигнуто в предыдущем событии зарядки, прежде чем будет достигнуто любое минимальное приращение давления блока распределения.

Задачей настоящего изобретения является дальнейшее уменьшение периода времени, требуемого для создания снабжения газом системы впрыска топлива двухкомпонентного типа давления, которое обеспечит удовлетворительный впрыск топлива.

Для решения этой задачи предлагается способ работы двигателя внутреннего сгорания, имеющего систему впрыска топлива, включающую по меньшей мере одно средство впрыска для подачи топлива, захваченного газом, непосредственно в камеру сгорания двигателя, и систему снабжения газом, сообщающуюся со средством впрыска для обеспечения его газом, причем этот способ включает открывание средства впрыска, по меньшей мере одной камеры сгорания в течение последующих циклов цилиндра двигателя во время запуска двигателя, когда давление в упомянутой по меньшей мере одной камере сгорания двигателя по существу равно или выше давления в системе снабжения газом для подачи сжатого газа из камеры сгорания через средство впрыска к системе снабжения газом. Как правило, в системе снабжения газом создается давление для последующей подачи топлива непосредственно в по меньшей мере одну камеру сгорания двигателя.

Более подробно, по меньшей мере один инжектор открывается, когда давление в по меньшей мере одной камере сгорания по существу равно или выше, чем давление в системе снабжения газом при запуске двигателя и после предшествующего события накачки в последовательности накачки. Нужно отметить, что, в определенных обстоятельствах, открытие инжектора для обеспечения обратного потока газа из камеры сгорания через инжектор в систему снабжения газом может включать поддержание инжектора открытым после предыдущего события подачи газа и/или топлива.

Последовательность накачки состоит из по меньшей мере одного события, в котором форсунка инжектора удерживается открытой, позволяя находящемуся под давлением газу проходить из камеры сгорания в систему снабжения газом во время запуска двигателя. Это событие является событием “накачки”. Как будет описано ниже, в многоцилиндровом двигателе последовательность событий накачки может состоять из некоторого числа отдельных событий накачки, последовательно выполняемых в различных цилиндрах двигателя. Либо, события накачки могут происходить только в одном или в нескольких из общего количества цилиндров многоцилиндрового двигателя.

Предпочтительно, чтобы в течение последовательности событий накачки форсунка инжектора открывалась и закрывалась в такие моменты времени, которые последовательно бы приближались к положению верхней мертвой точки поршня, совершающего возвратно-поступательные движения в камере сгорания двигателя, по мере прохождения определенного количества циклов двигателя с момента запуска. То есть, способ включает открытие инжекторной форсунки и поддержание ее открытой на протяжении угла оборота двигателя, начинающегося при определенном угле перед верхней мертвой точкой и заканчивающегося при другом определенном угле перед или после верхней мертвой точки.

Предпочтительно, чтобы периоды открытия инжекторной форсунки заканчивались при определенном угле после верхней мертвой точки. А период открытия инжекторной форсунки последовательно сокращался в течение последовательности событий накачки.

В одноцилиндровом двигателе угол, при котором открывается инжекторная форсунка, постепенно уменьшается по мере прохождения последовательных циклов двигателя. Как упомянуто выше, в многоцилиндровом двигателе, имеющем заданный порядок зажигания, форсунка каждого цилиндра в последовательности зажигания может быть открытой на протяжении меньшего угла, чем форсунка предшествующего цилиндра при выполнении последовательности накачки. В этом случае, в систему снабжения газом, которая может представлять собой, например, воздушный канал блока распределения двигателя, газ поступает под последовательно возрастающим давлением. Более того, это может снизить количество циклов работы двигателя, требуемых для создания в системе снабжения газом необходимого давления. И, в особенности, предотвращается явление, при котором для каждого события накачки перед зарядкой блока распределения до последующего более высокого давления имеется фаза снижения давления из-за того, что инжекторная форсунка открывается слишком рано или закрывается слишком поздно в последовательных циклах цилиндра двигателя. Следовательно, распределение по времени событий накачки оптимизируется таким образом, что потери давления в системе снабжения газом минимизируются, либо полностью предотвращаются.

Удобно, чтобы в состоянии, когда система снабжения газом зарядилась до такого уровня, при котором может происходить впрыск топлива при помощи газа, а в двигателе начался процесс зажигания, инжекторная форсунка могла бы удерживаться открытой в течение определенного периода времени после того, как дозированное количество топлива было подано инжектором для продолжения нагнетания давления в системе снабжения газом во время периода запуска и до того, когда основной источник сжатого газа будет способен создать подходящее давление в системе снабжения газом. Предпочтительно, чтобы инжекторная форсунка могла удерживаться открытой до тех пор, пока не прошло зажигание в по меньшей мере одной камере сгорания. В этом случае после зажигания пиковое давление в камере сгорания быстро возрастает как следствие явлений сгорания, вызывая последовательный рост давления в системе снабжения газом и, в особенности, в блоке распределения воздуха двигателя. Выгодно использовать эту “волну” давления для зарядки блока распределения, до тех пор пока основной источник сжатого газа не смог создать подходящее давление в блоке распределения. Это само по себе является еще одной стороной изобретения.

Если система снабжения газом представлена в виде блока распределения, удобно, чтобы блок распределения сообщался через соответствующий трубопровод с рабочей камерой газового компрессора. И, в связи с тем, что обычно газом является воздух, наиболее подходящий компрессор – воздушный компрессор. Чтобы достичь требуемой степени распыления топлива, в соответствии с описанным выше способом, блок распределения может быть “накачан” до необходимого давления, скажем 550 кПа, хотя эта величина может изменяться в зависимости от состояния окружающей среды и других условий. Однако, для повышения эффективности процесса, в подходящем месте между блоком распределения и трубопроводом, связывающим блок распределения с компрессором, может быть размещен одноходовой клапан, служащий для предотвращения нагнетания давления в этом трубопроводе и/или рабочей камере компрессора в течение периода запуска двигателя. В таком случае, блок распределения быстрее может быть накачан до необходимого давления. То есть, последовательность событий накачки не приводит к нагнетанию давления в трубопроводе между компрессором и блоком распределения до того, как станет возможным удовлетворительный впрыск топлива. В определенных обстоятельствах объем трубопровода может составлять до одной трети объема блока распределения.

Предпочтительно, чтобы одноходовой клапан был размещен в точке сопряжения трубопровода с блоком распределения, с целью минимизировать тот объем, в котором должно осуществляться нагнетание давления во время запуска двигателя.

Одноходовой клапан далее может использоваться для предотвращения или снижения утечки давления из системы снабжения газом, происходящей после прекращения работы двигателя. В этом случае, может не потребоваться, чтобы последующая последовательность накачки включала столько же событий накачки, как в случае, когда в системе снабжения газом практически отсутствует давление. И соответственно, может стать возможным некоторое снижение продолжительности последовательности накачки.

С целью дальнейшей оптимизации необходимой последовательности накачки, удобно, чтобы температура двигателя при запуске могла вводиться в электронную систему управления двигателем. Известно, например, что для обеспечения стабильной работы двигателя при более низких температурах необходима более высокая степень распыления топлива. Соответственно, в этом случае для подачи топлива может потребоваться более высокое давление газа и, следовательно, перед тем как станет возможным удовлетворительный впрыск топлива система снабжения газом должна быть накачана до этого более высокого уровня давления. Обратное может быть справедливо для более высоких температур, при которых в камере сгорания, благодаря наличию в ней более высокой температуры, вероятно, имеет место удовлетворительная степень испарения. Следовательно, при разных температурах двигателя рекомендуется, чтобы система снабжения газом накачивалась до разных уровней давления, перед тем как станет возможным эффективный впрыск топлива. Соответственно, последовательность накачки может быть сделана зависимой от температуры двигателя. Этот дополнительный параметр, определяющий последующую последовательность накачки, может использоваться, если предположить, что при запуске двигателя в системе снабжения газом отсутствует полностью или имеется минимальное давление. В противном случае, как описано ниже, на основе известной или репрезентативной скорости утечки должна быть сделана оценка остаточного давления в системе снабжения газом.

Последнее обычно получается после прекращения работы двигателя, и газ, остающийся в системе снабжения газом, как правило, вытекает в атмосферу. Утечка может происходить через, например, воздушный компрессор двухкомпонентной системы впрыска. Если скорость утечки можно определить как функцию времени, оценка остаточного давления газа может проводиться электронной системой управления двигателя и использоваться для изменения последовательности накачки при запуске. То есть, для обеспечения удовлетворительного давления в системе снабжения газом может быть использовано, например, меньшее число событий накачки.

Согласно другому варианту, скорость утечки может быть определена как функция температуры двигателя, в этом случае оценка остаточного давления газа может быть сделана на основе известной температуры двигателя при запуске.

Изобретение станет более понятно из последующего описания предпочтительных его вариантов с использованием следующих чертежей:
на фиг. 1 показан график зависимости давления от циклов работы двигателя с момента запуска, согласно известному способу работы двигателя;
на фиг. 2 показана схема управления двигателем, работающим согласно одному из вариантов настоящего изобретения;
на фиг. 3 изображено сечение блока распределения обычного типа для дозирования и впрыска, используемого в двигателе, работающем согласно одному из вариантов настоящего изобретения;
на фиг. 4 показан общий вид блока распределения, показанного на фиг. 2 и 3;
на фиг. 5 приведены кривые давления для цилиндров трехцилиндрового двигателя, работающего согласно одному из вариантов настоящего изобретения;
на фиг. 6 показан график зависимости от циклов работы двигателя с момента запуска для двигателя, работающего согласно одному из вариантов настоящего изобретения.

Весь процесс работы двигателя, работающего согласно одному из вариантов настоящего изобретения, будет показан далее с использованием фиг. 2, на которой изображен многоцилиндровый двигатель 20, имеющий воздухозаборную систему 22, средство зажигания 24, топливный насос 23 и топливный бак 28. Двигатель далее включает электрический стартер 25, питание на который подается от батареи 70 под управлением включателя стартера 71. Воздушный компрессор 29 приводится в действие при помощи ремня 32 от шкива 33 коленчатого вала двигателя. На головке 40 цилиндра двигателя 20 установлен блок распределения топлива и воздуха 11.

На фиг. 3 подробно показан блок распределения топлива и воздуха 11, включающий блок дозирования топлива 10 и воздушный инжектор или блок впрыска топлива 12 для каждого цилиндра многоцилиндрового двигателя 20, который в данном варианте изобретения представляет собой трехцилиндровый двухтактный двигатель. Однако, изобретение в равной степени применимо как к одноцилиндровым, так и многоцилиндровым двигателям, имеющим любое количество цилиндров, двухтактного или четырехтактного типа, к двигателям с возвратно-поступательным движением поршня или двигателям других форм, включая роторные двигатели. Корпус 8 блока распределения топлива и воздуха 11 представляет собой штампованный элемент с вытянутыми в продольном направлении воздушным каналом 13 и топливным каналом 14.

Как показано на фиг. 4, в соответствующих местах расположены соединительные элементы и необходимые трубопроводы, связывающие блок распределения топлива и воздуха 11 с источниками воздуха и топлива: трубопровод 49 соединяет воздушный канал 13 с воздушным компрессором 29, трубопровод 53, представляющий собой выпускной канал для воздуха, возвращает воздух в воздухозаборную систему 22, трубопровод 52 соединяет топливный бак 28 и топливный канал 14, и трубопровод 51, представляющий собой канал возврата топлива, соединяет топливный канал 14 с топливным баком 28. Воздушный канал 13 связан с соответствующим регулятором воздуха 27, а трубопровод 51 связан с топливным баком 28 через соответствующий регулятор топлива 26.

Блок дозирования топлива 10 в настоящее время известен и не требует подробного описания. Для протекания топлива через блок распределения 11 предусмотрены соответствующие отверстия, а для подачи топлива в канал 120 и оттуда в топливо-воздушный инжектор 12 имеется дозирующая форсунка 21.

Инжектор 12 имеет корпус 30 с цилиндрической втулкой 31, выступающей с нижней его стороны, которая образует порт впрыска 32, сообщающийся с каналом 120. Порт впрыска 32 включает избирательно открываемый тарельчатый клапан 34, управляемый соленоидом и работающий по принципу, описанному в принадлежащем Заявителю патенте США N 4934329, содержание которого приведено здесь в качестве ссылки. Как видно на фиг. 2, подача питания на соленоид в соответствии с командами, поступающими от электронного блока управления (ЭБУ) 100, приводит к открыванию клапана 34 для подачи топливо-газовой смеси в камеру сгорания 60 двигателя 20 и, согласно стратегии управления, применяемой в настоящем изобретении, позволяет газам под давлением проходить из камеры сгорания 60 через воздушный инжектор 12 непосредственно в воздушный канал 13, с целью нагнетания в нем давления при запуске, что более подробно описано ниже. Однако, конструкция клапана не ограничивается описанной выше и могут использоваться клапаны других конструкций, например игольчатые.

Как показано на фиг. 2, электронный блок управления (ЭБУ) 100 принимает через провод 45 сигналы от датчика 44, определяющего скорость и положение коленчатого вала и имеющего соответствующий тип, уже известный в данной области, и через провод 47 от датчика 46, определяющего скорость потока воздуха и расположенного в воздухозаборной системе 22. ЭБУ 100, который может также принимать сигналы, отражающие другие условия работы двигателя, например, температуру двигателя и температуру окружающей среды (не показаны), определяет по всем принятым входным сигналам количество топлива, которое необходимо подать в каждый из цилиндров двигателя 20. Определение температуры двигателя является важным для описанного ниже варианта изобретения, в котором считывание данных температуры двигателя и/или окружающей среды может использоваться для определения требуемой последовательности накачки. Этот общий тип ЭБУ достаточно хорошо известен в области систем впрыска топлива с электронным управлением и не будет описан здесь более подробно.

Открытие каждого инжекторного клапана 34 для подачи топлива от порта впрыска 32 в камеру сгорания 60 двигателя 20 осуществляется под управлением ЭБУ 100 через соответствующий провод 101 синхронно циклу работы двигателя. Благодаря двухкомпонентной природе системы, топливо подается в цилиндр погруженным в газ. В противном случае, важно, чтобы давление газа, в частности воздуха, используемого для распыления топлива и подачи его в мелкодисперсном состоянии, было достаточно высоким для создания требуемой степени распыления.

Как показано на фиг. 3, канал 120 соединен с воздушным каналом 13 через канал 80 и, следовательно, при нормальных условиях работы, находится под практически стационарным давлением воздуха. При подаче питания на соленоид, клапан 34 смещается вниз, чтобы открыть порт впрыска 32, в результате чего дозированное количество топлива переносится воздухом через порт впрыска 32 в камеру сгорания 60 цилиндра двигателя 20.

Обычно, воздушный инжектор 12 расположен в головке 40 цилиндра двигателя и непосредственно сообщается с камерой сгорания 60, образованной при возвратно-поступательном движении поршня 61 в цилиндре двигателя. Как описано выше, когда порт впрыска 32 открывается, а запас воздуха, который доступен через канал 80, находится под давлением, более высоким, чем давление в цилиндре двигателя, воздух начинает поступать от воздушного канала 13 через канал 80, канал 120 и, уже смешанный с топливом, через порт впрыска 32 в камеру сгорания 60 двигателя. Однако, если запас воздуха в воздушном канале 13 блока распределения 11 не имеет достаточно высокого давления, воздух не может эффективно переносить топливо через порт впрыска 32 в камеру сгорания 60. В частности, давление, недостаточное для осуществления подачи топливо-воздушных смесей в камеру сгорания 60, обычно имеется при запуске двигателя, особенно, в условиях, когда достаточно долгий простой двигателя приводит к утечке давления из системы снабжения воздухом под давлением или блока распределения 11.

В соответствии с настоящим способом, при подаче питания на стартер 25 путем включения включателя 71 стартера, от последнего через провод 102 сигнал поступает в ЭБУ 100. ЭБУ 100 запрограммирован таким образом, что после принятия этого сигнала он не подает команду блоку дозирования топлива 10 на подачу топлива к инжектору 12, а, определив положение коленчатого вала 33 при помощи датчика положения 44, подает питание на соленоид инжектора 12 для открытия порта впрыска 32. Открытие порта впрыска 32 синхронизировано относительно цикла цилиндра двигателя 20, данные о котором получены датчиком 44 положения коленчатого вала и переданы ЭБУ 100 по проводу 45, в результате чего порт впрыска 32 открывается в заранее определенной точке такта сжатия конкретного цилиндра двигателя 20.

Таким образом, в состоянии, когда порт впрыска 32 открыт, а двигатель при выполнении последовательности запуска начинает заводиться, давление в цилиндре будет повышаться до уровня, достаточного чтобы вызвать поступление воздуха из камеры сгорания 60 через открытый порт впрыска 32 в канал 80 и воздушный канал 13. Если учесть рабочий объем цилиндра, по сравнению с объемом воздушного канала 13 и объемом воздушного пространства в каждом из соединенных с последним инжекторов 12, давление воздуха в воздушном канале 13 может быть поднято до удовлетворительного рабочего уровня за минимальное количество циклов цилиндра двигателя.

Однако, желательно избежать ситуации, при которой давление в воздушном канале 13 понижается вследствие того, что подача воздуха из соответствующего цилиндра двигателя в воздушный канал 13 начинается и заканчивается в одни и те же моменты времени для каждого из последовательных циклов многоцилиндрового двигателя. Когда это происходит, имеется первоначальное поступление воздуха в воздушный канал 13 и затем возникает в определенной степени вытекание во время каждого последующего цикла цилиндров двигателя. Следовательно, часть накопленного за предыдущий цикл давления теряется при открывании порта впрыска 32, так как давление в воздушном канале 13 выше, чем в камере сгорания 60 на начальном участке такта сжатия. После этого работа по нагнетанию давления, проделанная поршнем 61, способствует дальнейшей накачке воздушного канала 13. В соответствии с изложенным, давление в воздушном канале 13 может циклически изменяться, как показано на фиг. 1, в течение ряда циклов с момента запуска до тех пор, пока в нем не будет достигнуто удовлетворительное давление. В результате чего требуется большее количество циклов для создания в воздушном канале давления требуемого рабочего уровня. Следовательно, интервал времени, затрачиваемого с начала запуска до достижения в воздушном канале 13 требуемого уровня давления, увеличивается и, таким образом, увеличивается реальное время, затрачиваемое на запуск двигателя 20.

Поэтому, вместо того, чтобы устанавливать одинаковое время открытия и закрытия порта впрыска при помощи ЭБУ 100, лучше открывать порт впрыска 32 на некоторое время позже, чем в предыдущем цикле, и закрывать соответственно на некоторое время раньше, чем в предыдущем цикле, в результате чего преимущество достигается за счет последовательно более высоких уровней давления ближе к концу такта сжатия и ближе к началу такта расширения. ЭБУ 100 может осуществлять увеличение времени открытия и уменьшение времени закрытия порта впрыска пошагово или с любой требуемой закономерностью, чтобы обеспечить открытие и закрытие порта впрыска ближе к положению верхней мертвой точки для каждого последующего события накачки.

В этом случае, в воздушном канале 13 падение давления между последовательными циклами может быть сокращено, и соответствующее определенное повышение давления может быть достигнуто в воздушном канале 13 при небольшом падении или при отсутствии падения давления в нем между последовательными событиями накачки. На фиг. 6 приведен график, на котором, с учетом вышесказанного, можно увидеть, что преимущество по сравнению с графиком на фиг. 1 заключается в гораздо меньшей степени флуктуации давления. Далее, подбирая соответствующие моменты открытия и закрытия порта впрыска 32, можно последовательно увеличивать давление в воздушном канале 13 без потери давления в течение последовательных событий накачки.

В случае многоцилиндрового двигателя, существует “n” камер сгорания 60 и “n” воздушных инжекторов 12. Моменты времени открытия каждого порта воздушного впрыска 32 устанавливаются таким образом, чтобы избежать описанного выше явления снижения давления, говоря другими словами, период или угол поворота кривошипа между событием “начало поступления воздуха” (НПВ) и событием “конец поступления воздуха” (КПВ) инжекторов 12 может уменьшаться в течение последовательных циклов цилиндра двигателя, как показано для трехцилиндрового двигателя на фиг. 5. В этом случае, требуемый уровень давления в воздушном канале 13 блока распределения 11 создается за более короткое время. ЭБУ 100 может легко быть настроен для вычисления подходящих моментов НПВ и КПВ для каждого цикла двигателя, возможно, в соответствии с определенным при помощи датчика давлением в блоке распределения.

Далее, предпочтительно, чтобы последовательность накачки имела тот же порядок, что и последовательность зажигания, которая для двигателя, имеющего “n” цилиндров, может быть следующей: 1, 2…n. В этом случае, при запуске, после поворота двигателя максимум на 360^o с целью определить положение коленчатого вала 33, порт впрыска 32 цилиндра 1, например, будет иметь некоторые определенные для него моменты НПВ и КПВ, после чего моменты НПВ и КПВ для порта впрыска 32 цилиндра 2 будут установлены несколько ближе друг к другу (ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), которая запаздывает относительно НПВ и опережает КПВ), таким образом, чтобы обеспечить более высокое давление подачи, чем созданное цилиндром 1, затем моменты НПВ и КПВ для порта впрыска 32 цилиндра 3 будут также установлены ближе друг к другу с тем, чтобы обеспечить еще более высокое давление, и так далее, до n-го цилиндра двигателя. Если накачка все еще будет требоваться, когда следующим в последовательности зажигания снова станет цилиндр 1, времена НПВ и КПВ будут на некоторую величину соответственно больше и меньше, чем для цилиндра n в предыдущем цикле зажигания.

Моменты НПВ и КПВ могут быть установлены в единицах времени или угла кривошипа, но в любом случае, с учетом таких факторов, как рабочая температура двигателя или определенное при помощи датчика давление в воздушном канале 13. НПВ и КПВ для воздушных инжекторов 12 обычно будут располагаться соответственно до и после положения верхней мертвой точки (ВМТ) поршня 61, совершающего возвратно-поступательные движения в цилиндре.

Согласно другому варианту изобретения, возможно продолжать накачку воздушного канала 13 даже после того, как топливо начало подаваться в двигатель 20 для сгорания. В частности, можно удерживать порт впрыска 32 открытым после подачи топлива для того, чтобы провести зажигание при открытом порте. Это обеспечивает дальнейшую зарядку воздушного канала 13, так как после начала зажигания давление в камере сгорания 60 будет быстро возрастать и следовательно станет возможным столь же быстрое повышение давления в воздушном канале 13. Однако, желательно, чтобы порт впрыска 32 не был открыт в течение периода большего, чем необходимый для быстрого достижения в воздушном канале 13 давления, по крайней мере, 550 кПа. Если порт впрыска открыт дольше, чем необходимо, то это снижает преимущества предложенного способа в той мере, в какой газы, образующиеся при сгорании, будут способны проникнуть в воздушный канал 13, и это может вызвать проблемы, связанные с отложением углерода в системе впрыска топлива. В предпочтительном варианте, КПВ располагается в пределах 10^o от события зажигания с целью предотвращения или снижения вероятности подобной ситуации. Далее, предпочтительно, чтобы подобные последующие события накачки производились только до тех пор, пока компрессор 29 не будет способен подавать воздух под подходящим давлением в воздушный канал 13. Это, например, может произойти после приблизительно 8-14 циклов цилиндров двигателя.

Из приведенного выше со ссылкой на фиг. 2 описания можно сделать вывод, что система снабжения воздухом имеет относительно большой объем. Этот объем образуется из воздушного канала 13, рабочей камеры воздушного компрессора 29, трубопровода 49, соединяющего рабочую камеру воздушного компрессора 29 с воздушным каналом 13 блока распределения 1 и, возможно, дополнительной камеры, расположенной между компрессором 29 и воздушным каналом 13 блока распределения 11 в качестве емкости для поглощения пульсаций давления, причиной которых является циклическая природа работы поршневого компрессора 29. Так как необходимо сократить время, требуемое для нагнетания давления в воздушном канале 13 до минимально возможного, рекомендуется между воздушным каналом 13 и трубопроводом 49, соединяющим его с рабочей камерой воздушного компрессора 29, разместить одноходовой клапан 50, как показано на фиг. 2.

Рекомендуется, чтобы одноходовой клапан 50 являлся составной частью блока распределения 11 и располагался в самом конце воздушного канала 13, в месте, где последний соединяется с трубопроводом 49. В этом случае, во время запуска, пока компрессор 29 не способен подать воздух подходящего давления в воздушный канал 13, одноходовой клапан 50 служит для изоляции воздушного канала 13 от компрессора 29 и трубопровода 49. Это может сократить объем, который необходимо накачать при запуске, в некоторых случаях до одной трети. Следовательно, при запуске требуется нагнетать давление только в воздушном канале 13 блока распределения 11, а не в оставшейся части системы снабжения воздухом. Тогда, объем, в котором требуется нагнетать давление, минимизируется и воздушный канал 13 более быстро достигает рабочего давления величиной, например около 550 кПа, необходимого для нормального впрыска топлива при 20 – 25^oC.

Это снижение объема системы снабжения воздухом необходимо только в режиме запуска двигателя, пока компрессор 29 еще не начал производить значительную работу. После того, как компрессор 29 стал создавать более высокое давление, чем то, которое может быть достигнуто с использованием описанного выше способа, под действием созданного компрессором давления одноходовой клапан 50 будет, преодолевая действие пружины или аналогичного связанного с клапаном средства, перемещаться в открытое положение, позволяя воздуху непрерывным потоком проходить в воздушный канал 13 из рабочей камеры компрессора 29. Клапан 50 может быть любого желаемого типа, но в идеале должен быть простым по конструкции. Он может также представлять собой клапан, управляемый соленоидом, с соответствующей синхронизацией, установленной ЭБУ 100. Обеспечение такого одноходового клапана 50 сокращает общее время запуска двигателя настолько, что первое событие впрыска топлива может происходить раньше на одну треть – одну вторую оборота двигателя, что является достаточно выгодным по коммерческим соображениям.

Согласно настоящему изобретению может быть обеспечена компенсация влияния температуры двигателя. Например, требуемое для удовлетворительной работы двигателя 20 давление воздуха изменяется с температурой таким образом, что чем выше температура двигателя, тем ниже это давление. Не вдаваясь в теорию, можно утверждать, что при низких температурах холодные стенки цилиндра отбирают тепло у топлива, делая невозможным образование в цилиндре топливо-воздушной смеси с необходимой для эффективного сгорания степенью дисперсии. И наоборот, при достаточно высокой температуре двигателя, очевидно, что для достижения удовлетворительного распыления топлива и воздуха достаточно более низкого давления воздуха. Следовательно, может оказаться полезным поставить стратегию накачки, определяемую ЭБУ 100, в зависимость от измерения температуры двигателя. Для этой цели, в качестве величины, отражающей температуру двигателя, может использоваться, например, температура используемой в двигателе охлаждающей жидкости. Если при запуске требуется более высокое давление воздуха, в связи с тем, что двигатель 20 первоначально находится при низкой температуре, в течение периода запуска могут быть осуществлены дополнительные события накачки. Подобным образом требуемая схема событий накачки обеспечивается для любых рабочих температур двигателя 20. Если последовательность накачки зависит от температуры двигателя, предпочтительно осуществлять ее с учетом того, что в воздушном канале 13 полностью отсутствует или существует минимальное давление. Или, как в случае, описанном ниже, можно предположить, что в нем осталось определенное давление.

Когда двигатель 20 остановлен, из воздушного канала 13 может происходить утечка с определенной скоростью. Скорость утечки может, например, зависеть от конструкции используемого в двигателе 20 компрессора 29. Соответственно, если известна скорость утечки и время простоя двигателя, при помощи ЭБУ 100 может быть произведена оценка давления воздуха, остающегося в воздушном канале 13. Эта информация может быть использована для соответствующего изменения последовательности накачки для следующего события запуска двигателя. Далее по такому же принципу, скорость утечки может быть связана со скоростью охлаждения двигателя. В этом случае, скорость утечки из воздушного канала 13 может быть оценена в результате измерения температуры двигателя при запуске при помощи датчика и использована для изменения требуемой последовательности накачки. Например, если известно, что в воздушном канале 13 остается определенный уровень давления, то может быть применена сокращенная последовательность накачки и, следовательно, давление в воздушном канале 13 будет достигнуто за более короткий период времени.

Хотя одноходовой клапан 50 применяется именно с целью снижения общего времени накачки для воздушного канала 13, возможно также его использование таким образом, который допускает режим “Компенсация сбоя” в случае, если в работе компрессора 29 двигателя 20 происходят сбои.

Обычно, если произошел сбой в работе компрессора 29, одноходовой клапан 50 будет закрываться под действием связанных с ним средств, вызывающих перемещение. Датчик давления, размещенный, например, в трубопроводе, соединяющем рабочую камеру компрессора 29 с воздушным каналом 13 блока распределения, может сообщить о значении, указывающем на сбой работы компрессора. Когда появилось такое сообщение, ЭБУ 100 может вернуться к режиму работы, при котором по меньшей мере один воздушный инжектор 12 двигателя 20 открыт в течение некоторого периода времени после завершения подачи топлива от его порта впрыска 32 в камеру сгорания 60. Это позволит газу из камеры сгорания 60 проходить через порт его впрыска 32 воздушного инжектора 12, чтобы повысить давление газа в воздушном канале 13 до величины, достаточной, чтобы обеспечить подачу топлива во время следующего цикла цилиндра двигателя. Порт впрыска 32 может удерживаться открытым в течение некоторого периода после впрыска и на протяжении впрыска топлива в камеру сгорания 60, чтобы позволить газу пройти в канал 80 и осуществить требуемое повышение давления в воздушном канале 13.

В многоцилиндровом двигателе, один цилиндр может использоваться таким образом, чтобы в одиночку обеспечивать нагнетание давления в воздушном канале 13, а другие цилиндры могут работать так, чтобы компенсировать для двигателя работу без одного цилиндра. Или, с использованием способа, описанного в предыдущем абзаце, газ может подаваться от каждого цилиндра двигателя.

В некоторых двигателях, например, имеющих конфигурацию V 6, может быть два блока разделения 11, по одному для каждой группы цилиндров. Если в работе компрессора 29 произошел сбой, один блок распределения 11 может работать в качестве источника сжатого воздуха с использованием описанного выше способа. Другая группа цилиндров должна работать в нормальном режиме или в режиме компенсации изменений условий работы. Чтобы воздушный канал 13 первого блока распределения 11 предоставлял сжатый воздух для использования вторым блоком распределения 11, в такую систему необходимо внести некоторые дополнения. Закрытие одноходового клапана 50 в первом блоке распределения 11 будет предотвращать утечку воздуха из воздушного канала 13 в систему снабжения воздухом и, таким образом, позволит двигателю работать даже после сбоя в работе компрессора. Это может составить еще один из аспектов настоящего изобретения.

Можно также разработать режим диагностики, при котором, если воздушный канал 13 в результате сбоя не способен создать требуемое давление после некоторого количества событий накачки, возникает сообщение “сбой в работе воздушного компрессора” и включается режим “Компенсация сбоя”, подобный описанному выше.

Вне зависимости от используемого варианта представленного способа, описанная выше последовательность накачки при запуске может быть закончена, например, в случае, когда датчик давления, установленный в воздушном канале 13 или трубопроводе 49, показывает, что давление в воздушном канале 13 является достаточным для обеспечения эффективной работы двигателя 20. В случае появления этого сообщения, последовательность накачки может быть завершена.

Хотя настоящее изобретение применимо в особенности для автомобильных, навесных водных двигателей и двигателей техники для отдыха, в которых краткость времени запуска чрезвычайно важна, оно может также применяться в двухкомпонентных системах впрыска топлива и для двигателей других типов. Изобретение применимо для двигателей, работающих с двух- или четырехтактным циклом.

Специалисты в данной области на основе приведенного выше описания могут разработать модификации приведенных здесь вариантов изобретения. Эти модификации и варианты попадают в область действия изобретения.

Формула изобретения

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, имеющего систему впрыска топлива, включающую по меньшей мере одно средство впрыска для подачи топлива, захваченного газом, непосредственно в камеру сгорания двигателя, и систему снабжения газом, сообщающуюся со средством впрыска для обеспечения его газом, причем этот способ включает открывание средства впрыска по меньшей мере одной камеры сгорания в течение последующих циклов цилиндра двигателя во время запуска двигателя, когда давление в упомянутой по меньшей мере одной камере сгорания двигателя, по существу, равно или выше давления в системе снабжения газом для подачи сжатого газа из камеры сгорания через средство впрыска к системе снабжения газом.

2. Способ по п.1, в котором в системе снабжения газом нагнетают давление для последующей подачи топлива непосредственно в по меньшей мере одну камеру сгорания двигателя.

3. Способ по п.1 или 2, в котором средство впрыска открывают в течение части такта сжатия в по меньшей мере одной камере сгорания.

4. Способ по пп.1, 2 или 3, в котором средство впрыска открывают, когда, во время запуска двигателя, давление газа в системе снабжения газом ниже заданного значения.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором период открытого средства впрыска последовательно сокращают в течение последующих циклов цилиндра двигателя во время запуска двигателя.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором средство впрыска сохраняют открытым во время каждого упомянутого последовательного цикла цилиндра камеры сгорания или каждой из камер сгорания двигателя на период, который уменьшается с каждым циклом от начала запуска до момента, когда давление в системе снабжения воздухом достигнет требуемого уровня.

7. Способ по п.6, в котором период уменьшают, уменьшая угол поворота между началом первой подачи газа и положением верхней мертвой точки цилиндра.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый период открытого состояния инжектора заканчивают после положения верхней мертвой точки цилиндра.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором двигатель представляет собой многоцилиндровый двигатель, имеющий индивидуальное средство впрыска для каждого цилиндра и в котором во время запуска средства впрыска последовательно открывают в той же последовательности, что и порядок зажигания в цилиндрах для того, чтобы каждое сообщалось в упомянутой последовательности с общей системой снабжения газом, снабжающей газом каждое средство впрыска.

10. Способ по п.9, в котором период открытия каждого последовательного средства впрыска постепенно уменьшают в той же последовательности, что и порядок зажигания в цилиндре.

11. Способ по любому из пп.9 и 10, в котором система снабжения газом включает общую газовую камеру, сообщающуюся с каждым средством впрыска, а газ во время запуска подают от каждого цилиндра в общую газовую камеру.

12. Способ по п.11, в котором для подачи сжатого газа в общую газовую камеру компрессорное средство делают управляемым от двигателя и в котором во время запуска упомянутое компрессорное средство изолируют от общей газовой камеры по меньшей мере до тех пор, пока давление газа в нем не вырастет выше выбранного давления.

13. Способ по любому из пп.1-8, в котором двигатель представляет собой многоцилиндровый двигатель, имеющий индивидуальное средство впрыска для каждого цилиндра.

14. Способ по любому из пп.9-12, в котором во время запуска каждый инжектор открывают для сообщения соответствующего цилиндра с общей газовой камерой в одинаковой последовательности, соответствующей порядку зажигания в цилиндрах и в котором время открытия соответствующих инжекторов устанавливают таким образом, что оно запаздывает на заданную величину относительно времени открытия предшествующего инжектора.

15. Способ по п.14, в котором времена устанавливают таким образом, что когда время открытия инжектора запаздывает, время закрытия этого инжектора соответственно опережает.

16. Способ по любому из пп.9-12, 14 и 15, в котором закрытие инжектора осуществляют в пределах 10^o после прохождения зажигания в соответствующем цилиндре.

17. Способ по любому из пп.9-12, 14-16, в котором одноходовой клапан размещают в системе впрыска топлива в месте, которое минимизирует объем общей системы снабжения газом, в котором требуется создать давление во время запуска двигателя.

18. Способ по любому из пп.12, 14-17, в котором сообщением между компрессором и газовой камерой управляют таким образом, что во время запуска двигателя газ может протекать только в направлении от компрессора к газовой камере.

19. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором количество подач газа в средство снабжения газом выбирают в зависимости от температуры двигателя.

20. Способ по любому из пп.12, 14-19, в котором в ответ на обнаружение сбоя компрессора, приводящего к невозможности поддержания давления в общей газовой камере выше выбранного уровня, средство впрыска по меньшей мере одного цилиндра двигателя поддерживают открытым в течение установленного периода после зажигания в этом цилиндре, чтобы повысить давление газа в общем источнике газа.

21. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором последовательные периоды открытого состояния одного или каждого из средств впрыска оптимизируют, чтобы предотвратить любую потерю давления из системы снабжения газом.

22. Способ по любому пункту, в котором после нескольких циклов двигателя с момента запуска средство впрыска по меньшей мере одного цилиндра двигателя поддерживают открытым в течение установленного периода после зажигания в этом цилиндре, чтобы далее повысить давление газа в системе снабжения газом.

23. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающего множество групп цилиндров с системой снабжения газом для каждой группы цилиндров и находящийся под давлением источник газа, служащий для снабжения находящимся под давлением газом каждой упомянутой системы снабжения газом, в котором, в случае сбоя в снабжении находящимся под давлением газом каждой системы снабжения газом, одну систему снабжения газом используют вместо находящегося под давлением источника, чтобы обеспечить по меньшей мере в некоторой степени обычную рабочую потребность другой системы снабжения газом в находящемся под давлением газе.

24. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающего систему снабжения газом для снабжения газом средств для впрыска топлива в цилиндр двигателя, в котором, при зарядке системы снабжения газом до уровня, когда может произойти впрыск при помощи газа, удерживают форсунку впрыска открытой в течение определенного периода после того, как дозированное количество топлива подано в цилиндр, чтобы продолжить нагнетание давления в системе снабжения газом путем подачи сжатого газа из цилиндра в систему снабжения газом перед тем, как источник находящегося под давлением газа для системы снабжения газом станет способен заряжать систему снабжения газом до рабочего давления.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.07.2007

Извещение опубликовано: 20.07.2010 БИ: 20/2010