Способ и система контроля потребления топлива

Способ и система контроля потребления топлива

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

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

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

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

Раскрытие изобретения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показан пример камеры сгорания двигателя;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Осуществление изобретения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

S P A R K F E _ L O S S = 1 T R − 1,                                                                             ( 1 )

гд