Способ для двигателя (варианты) и система двигателя

Способ для двигателя (варианты) и система двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способам и системам для снижения выбросов твердых частиц с выхлопными газами в системе двигателя с наддувом посредством впрыска сжиженного нефтяного газа (LPG).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Двигатели могут быть выполнены с топливными форсунками непосредственного впрыска, которые впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр сгорания (непосредственный впрыск), и/или топливными форсунками впрыска во впускной канал, которые впрыскивают топливо в окно цилиндра (впрыск топлива во впускной канал). Непосредственный впрыск обеспечивает достижение более высокой эффективности использования топлива и более высокой выходной мощности в дополнение к лучшему задействованию эффекта охлаждения заряда впрыскиваемого топлива.

Кроме того, при холодном запуске двигателя, непосредственный впрыск топлива в рабочем такте или такте выпуска (также известный как вторичный впрыск топлива) или поздно в такте сжатия обеспечивает ускоренную активацию каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Один из примерных подходов для ускорения активации каталитического нейтрализатора выхлопных газов показан Нигаи и другими US 6,374,798 (опубл. 23.04.2002, МПК F02D 41/02, F02D 41/04). Здесь топливо впрыскивается в такте сжатия, когда требуется больший разогрев каталитического нейтрализатора, и в такте впуска, когда требуется меньший разогрев каталитического нейтрализатора.

Однако авторы в материалах настоящего описания выявили, что бензиновые двигатели с непосредственным впрыском вырабатывают большее количество выбросов твердых частиц (или сажи) при холодном запуске и прогреве двигателя вследствие диффузного распространения пламени, при котором топливо может не смешиваться в достаточной мере с воздухом перед сгоранием, а также вследствие смачивания стенки цилиндра. Поскольку непосредственный впрыск, по природе, является относительно поздним впрыском топлива может быть недостаточно времени для смешивания впрыснутого топлива с воздухом в цилиндре. Подобным образом, впрыснутое топливо может сталкиваться с меньшей турбулентностью при протекании через клапаны. Следовательно, могут быть карманы обогащенного сгорания, которые могут вырабатывать сажу локально, ухудшая выделение продуктов сгорания с выхлопными газами. Подобным образом, подача бензина в виде вторичного впрыска топлива или позднего впрыска в такте сжатия посредством форсунки непосредственного впрыска может приводить к повышенному смачиванию топливом поршня и значительному повышению выбросов твердых частиц на выхлопной трубе.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы в материалах настоящего описания выявили, что по меньшей мере некоторые из вышеуказанных проблем могут быть преодолены способами для системы двигателя, работающей с непосредственным впрыском газового топлива, такого как сжиженный нефтяной газ. Один из примерных способов включает в себя этапы, на которых осуществляют при холодном запуске двигателя сжигание первого количества газового топлива, впрыснутого в течение одного или более из такта впуска и такта сжатия первого события сгорания; и сжигание второго количества газового топлива, впрыснутого в рабочем такте первого события сгорания, отношение первого количества ко второму количеству регулируется, чтобы давать возможность богатого топливно-воздушного соотношения на свече зажигания для улучшенной стабильности двигателя наряду с поддержанием общего топливно-воздушного соотношения сгорания на стехиометрии в цилиндре. Таким образом, активация каталитического нейтрализатора может ускоряться, не ухудшая выбросов с выхлопными газами.

В одном из вариантов предложен способ, в котором большую часть первого количества газового топлива впрыскивают позже в такте сжатия по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов, оцениваемая при холодном запуске двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором второе количество газового топлива впрыскивают позже в рабочем такте по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов, оцениваемая при холодном запуске двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором второе количество газового топлива впрыскивают при множестве впрысков в рабочем такте, причем количество впрысков в рабочем такте основано на установке момента зажигания.

В одном из вариантов предложен способ, в котором количество впрысков в рабочем такте увеличивают по мере того как установку момента зажигания подвергают запаздыванию от максимального тормозного момента (MBT).

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором продолжают сжигание первого количества и второго количества в течение некоторого количества событий сгорания после первого события сгорания, причем количество событий сгорания основано на температуре каталитического нейтрализатора выхлопных газов относительно пороговой температуры.

В одном из вариантов предложен способ, в котором количество событий сгорания увеличивают с увеличением разности между температурой каталитического нейтрализатора выхлопных газов и пороговой температурой.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых по завершению некоторого количества событий сгорания сжигают газовое топливо на стехиометрии в такте впуска.

В одном из вариантов предложен способ, в котором газовое топливо хранят в топливном баке для жидкого топлива в виде сжиженного нефтяного газа (LPG).

В одном из вариантов предложен способ, в котором каждое из первого и второго количества топлива подается посредством непосредственного впрыска.

В одном из дополнительных аспектов предложен способ для двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

при холодном запуске двигателя

осуществляют непосредственный впрыск первого количества сжиженного нефтяного газа (LPG) на такте впуска события сгорания;

осуществляют непосредственный впрыск второго количества LPG на такте сжатия события сгорания;

сжигают первое и второе количества в такте сжатия; и

осуществляют непосредственный впрыск третьего количества LPG в рабочем такте, причем первое, второе и третье количества регулируют для поддержания общего топливно-воздушного соотношения выхлопных газов на стехиометрии.

В одном из вариантов предложен способ, в котором первое и второе количества сжигают на такте сжатия, при этом третье количество сжигают в выпускном окне.

В одном из вариантов предложен способ, в котором одно или более из первого, второго и третьего количества LPG подают в виде множества впрысков топлива.

В одном из вариантов предложен способ, в котором долю второго количества относительно первого количества увеличивают при уменьшении температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов при холодном запуске.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором при впрыске третьего количества топлива регулируют давление в топливной форсунке на основании одного или более из первого количества топлива, установки опережения зажигания третьего количества топлива и давления в цилиндре при впрыске третьего количества топлива.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором продолжают впрыск LPG в виде каждого из первого, второго и третьего количества впрыска до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не будет на или выше пороговой температуры.

В одном из дополнительных аспектов предложена система двигателя, содержащая:

цилиндр двигателя;

топливную форсунку непосредственного впрыска, присоединенную к цилиндру;

направляющую-распределитель для топлива, присоединенную выше по потоку от топливной форсунки;

топливный бак для хранения газового топлива под давлением в виде жидкости;

регулятор давления для регулировки давления газового топлива, подаваемого из топливного бака в направляющую-распределитель для топлива;

каталитический нейтрализатор выхлопных газов, присоединенный в выпускном канале двигателя; и

контроллер с машиночитаемыми командами для:

в состоянии холодного запуска двигателя, до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не будет на или выше пороговой температуры,

подачи газового топлива в виде множества впрысков, включая, по меньшей мере впрыск в такте сжатия и впрыск в рабочем такте; и

сжигания поданного топлива на стехиометрии.

В одном из вариантов предложена система, в которой множество впрысков включает в себя первый впрыск в такте впуска, второй впрыск в такте сжатия и третий впрыск в рабочем такте.

В одном из вариантов предложена система, в которой временные характеристики и соотношение первого, второго и третьего впрысков основаны на установке момента искрового зажигания.

В одном из вариантов предложена система, в которой соотношение второго впрыска в такте сжатия относительно первого впрыска в такте впуск возрастает, а установка момента второго впрыска в такте сжатия перемещается ближе к верхней мертвой точке (ВМТ) по мере того как установка момента зажигания подвергается запаздыванию от MBT, при этом установка момента впрыска в рабочем такте перемещается дальше после ВМТ по мере того как установка момента зажигания подвергается запаздыванию от MBT.

В виде примера, система двигателя может быть выполнена с системой подачи топлива на сжиженном нефтяном газе (LPG), и газовое топливо (например, LPG) может впрыскиваться непосредственно в камеру сгорания. В состоянии холодного запуска двигателя, такого как когда температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов находится ниже пороговой температуры или эффективности. Газовое топливо может подаваться в двигатель в виде одного или более из впрыска в такте впуска и впрыска в такте сжатия. Впрыск топлива может смещаться в больше степени в направлении впрыска в такте сжатия по мере того как убывает температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов при холодном запуске двигателя. По существу, впрыск в такте впуска может давать возможность хорошего смешивания, а во время активации каталитического нейтрализатора впрыск может быть обедненным. Впрыск в такте сжатия, в таком случае, может использоваться, так чтобы топливно-воздушное соотношение на свече зажигания находилось около стехиометрии, так чтобы смесь легче воспламенялась. По выбору, топливо также может впрыскиваться в виде одиночного или множества впрысков в рабочем такте и сжигаться в выпускном окне. Получающееся в результате повышение температуры и давления выхлопных газов сокращает время, до которого осуществляет активацию каталитический нейтрализатор. Количество топливо, впрыскиваемого в тактах впуска, сжатия и рабочем такте, может регулироваться, чтобы поддерживать общее топливно-воздушное соотношение выхлопных газов на или около стехиометрии. В дополнение, временные характеристики впрысков могут регулироваться на основании температуры каталитического нейтрализатора и установки момента зажигания. Например, по мере того как температура каталитического нейтрализатора в условиях холодного запуска снижается, впрыск в такте сжатия может выполняться ближе к верхней мертвой точке (ВМТ) такта сжатия наряду с тем, что впрыск(и) в рабочем такте выполняется дальше от ВМТ. В качестве еще одного примера, меньшая часть топлива может впрыскиваться в такте впуска наряду с тем, что большая часть топлива подается в такте сжатия и в виде вторичного впрыска (в рабочем такте). Стратегия разделенного впрыска топлива может продолжаться по мере того как возрастает температура или эффективность каталитического нейтрализатора. Когда каталитический нейтрализатор выхлопных газов прогрет в достаточной мере (например, находится на или выше температуры активации), вторичный впрыск может прерываться, и может возобновляться впрыск топлива в одном из такта впуска или такта сжатия. В качестве альтернативы, стратегия разделенного впрыска топлива может быть модифицирована, чтобы прерывать вторичный впрыск топлива (в рабочем такте) наряду с поддержанием впрысков топлива в тактах впуска и сжатия до тех пор, пока не активирован каталитический нейтрализатор.

Таким образом, посредством впрыска топлива в цилиндр после ВМТ такта сжатия, усиленное окисление углеводородов и окиси углерода дополнительно повышает температуру выхлопных газов наряду со снижением выбросов питающих газов. В общем и целом, эффективность активации каталитического нейтрализатора улучшается, не ухудшая его работу в виду наличия твердых частиц в выхлопных газах.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематичное изображение системы двигателя, выполненной с возможностью непосредственного впрыска газового топлива.

Фиг. 2 показывает блок-схему последовательности операций способа, изображающую примерный способ регулировки профиля впрыска топлива при впрыске при холодном запуске.

Фиг. 3 показывает примерные профили впрыска топлива для условий холодного запуска двигателя.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее описание относится к системе двигателя, выполненной с возможностью подачи газового топлива непосредственным впрыском, такой как система двигателя по фиг. 1. Газовое топливо может подаваться в виде разделенного впрыска топлива, распределенного по многочисленным тактам события сгорания в цилиндре в условиях холодного запуска двигателя. Контроллер может быть выполнен с возможностью осуществления способа управления, такого как процедура по фиг. 2, чтобы подавать газовое топливо в виде одного или более из впрыска в такте впуска и такте сжатия, а также чтобы подавать часть топлива в виде вторичного впрыска в рабочем такте. Примерные профили впрыска топлива показаны со ссылкой на фиг. 3.

Фиг. 1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра 14 двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 14 (то есть, камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.

Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг. 1 показывает двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176 с приводом от выхлопных газов, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от выхлопных газов через вал 180, где устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Кроме того, впускной канал 144 может включать в себя датчик (не показан) давления на входе дросселя (TIP) выше по потоку от дросселя 162 для оценки давления на входе дросселя (TIP). Дроссель 162 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.

Выпускной канал 148 может принимать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может быть любым пригодным датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), двухрежимный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO. Устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями. Кроме того, устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов может содержать датчик температуры (не показан) для выдачи указания температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Двигатель 10 может включать в себя систему рециркуляции выхлопных газов (EGR), указанную в целом под 194. Система 194 EGR может включать в себя охладитель 196 EGR, расположенный вдоль трубопровода 198 EGR. Кроме того, система EGR может включать в себя клапан 197 EGR, расположенный вдоль трубопровода 198 EGR, для регулирования количества выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции во впускной коллектор 144.

Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.

Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий, контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на приводы 152 и 154, для регулирования установки момента открывания и закрывания и/или величины подъема соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответствующими датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут включать в себя электрический привод или кулачковый привод клапана, или их комбинацию. В примере кулачкового привода, каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода, либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.

Во время работы двигателя, каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается событию сгорания в цилиндре, содержащему четырехтактный цикл: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска, обычно, выпускной клапан 156 закрывается, а впускной клапан 150 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 146, поршень 138 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличивать объем внутри камеры 14 сгорания. Положение, в котором поршень 138 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 14 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). На такте сжатия, впускной клапан 150 и выпускной клапан 156 закрыты. Поршень 138 перемещается к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри камеры 14 сгорания. Точка, в которой поршень 138 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 14 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в виде верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания на такте впуска (и/или такта сжатия) события сгорания в цилиндре. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется на такте сжатия известным средством воспламенения, таким как свеча 192 зажигания, приводя к сгоранию. На такте расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 138 обратно в НМТ. Коленчатый вал 140 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, на такте выпуска, выпускной клапан 156 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор 148, и поршень возвращается в ВМТ. Таким образом, одиночное событие сгорания в цилиндре может включать в себя такт впуск, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Отметим, что вышеприведенное показано просто в виде примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительные или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана, или различные другие примеры.

В некоторых примерах, двигатель 10 может эксплуатироваться с вторичным впрыском топлива. Более точно, в дополнение к топливу, впрыскиваемому на такте впуска, как обсуждено выше, топливо также может впрыскиваться и в рабочем такте. Топливо, впрыскиваемое в рабочем такте, может окисляться в выпускном окне. В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться на такте выпуска. По выбору, топливо, впрыскиваемое на такте выпуска, может воспламеняться и сжигаться в выпускном окне. Впрыск второго количества топлива в рабочем такте (или такта выпуска) указывается ссылкой в материалах настоящего описания как вторичный впрыск топлива. Вторичный впрыск топлива преимущественно может использоваться для повышения температуры выхлопных газов, тем самым, ускоряя активацию каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Таким образом, при работе двигателя 10 с вторичным впрыском топлива, первое количество топлива может сжигаться на такте впуска и/или такта сжатия; а затем, второе количество топлива подается в рабочем такте того же самого события сгорания в цилиндре. Подробности работы двигателя 10 с вторичным впрыском топлива будут дополнительно конкретизированы на фиг. 2-3.

Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для воспламенения впрыскиваемого топлива и инициации сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12.

В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя две топливных форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW-1, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что фиг. 1 показывает форсунку 166 в виде боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 первой топливной системой 172, которая может быть топливной системой высокого давления, включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В одном из примеров, как показано на фиг. 1, топливная система 172 может включать в себя топливный бак 182 со сжатым газом и датчик 184 давления топлива для выявления давления топлива в топливном баке 182.

Топливная форсунка 170 показана расположенной скорее во впускном канале 146, нежели в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в виде впрыска во впускной канал топлива (в дальнейшем указываемого ссылкой как «PFI»), во впускное окно выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW-2, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 171. Топливо может подаваться в топливную форсунку 170 из второй топливной системы 173, которая может быть жидкостной топливной системой (например, для бензина, этилового спирта или их комбинации), включающей в себя топливный бак, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В одном из примеров, как показано на фиг. 1, топливная система 173 может включать в себя топливный бак 183 и датчик 185 топлива, например, датчик уровня жидкости, для выявления величины запаса в топливном баке 182. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, установка момента непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени на такте сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. В альтернативном варианте осуществления, топливо из второй топливной системы дополнительно или в качестве альтернативы может подаваться в дополнительную топливную форсунку непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в камеру 14 сгорания.

Отметим, что одиночный формирователь 168 или 171 может использоваться для обеих систем впрыска топлива, или многочисленные формирователи, например, формирователь 168 для топливной форсунки 166 и формирователь 171 для топливной форсунки 170, могут использоваться, как изображено. Топливная система 172 может быть газовой топливной системой. В одном из примеров, газовое топливо может храниться в топливном баке для жидкого топлива в виде сжиженного нефтяного газа (LPG). В еще одном примере, газовое топливо может включать в себя CNG, водород, LPG, LNG, и т.д., или их комбинации. Следует принимать во внимание, что газовые виды топлива, в качестве указываемых ссылкой в материалах настоящего описания, являются видами топлива, которые являются газообразными в атмосферных условиях, но могут находиться в жидкой форме, в то время как под высоким давлением (в особенности, выше давления насыщения) в топливной системе. В сравнении, жидкие виды топлива, в качестве указываемых ссылкой в материалах настоящего описания, являются видами топлива, которые являются жидкими в атмосферных условиях. Несмотря на то, что фиг. 1 изображает двухтопливную систему, в некоторых примерах, однотопливные газовые системы могут использоваться для подачи газового топлива, такого как CNG, водород, LPG, LNG, и т.д., или их комбинаций в камеру сгорания непосредственным впрыском.

Следует принимать во внимание, что, несмотря на то, что изображенный вариант осуществления выполнен с возможностью подачи одно топливо посредством непосредственного впрыска, а другого топлива посредством впрыска во впускной канал, в кроме того дополнительных вариантах осуществления, система двигателя может включать в себя многочисленные форсунки впрыска во впускной канал, при этом каждое из газового топлива и жидкого топлива, подается в цилиндр посредством впрыска во впускной канал. Подобным образом, в других вариантах осуществления, система двигателя может включать в себя многочисленные форсунки непосредственного впрыска, при этом каждое из газового топлива и жидкого топлива подается в цилиндр посредством непосредственного впрыска.

Как представлено выше, во время определенных условий работы двигателя, таких как в условиях холодного запуска двигателя, где температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов не находится выше температуры активации (или температуры активации), впрыск топлива может вызывать значительное повышение выбросов твердых частиц. Это происходит вследствие повышенного смачивания топливом поршня от непосредственного впрыска (жидкого) топлива позже в такте впуска или такте сжатия. Авторы выявили, что непосредственный впрыск газового топлива, такого как LPG, может улучшать условия охлаждения двигателя без существенного повышения выбросов твердых частиц. Более точно, испарение газового топлива, такого как LPG, подаваемого в цилиндр посредством непосредственного впрыска, дает топливу возможность впрыскиваться после верхней мертвой точки (ВМТ) в виде вторичного впрыска, тем самым, обеспечивая повышенное окисление углеводородов и окиси углерода и уменьшая выбросы питающих газов. В дополнение, повышенная температура выхлопных газов улучшает время активации каталитического нейтрализатора и эффективность каталитического нейтрализатора в условиях холодного запуска двигателя.

В одном из примеров, газовая топливная система 172 непосредственного впрыска (DI) может быть выполнена с возможностью подачи топлива в виде одного или более вторичных впрысков топлива в условиях холодного запуска двигателя, чтобы улучшать активацию каталитического нейтрализатора. Это происходит в дополнение к впрыску топлива (например, первого количества топлива) на такте впуска и/или такта сжатия для сжигания в цилиндре на такте сжатия. Вторичный впрыск топлива может включать в себя впрыск топлива (например, второго количества топлива) в рабочем такте события сгорания в цилиндре (например, после ВМТ такта сжатия). Вторичный впрыск топлива затем подвергается сгоранию в выпускном окне. Выделяемые раскаленные выхлопные газы затем используются для ускорения активации каталитического нейтрализатора выхлопных газов. В некоторых случаях, зажигание может не быть необходимым. В случае, если зажигание необходимо, установка опережения зажигания может зависеть от положений установки фаз распределения выпускных клапанов. Например, установка опережения зажигания может быть в обычном диапазоне от ВМТ до 40 ATC. Дополнительные подробности касательно использования вторичного впрыска топлива для улучшения активации каталитического нейтрализатора посредством уменьшения продолжительности времени для приведения температуры устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов (например, температуры трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выхлопных газов или каталитического нейтрализатора выхлопных газов) до пороговой температуры приведены со ссылкой на фиг. 2-3.

Возвращаясь к фиг. 1, контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в виде микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 124 MAP. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Кроме того, контроллер может принимать сигнал скорости вращения турбины (не показан) с датчика скорости вращения турбины (не показан), расположенного в турбине 176. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленной скоростью вращения двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 120, который также используется в виде датчика скорости вращения двигателя, может вырабатывать заданное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала. Дополнительно, установка момента зажигания, то есть, момент времени в течение события сгорания в цилиндре, когда свеча зажигания срабатывает в цилиндре для инициации сгорания, может регулироваться контроллером.

Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания, и т.д.

Таким образом, система по фиг. 1 дает возможность способа двигателя, содержащего: при холодном запуске двигателя, сжигание первого количества газового топлива в течение одного или более из такта впуска и такта сжатия первого события сгорания, а затем, сжигание второго количества газового топлива в течение рабочего такта первого события сгорания. Здесь, отношение первого количества ко второму количеству регулируется для поддержания общее топливно-воздушное соотношение сгорания на стехиометрии. Таким образом, активация каталитического нейтрализатора ускоряется без повышения выбросов твердых частиц в выхлопных газах.

С обращением к фиг. 2, показан примерный способ 200 для выполнения впрыска топлива газового топлива во время события сгорания в цилиндре. Процедура включает в себя вторичный впрыск топлива в условиях холодного запуска двигателя, чтобы улучшать активацию каталитического нейтрализатора. Контроллер двигателя, такой как контроллер 12, показанный на фиг. 1, может выполнять способ 200 на основании команд, хранимых в нем.

На этапе 202, способ включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Таковые могут включать в себя, но не в качестве ограничения, скорость вращения и нагрузку двигателя, требование крутящего момента водителя, массовый расход воздуха, положение дросселя, давление наддува, абсолютное давление в коллекторе, температуру коллектора, температуру хладагента двигателя, баромет