Управляющее устройство для двигателя внутреннего сгорания

Управляющее устройство для двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к управляющему устройству, применяемому к двигателю внутреннего сгорания, снабженному устройством рециркуляции выхлопного газа (EGR).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Традиционные устройства предусматривают хранение сконденсировавшейся в охладителе устройства EGR воды в резервуаре для сконденсировавшейся воды и впрыск сохраненной сконденсировавшейся воды во входной канал (см., например, JP 10-318049 А). Сконденсировавшаяся вода, поданная во входной канал, перемещается в цилиндр вместе со всасываемым воздухом и в цилиндре испаряется, тем самым, снижая температуру горения. В результате этого количество образующихся при горении NOx уменьшается. В качестве документа известного уровня техники, относящегося к изобретению, также может быть приведена публикация JP 2010-71135 А.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Количество образующегося NOx может быть уменьшено путем подачи в цилиндр газа EGR (рециркулируемого выхлопного газа). Однако, при увеличении количества подаваемого газа EGR возрастает внутрицилиндровая плотность, так что ухудшается диффузия струи топлива в цилиндре. Следовательно, когда количество подаваемого газа EGR становится избыточным, степень использования воздуха в цилиндре снижается, и, в результате, может вырасти количество образующегося дыма и углеводородов (НС).

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание управляющего устройства для двигателя внутреннего сгорания, при помощи которого может быть ослаблено увеличение количества образующегося дыма и НС вследствие увеличения внутрицилиндровой плотности.

Первое управляющее устройство, соответствующее изобретению, применено к двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо впрыскивается в цилиндр, при этом двигатель внутреннего сгорания содержит устройство EGR, обеспечивающее подачу части выхлопного газа в цилиндр в качестве рециркулируемого газа, и устройство подачи вещества низкой плотности, которое обеспечивает подачу в цилиндр вещества низкой плотности с более низкой плотностью, чем у газа EGR. Первое управляющее устройство включает средство вычисления коэффициента избытка топлива, предназначенное для вычисления коэффициента избытка топлива для двигателя внутреннего сгорания, и средство управления скоростью подачи, предназначенное для управления устройством EGR и устройством подачи вещества низкой плотности так, что, когда коэффициент избытка топлива большой, скорость подачи вещества низкой плотности увеличивается, а скорость подачи газа EGR уменьшается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький.

Благодаря функционированию первого управляющего устройства, когда коэффициент избытка топлива является большим, скорость подачи вещества низкой плотности увеличивается, а скорость подачи газа EGR уменьшается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива является малым. Таким образом, внутрицилиндровая плотность уменьшается, когда коэффициент избытка топлива большой, и увеличивается, когда коэффициент избытка топлива является малым. Следовательно, поскольку при большом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность уменьшается, то улучшается диффузия струи топлива, поэтому количество образующегося дыма и НС может быть уменьшено. С другой стороны, при малом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность увеличивается, следовательно, проникновение струи топлива может быть ослаблено, в результате чего подавляется увеличение потерь при охлаждении и количества НС, образующегося из-за адгезии топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра.

В первом управляющем устройстве способ вычисления коэффициента избытка топлива не имеет определенных ограничений. Например, средство вычисления коэффициента избытка топлива может производить вычисление коэффициента избытка топлива на основе рабочих условий двигателя внутреннего сгорания.

В одном из аспектов первого управляющего устройства, средство управления скоростью подачи может осуществлять управление устройством EGR и устройством подачи вещества низкой плотности так, чтобы скорость подачи вещества низкой плотности в том случае, когда коэффициент избытка топлива меньше некоторой заданной величины, был меньше до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, чем после завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания. В соответствии с этим аспектом, внутрицилиндровая плотность больше до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, чем после завершения прогрева, следовательно, проникновение струи топлива при малом коэффициенте избытка топлива может быть уменьшено по сравнению с проникновением струи после завершения прогрева. Следовательно, адгезия топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра до завершения прогрева может быть ослаблена, в результате чего может быть уменьшено количество НС, образующееся до завершения прогрева двигателя.

В одном из аспектов первого управляющего устройства, средство управления скоростью подачи может осуществлять расчет скорости подачи газа EGR и скорости подачи вещества низкой плотности на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, после чего осуществлять управление устройством EGR и устройством подачи вещества низкой плотности на основании полученного результата вычислений. Проникновение струи топлива изменяется в зависимости от изменения давления впрыска топлива. В соответствии с данным аспектом, скорость подачи газа EGR и скорость подачи вещества низкой плотности рассчитываются на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, следовательно, может быть достигнуто надлежащее проникновение струи.

В одном из аспектов первого управляющего устройства, устройство подачи вещества низкой плотности может осуществлять подачу в цилиндр сконденсировавшейся воды, образовавшейся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, в качестве вещества низкой плотности. В соответствии с данным аспектом, используется сконденсировавшаяся вода, образовавшаяся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, тем самым, исключается необходимость в подготовке и пополнении запасов вещества низкой плотности. Кроме того, подаваемая сконденсировавшаяся вода в цилиндре испаряется, в результате чего температура горения уменьшается. Следовательно, при большом коэффициенте избытка топлива, вместо уменьшения скорости подачи газа EGR, увеличивают скорость подачи сконденсировавшейся воды, в результате чего эффект подавления образования NOx может поддерживаться одновременно с подавлением увеличения внутрицилиндровой плотности.

Второе управляющее устройство, соответствующее изобретению, применено к двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо впрыскивается в цилиндр, при этом, двигатель внутреннего сгорания включает устройство EGR, обеспечивающее подачу части выхлопного газа в цилиндр в качестве рециркулируемого газа, и средство изменения соотношения компонентов, способное изменять соотношение воды и диоксида углерода в газе EGR. Второе управляющее устройство включает средство вычисления коэффициента избытка топлива, предназначенное для вычисления коэффициента избытка топлива для двигателя внутреннего сгорания, и средство регулирования соотношения компонентов, предназначенное для управления средством изменения соотношения компонентов так, что, когда коэффициент избытка топлива большой, доля воды в газе EGR увеличивается, а доля диоксида углерода в газе EGR уменьшается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький.

В соответствии со вторым управляющим устройством, когда коэффициент избытка топлива большой, доля воды в газе EGR увеличивается, а доля диоксида углерода в газе EGR уменьшается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький. Следовательно, внутрицилиндровая плотность уменьшается, когда коэффициент избытка топлива большой, и увеличивается, когда коэффициент избытка топлива маленький. Таким образом, внутрицилиндровая плотность уменьшается при большом коэффициенте избытка топлива, благодаря чему может быть усилена диффузия струи топлива, в результате этого количество образующегося дыма и НС может быть уменьшено. С другой стороны, внутрицилиндровая плотность увеличивается при малом коэффициенте избытка топлива, следовательно, проникновение струи топлива может быть ослаблено, в результате чего подавляется увеличение потерь при охлаждении и количества НС, образующегося из-за адгезии топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра.

Во втором управляющем устройстве способ вычисления коэффициента избытка топлива не имеет определенных ограничений. Например, средство вычисления коэффициента избытка топлива может производить вычисление коэффициента избытка топлива на основе рабочих условий двигателя внутреннего сгорания.

В одном из аспектов второго управляющего устройства, средство регулирования соотношения компонентов может управлять средством изменения соотношения компонентов так, чтобы доля диоксида углерода в газе EGR в том случае, когда коэффициент избытка топлива меньше некоторой заданной величины, была меньше до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, чем после завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания. В соответствии с этим аспектом, внутрицилиндровая плотность больше до завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания, чем после завершения прогрева, следовательно, проникновение струи топлива при малом коэффициенте избытка топлива может быть ослаблено по сравнению с проникновением струи после завершения прогрева. Таким образом, адгезия топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра до завершения прогрева может быть уменьшена, в результате чего количество НС, образующееся до окончания прогрева двигателя, может быть уменьшено.

В одном из аспектов второго управляющего устройства, средство регулирования соотношения компонентов может выполнять вычисление доли воды в газе EGR и доли диоксида углерода в газе EGR на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, после чего осуществлять управление средством изменения соотношения компонентов на основании полученного результата вычислений. В соответствии с этим аспектом, доля воды в газе EGR и доля диоксида углерода в газе EGR рассчитываются на основе давления впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива, следовательно, может быть достигнуто надлежащее проникновение струи.

В одном из аспектов второго управляющего устройства, в качестве средства изменения соотношения компонентов может быть предусмотрено наличие средства разделения для отделения диоксида углерода от газа EGR, средства настройки, способного корректировать количество диоксида углерода, отделяемое от газа EGR, и механизма подачи сконденсировавшейся воды, добавляющего сконденсировавшуюся воду, образовавшуюся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, в газ EGR, от которого при помощи средства разделения был отделен диоксид углерода. В соответствии с этим аспектом, используют сконденсировавшуюся воду, образовавшуюся в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, тем самым, исключается необходимость в подготовке и пополнении запасов вещества низкой плотности. Кроме того, подаваемая сконденсировавшаяся вода в цилиндре испаряется, в результате чего температура горения уменьшается. Следовательно, при большом коэффициенте избытка топлива, вместо уменьшения доли диоксида углерода в газе EGR, увеличивают долю воды в газе EGR, в результате чего эффект подавления образования NOx может поддерживаться одновременно с подавлением увеличения внутрицилиндровой плотности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - общая конфигурация двигателя внутреннего сгорания, соответствующего одному из вариантов осуществления изобретения;

Фиг. 2 - взаимосвязь коэффициента избытка топлива и проникновения струи;

Фиг. 3 - характерная расчетная диаграмма, использованная для вычисления расходов газа EGR и сконденсировавшейся воды;

Фиг. 4 - характерная расчетная диаграмма, использованная для вычисления основного коэффициента избытка топлива в соответствии с нагрузкой;

Фиг. 5 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 6 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 7 - характерная расчетная диаграмма, использованная для определения внутрицилиндровой плотности;

Фиг. 8 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 9 - характерная расчетная диаграмма, использованная для вычисления величины соответствующих отверстий клапана EGR и клапана подачи сконденсировавшейся воды на основании внутрицилиндровой плотности, как показано на фиг. 7;

Фиг. 10 - вариант управления в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 11 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 12 - общая конфигурация двигателя внутреннего сгорания в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 13 - характерная расчетная диаграмма, использованная для определения соотношения воды и диоксида углерода в газе EGR;

Фиг. 14 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения; и

Фиг. 15 - блок-схема одного из примеров управляющей программы в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения.

СПОСОБЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на фиг. 1, двигатель 1А внутреннего сгорания представляет собой последовательный четырехцилиндровый дизельный двигатель, в котором четыре цилиндра 2 размещены в одном направлении. Двигатель 1А внутреннего сгорания установлен на автомобиле, например, в качестве ходового привода. Клапан 3 впрыска топлива установлен в двигателе 1А внутреннего сгорания на каждом цилиндре 2 с целью подачи топлива в цилиндры 2. Соответствующие клапаны 3 впрыска топлива соединены с топливной рейкой 5, в которую топливо подается насосом, по топливной рейке 5 топливо поступает в соответствующие клапаны 3 впрыска топлива. Входной канал 6 и выхлопной канал 7 соединены с соответствующими цилиндрами 2. Входной канал 6 включает входной коллектор 8, разветвляющийся и подходящий к каждому цилиндру 2. Компрессор 9а турбонагнетателя 9 расположен по потоку до входного коллектора 8. Выхлопной канал 7 включает выхлопной коллектор 10, в котором собирается выхлопной газ из цилиндров 2. Турбина 9b турбонагнетателя 9 расположена по потоку после выхлопного коллектора 10. Устройство очистки выхлопного газа, не показанное на чертеже, находится на стороне выпуска турбины 9b, так что выхлопной газ, проходящий через турбину 9b, очищается устройством очистки выхлопного газа, после чего сбрасывается в атмосферу.

Как показано на фиг. 1, в двигателе 1А внутреннего сгорания имеется два устройства 20А, 20В EGR, так что часть выхлопного газа рециркулируется во входную систему как газ EGR с целью снижения количества NOx и повышения эффективности использования топлива. В двигателе 1А внутреннего сгорания два устройства 20А, 20В EGR используются надлежащим образом в соответствии с нагрузкой. Первое устройство 20А EGR представляет собой устройство EGR, относящееся к типу контура низкого давления. Первое устройство 20А EGR включает канал 21, соединяющий выхлопной канал 7 на стороне выпуска турбины 9b со входным каналом 6 на стороне впуска компрессора 9а, первый клапан 22 EGR, регулирующий поток газа EGR, и первый охладитель 23 EGR, охлаждающий газ EGR. Второе устройство 20В EGR представляет собой устройство EGR, относящееся к типу контура высокого давления. Второе устройство 20В EGR включает второй канал 26 EGR, соединяющий выхлопной коллектор 10 со входным коллектором 8, второй клапан 27 EGR, регулирующий поток газа EGR, и второй охладитель 28 EGR, охлаждающий газ EGR.

Соответствующие охладители 23, 28 EGR осуществляют уменьшение температуры газа EGR, используя в качестве хладагента охлаждающую воду двигателя 1А внутреннего сгорания, посредством теплообмена между хладагентом и теплым выхлопным газом. Когда температура газа EGR снижена, влага, содержащаяся в газе EGR, конденсируется, в результате чего в соответствующих охладителях 23, 28 EGR образуется сконденсировавшаяся вода. Устройство 30 обработки сконденсировавшейся воды в двигателе 1А внутреннего сгорания предназначено для сбора и обработки сконденсировавшейся воды, образовавшейся в соответствующих охладителях 23, 28 EGR.

Устройство 30 обработки сконденсировавшейся воды включает резервуар 31 для сконденсировавшейся воды, в котором хранится сконденсировавшаяся вода, образовавшаяся в соответствующих охладителях 23, 28 EGR, первый сборный канал 32, соединяющий первый охладитель 23 EGR с резервуаром 31 для сконденсировавшейся воды, и механизм 35 подачи сконденсировавшейся воды, выполняющий роль устройства подачи вещества низкой плотности, который обеспечивает подачу сконденсировавшейся воды (CW), хранящейся в резервуаре 31 для сконденсировавшейся воды, во входную систему двигателя 1А внутреннего сгорания. Механизм 35 подачи сконденсировавшейся воды включает канал 36 сконденсировавшейся воды, соединяющий резервуар 31 для сконденсировавшейся воды со входным коллектором 6. Электрический насос 37 и клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды, который регулирует подаваемое количество сконденсировавшейся воды, нагнетаемой насосом 37, размещены в канале 36 сконденсировавшейся воды. Концевая часть 36а канала 36 сконденсировавшейся воды имеет форму форсунки, и когда клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды открыт, сконденсировавшаяся вода под давлением впрыскивается через концевую часть 36а в форме тумана. Количество подаваемой сконденсировавшейся воды можно регулировать путем регулирования степени открытия клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды.

В двигателе 1А внутреннего сгорания имеется электронный блок 40 управления (ЭБУ) двигателем, представляющий собой компьютер, осуществляющий управление соответствующими частями двигателя 1А внутреннего сгорания. ЭБУ 40 регулирует количество впрыскиваемого топлива и время впрыска посредством клапанов 3 впрыска топлива в ходе основного оперативного управления, а также используется для управления устройствами 20А, 20В EGR и устройством 30 обработки сконденсировавшейся воды. Сигналы от большого количества датчиков, регистрирующих различные физические величины, поступают на вход ЭБУ 40 с целью отражения рабочих условий в двигателе 1А внутреннего сгорания. В двигателе 1А внутреннего сгорания имеется датчик 41 угла поворота коленвала, выдающий сигнал, соответствующий углу поворота коленвала двигателя 1А внутреннего сгорания, датчик 42 положения педали акселератора, выдающий сигнал, соответствующий степени нажатия педали 39 акселератора; также в двигателе 1А внутреннего сгорания в качестве датчиков, имеющих отношение к изобретению, имеются, например, расходомер 43 воздуха, выдающий сигнал, соответствующий количеству воздуха, датчик 44 A/F (датчик соотношения компонентов топливной смеси) выхлопного газа, выдающий сигнал, соответствующий концентрации кислорода в выхлопном газе, и т.д.; выходные сигналы этих датчиков поступают на вход ЭБУ 40.

Отличительной особенностью данного варианта осуществления изобретения является то, что ЭБУ 40 скоординировано управляет подачей газа EGR и подачей сконденсировавшейся воды. Когда количество подаваемого газа EGR увеличивается, плотность (внутрицилиндровая плотность) газа, поступающего в цилиндр 2, возрастает, тем самым, препятствуя диффузии струи топлива в цилиндре 2. Другими словами, при постоянном давлении впрыска топлива, проникновение струи топлива неуклонно снижается по мере увеличения внутрицилиндровой плотности. Таким образом, когда количество подаваемого газа EGR становится избыточным, степень использования воздуха в цилиндре 2 уменьшается, в результате чего увеличивается образующееся количество дыма и НС. Кроме этого, когда проникновение слишком интенсивное, возрастают потери при охлаждении и количество НС, образующегося в результате адгезии топлива на поверхности внутренней стенки цилиндра 2.

Как показано сплошной линией на фиг. 2, при постоянном давлении впрыска топлива проникновение струи топлива постоянно усиливается по мере увеличения коэффициента избытка топлива двигателя 1А внутреннего сгорания. Для подавления увеличения образования дыма и НС при большом коэффициенте избытка топлива и для предотвращения увеличения потерь при охлаждении и образовании НС при низком коэффициенте избытка топлива желательно увеличивать проникновение струи, когда коэффициент избытка топлива большой и снижать проникновение, когда коэффициент избытка топлива является малым. При управлении в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, как показано на фиг. 2 пунктирной линией, внутрицилиндровую плотность изменяют в соответствии с коэффициентом избытка топлива с целью увеличения проникновения струи, когда коэффициент избытка топлива является большим, и снижения проникновения, когда коэффициент избытка топлива является малым. При этом, внутрицилиндровую плотность изменяют путем изменения скорости подачи газа EGR и скорости подачи сконденсировавшейся воды в соответствии с коэффициентом избытка топлива.

Газ EGR представляет собой выхлопной газ, образовавшийся в результате сгорания топлива, и, следовательно, содержит в качестве основных компонентов диоксид углерода (СО2) и воду (Н2О). Кроме того, основным компонентом сконденсировавшейся воды является вода. Следовательно, путем изменения скорости подачи газа EGR и скорости подачи сконденсировавшейся воды, можно изменять долю диоксида углерода и долю воды в газе, поступающем в цилиндр 2. Другими словами, когда скорость подачи газа EGR уменьшается, доля диоксида углерода в цилиндре 2 уменьшается, а когда увеличивается скорость подачи сконденсировавшейся воды, увеличивается доля воды в цилиндре 2. Вода является веществом низкой плотности, имеющим меньший молекулярный вес, чем диоксид углерода. Следовательно, изменение доли диоксида углерода и доли воды в цилиндре 2 ведет к изменению внутрицилиндровой плотности.

Как показано на фиг. 3, при управлении в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, скорость подачи сконденсировавшееся воды увеличивают, а скорость подачи газа EGR уменьшают при большом коэффициенте избытка топлива по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький. При этом, внутрицилиндровая плотность при большом коэффициенте избытка топлива увеличивается по сравнению со случаем, когда коэффициент избытка топлива маленький, в результате этого, как показано на фиг. 2 пунктирной линией, проникновение струи увеличивается при большом коэффициенте избытка топлива и уменьшается при малом коэффициенте избытка топлива.

ЭБУ 40 управляет расходом газа EGR и расходом воды в соответствии с коэффициентом избытка топлива, как показано на расчетной диаграмме, представленной на фиг. 3. Скорость подачи газа EGR можно регулировать в соответствии со степенью открытия клапанов 22, 27 EGR, тогда как расходом сконденсировавшейся воды можно управлять в соответствии со степенью открытия клапана 38 подачи воды. Следовательно, ЭБУ 40 определяет скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды в соответствии с коэффициентом избытка топлива исходя из расчетной диаграммы, показанной на фиг. 3. Затем ЭБУ 40 вычисляет величину открытия соответствующих клапанов 22, 27 EGR и открытия клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды, при которых реализуются эти расходы, и управляет соответствующими клапанами 22, 27, 38 так, чтобы они были открыты надлежащим образом. Степень открытия соответствующих клапанов 22, 27, 38 рассчитывается на основе результата, полученного ранее при определении взаимного соотношения расходов газа EGR и сконденсировавшейся воды и открытия соответствующих клапанов 22, 27, 38 в ходе испытаний опытного образца и моделирования. Как указано выше, два устройства 20А, 20В EGR задействуются надлежащим образом в соответствии с нагрузкой двигателя 1А внутреннего сгорания. Другими словами, имеется три режима осуществления EGR, а именно: режим, при котором два устройства 20А, 20В EGR используются одновременно, режим, при котором используется только первое устройство 20А EGR, и режим, при котором используется только второе устройство 20В EGR. Следовательно, степень открытия соответствующих клапанов 22, 27, 38 рассчитывается для каждого режима.

Как показано на фиг. 4 взаимозависимость коэффициента избытка топлива и нагрузки (количества впрыскиваемого топлива) двигателя 1А внутреннего сгорания - это не простое пропорциональное соотношение и изменяется в соответствии с тем, осуществляется EGR или нет, и в соответствии с количеством EGR. Другими словами, нагрузка может изменяться при постоянном коэффициенте избытка топлива, как показано на фиг. 4 линией А, а коэффициент избытка топлива может изменяться при постоянной нагрузке в соответствии с тем, осуществляется EGR или нет, как показано на фиг. 4 линией В. При управлении в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды регулируются на основании коэффициента избытка топлива, следовательно, возможно точное регулирование внутрицилиндровой плотности вне зависимости от того, реализуется EGR или нет, и от количества EGR.

На фиг. 5 показан один из примеров управляющей программы, осуществляемой ЭБУ 40. Программное обеспечение управляющей программы, показанной на фиг. 5, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами.

На стадии S1 ЭБУ 40 рассчитывает объем впрыска топлива для двигателя 1А внутреннего сгорания. На основании выходного сигнала датчика 42 положения педали акселератора ЭБУ 40 определяет положение педали акселератора и рассчитывает объем впрыска топлива в зависимости от положения педали акселератора. На стадии S2 ЭБУ 40 рассчитывает основной коэффициент избытка топлива на основании рабочих условий или, другими словами, объема впрыска топлива (нагрузки) двигателя 1А внутреннего сгорания. Основной коэффициент избытка топлива – это коэффициент избытка топлива, однозначно определяемый в соответствии с объемом впрыска топлива и устанавливаемый по диаграмме с параметрами, показанными на фиг. 4. Обращаясь к диаграмме, показанной на фиг. 4, ЭБУ 40 рассчитывает основной коэффициент избытка топлива, исходя из объема впрыска топлива (нагрузки), вычисленного на стадии S1, учитывая, применяется EGR или нет. Например, как показано на фиг. 4, когда нагрузка равна В, и EGR применяется, рассчитанный основной коэффициент избытка топлива равен φ2, когда же нагрузка равна В, и EGR не применяется, основной коэффициент избытка топлива равен φ1. Широко распространенной практикой является расчет коэффициента избытка топлива как величины, обратной коэффициенту избытка воздуха, получаемому путем деления соотношения компонентов топливной смеси на стехиометрическое соотношение компонентов топливной смеси.

На стадии S3 ЭБУ 40 определяет скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды, соответствующие основному коэффициенту избытка топлива, рассчитанному на стадии S2, обращаясь к расчетной диаграмме, показанной на фиг. 3. На стадии S4 ЭБУ 40 рассчитывает величины соответствующих отверстий клапанов 22, 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды на основе соответствующих расходов, определенных на стадии S3. Отметим, что в режиме, когда первое устройство 20А EGR и второе устройство 20В EGR используются одновременно, ЭБУ 40 рассчитывает соответствующие величины отверстий двух клапанов 22, 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды. Кроме этого, в режиме, когда используется только первое устройство 20А EGR, ЭБУ 40 рассчитывает соответствующие величины отверстия первого клапана 22 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды. Кроме этого, в режиме, когда используется только второе устройство 20В EGR, ЭБУ 40 рассчитывает соответствующие величины отверстия второго клапана 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды.

На стадии S5 ЭБУ 40 приводит в действие, по меньшей мере, один из клапанов - первый клапан 22 EGR и второй клапан 27 EGR – с целью реализации величин отверстий, рассчитанных на стадии S4. На стадии S6 ЭБУ 40 приводит в действие клапан 38 подачи сконденсировавшейся воды с целью реализации отверстия, рассчитанного на стадии S4. На этом выполнение данной программы заканчивается.

Отверстия соответствующих клапанов 22, 27, 38, рассчитанные на стадии S4, как показано на фиг. 5, получены на основании величин скорости подачи, определенных по расчетной диаграмме, показанной на фиг. 3. Следовательно, путем открытия в соответствующих клапанах 22, 27, 38 отверстий, равных рассчитанным на стадии S4, реализуются расходы газа EGR и сконденсировавшейся воды, соответствующие основному коэффициенту избытка топлива.

Таким образом, в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, внутрицилиндровая плотность двигателя 1А внутреннего сгорания уменьшается при большом коэффициенте избытка топлива и увеличивается при малом коэффициенте избытка топлива. Следовательно, при большом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность уменьшается, и диффузия струи топлива становится более интенсивной, в результате чего количество образующегося дыма и НС может быть уменьшено. С другой стороны, при малом коэффициенте избытка топлива внутрицилиндровая плотность увеличивается, и проникновение струи топлива затрудняется, в результате чего подавляется увеличение потерь при охлаждении и количество НС, образующегося вследствие адгезии топлива на внутренней поверхности стенки цилиндра 2. Выполняя управляющую программу, показанную на фиг. 5, ЭБУ 40 функционирует как средство управления скоростью подачи, соответствующее изобретению. Кроме того, выполняя стадию S2 (фиг. 5) ЭБУ 40 функционирует как средство вычисления коэффициента избытка топлива, соответствующее изобретению.

Второй вариант осуществления изобретения

Далее второй вариант осуществления изобретения описан со ссылкой на фиг. 6. Второй вариант осуществления изобретения аналогичен первому варианту за исключением содержания управляющей программы. Таким образом, физическая конфигурация второго варианта осуществления изобретения соответствует показанной на фиг. 1. Второй вариант осуществления изобретения отличается от первого способом вычисления коэффициента избытка топлива. Управляющая программа, показанная на фиг. 6, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами.

На стадии S11, так же, как и в первом варианте осуществления изобретения, ЭБУ 40 определяет положение педали акселератора по выходному сигналу датчика 42 положения педали акселератора и на этом основании рассчитывает объем впрыска топлива. На стадии S12 по выходному сигналу расходомера 43 воздуха ЭБУ 40 определяет количество воздуха. На стадии S13 по выходному сигналу датчика 44 A/F выхлопного газа ЭБУ 40 определяет концентрацию кислорода в выхлопном газе. На стадии S14 ЭБУ 40 рассчитывает коэффициент избытка топлива для двигателя 1А внутреннего сгорания на основании объема впрыска топлива, количества воздуха и концентрации кислорода, полученных, соответственно, на стадиях S11-S13. Операции, осуществляемые на стадиях S15-S18, идентичны описанным в отношении стадий S3–S6 первого варианта осуществления изобретения, показанных на фиг. 5, поэтому их описание опускается.

В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, так же, как и в первом варианте, при большом коэффициенте избытка топлива может быть уменьшено количество образующегося дыма и НС, а при малом коэффициенте избытка топлива могут быть снижены потери при охлаждении и количество образующегося НС. При выполнении управляющей программы, представленной на фиг. 6, ЭБУ 40 функционирует как средство управления скоростью подачи, соответствующее изобретению. Кроме того, выполняя стадию S14 (фиг. 6) ЭБУ 40 функционирует как средство вычисления коэффициента избытка топлива, соответствующее изобретению.

Третий вариант осуществления изобретения

Далее со ссылкой на фиг. 7–9 описан третий вариант осуществления изобретения. Третий вариант осуществления изобретения идентичен первому варианту за исключением содержания управляющей программы. Таким образом, физическая конфигурация третьего варианта осуществления изобретения соответствует показанной на фиг. 1. ЭБУ 40 осуществляет регулирование давления впрыска топлива двигателя 1А внутреннего сгорания или, другими словами, внутреннее давление топливной рейки 5 в соответствии с рабочими условиями двигателя 1А внутреннего сгорания. Из-за изменения давления впрыска топлива изменяется проникновение струи топлива, следовательно, может оказаться невозможным достижение надлежащего проникновения просто путем изменения внутрицилиндровой плотности подобно тому, как описано в первом или втором варианте осуществления изобретения. Следовательно, в третьем варианте осуществления изобретения надлежащее проникновение струи топлива достигается путем вычисления скорости подачи газа EGR и скорости подачи сконденсировавшейся воды на основе давление впрыска топлива, а также коэффициента избытка топлива.

Уравнение 1, приведенное ниже, которое называется «формула Хироясу (Hiroyasu)» широко применяется в качестве эмпирической формулы, определяющей соотношение между давлением впрыска топлива и силой проникновения струи.

S=2,95×((Pinj–Pa)/ρа)0,25×(d0 • t)0,5 (1)

В этой формуле S означает силу проникновения струи, Pinj означает давление впрыска топлива, Ра означает внутрицилиндровое атмосферное давление, ρа означает внутрицилиндровую плотность, d0 означает диаметр отверстия для впрыска, t означает время.

Внутрицилиндровая плотность ρа и внутрицилиндровое атмосферное давление Ра соразмерны, следовательно, когда за коэффициент принимают А, уравнение 1 может выглядеть, как уравнение 2, приводимое ниже.

S=А×((Pinj–Pa)/ρа)0,25=А×(Pinj/Pa–1)0,25 (2)

Решая уравнение 2 относительно внутрицилиндрового атмосферного давление Ра и устанавливая В в качестве коэффициента, получают уравнение 3.

Ра=В×Pinj/(S4+1) (3)

Кроме этого, как указано выше, внутрицилиндровая плотность ρа и внутрицилиндровое атмосферное давление Ра соразмерны, следовательно, когда за коэффициент принимают С, уравнение 3 может выглядеть, как уравнение 4, приводимое ниже.

ρа=С×Pinj/(S4+1) (4)

Далее, для каждого коэффициента избытка топлива (см. фиг. 2) определяют необходимую силу проникновения и подставляют в уравнение 4. В результате для каждого коэффициента избытка топлива получают соотношение между давлением впрыска топлива и внутрицилиндровой плотностью, при которых достигается необходимая сила проникновения. Упорядочивая эти три параметра, то есть, коэффициент избытка топлива, давление впрыска топлива и внутрицилиндровую плотность, получают диаграмму, приведенную на фиг. 7.

В третьем варианте осуществления изобретения внутрицилиндровую плотность, соответствующую текущему коэффициенту избытка топлива и давлению впрыска топлива, определяют по диаграмме, как показано на фиг. 7, где внутрицилиндровая плотность выражена через переменные значения коэффициента избытка топлива и давления впрыска топлива. Затем определяют соответствующие отверстия клапанов 22, 27 EGR и клапана 38 подачи сконденсировавшейся воды, чтобы получить скорость подачи газа EGR и скорость подачи сконденсировавшейся воды, соответствующие данной внутрицилиндровой плотности, при этом, соответствующие клапаны 22, 27, 38 приводятся в действие так, чтобы получить заданные отверстия.

Программное обеспечение управляющей программы, показанной на фиг. 8, хранится в ЭБУ 40, считывается в надлежащее время и многократно повторяется с заданными интервалами. На стадии S21 ЭБУ 40 рассчитывает коэффициент избытка топ