Способ управления подачей топлива в двигатель
Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ управления подачей топлива в двигатель транспортного средства, в котором во время выключения двигателя топливный насос высокого давления (ТНВД) переменной подачи с приводом от двигателя работает с высоким уровнем подачи и наполняет топливный накопитель высокого давления топливом. Во время последующего перезапуска двигателя используется топливо из топливного накопителя высокого давления при работе ТНВД с низким уровнем подачи. Технический результат - ускорение замедления двигателя при выключении, ускорение запуска двигателя за счет отсутствия необходимости повышения давления топлива ТНВД перед началом впрыска топлива в двигатель. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к транспортным средствам и, в частности, к управлению системой подачи топлива двигателя транспортного средства во время запуска и выключения двигателя.
Уровень техники
Из уровня техники известно использование в транспортном средстве старт-стопной системы двигателя для автоматического запуска и остановки двигателя каждый раз, когда на основании действий водителя определено, что для этого есть возможность, что позволяет сократить потребление топлива и уменьшить вредные выбросы двигателя.
Недостаток подобных старт-стопных систем двигателя заключается в том, что если время, необходимое для выключения и повторного запуска двигателя, является слишком большим, задержка может привести к недовольству пользователя транспортного средства. Кроме того, такая чрезмерная задержка может приводить к возникновению проблем при фактической эксплуатации, если водитель ошибочно заключает, что система не смогла выполнить повторный запуск двигателя в ответ на его действия.
Целью настоящего изобретения является обеспечение способа управления системой подачи топлива двигателя для минимизации проблем с отсроченным повторным запуском, существующих в известных системах.
Раскрытие изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретения представлен способ управления системой подачи топлива двигателя транспортного средства, предусматривающий во время выключения двигателя работу топливного насоса высокого давления переменной подачи с приводом от двигателя с высоким уровнем подачи, а также накопление топлива от топливного насоса высокого давления в топливном накопителе высокого давления, а при последующем запуске двигателя эксплуатацию топливного насоса высокого давления с низким уровнем подачи и подачу топлива в двигатель из топливного накопителя высокого давления.
Высокий уровень подачи может представлять собой максимальный уровень подачи топливного насоса высокого давления.
Низкий уровень подачи может представлять собой минимальный уровень подачи насоса высокого давления.
Транспортное средство может представлять собой транспортное средство с возможностью выполнения запуска-выключения двигателя, оснащенное старт-стопным контроллером для управления выключением и запуском двигателя.
В соответствии со вторым аспектом изобретения представлена система подачи топлива двигателя транспортного средства, включающая в себя топливный насос высокого давления переменной подачи с приводом от двигателя, топливный накопитель высокого давления для хранения топлива под высоким давлением, клапанные устройства для контроля подачи топлива под высоким давлением внутри системы, а также электронный контроллер для управления работой топливного насоса высокого давления и клапанных устройств, причем контроллер выполнен с возможностью во время выключения двигателя обеспечивать эксплуатацию топливного насоса высокого давления с высоким уровнем подачи и управлять работой клапанных устройств для накопления топлива из топливного насоса высокого давления в топливном накопителе высокого давления, а во время последующего запуска двигателя обеспечивать эксплуатацию топливного насоса высокого давления с низким уровнем подачи и управлять работой клапанных устройств для подачи в двигатель топлива из топливного накопителя высокого давления.
Клапанные устройства могут представлять собой по меньшей мере один клапан, предназначенный для выборочной изоляции топливного накопителя высокого давления от двигателя и топливного насоса высокого давления.
Преимущество такой системы заключается в том, что подача топлива в топливный накопитель высокого давления может быть осуществлена только в том случае, когда насос высокого давления способен рекуперировать энергию от двигателя, таким образом уменьшая потребление топлива двигателем.
Система также может дополнительно содержать топливный бак, топливный насос низкого давления для подачи топлива из бака в топливный насос высокого давления, а также по меньшей мере одну топливную форсунку для подачи топлива под высоким давлением в двигатель. При этом контроллер при выключении двигателя может обеспечивать эксплуатацию топливного насоса высокого давления с высоким уровнем подачи и управлять клапанными устройствами таким образом, чтобы накапливать топливо из топливного насоса высокого давления в топливном накопителе высокого давления. Во время последующего запуска двигателя контроллер может обеспечивать эксплуатацию топливного насоса высокого давления с низким уровнем подачи и управлять клапанными устройствами таким образом, чтобы подавать топливо из топливного накопителя высокого давления в по меньшей мере одну топливную форсунку, а также управлять топливной форсункой для подачи топлива в двигатель.
Может быть предусмотрено по меньшей мере две топливных форсунки, подача топлива в топливные форсунки может быть осуществлена через общую топливную рампу, а клапанные устройства могут представлять собой по меньшей мере один клапан, управляемый электронным контроллером таким образом, чтобы регулировать поток топлива между топливным накопителем высокого давления и общей топливной рампой.
Преимущество такой системы заключается в том, что если двигатель не работает в течение длительного времени, топливо сохраняется в топливном накопителе высокого давления, за счет чего снижается риск утечки через топливные форсунки.
Клапанное устройство может представлять собой один распределительный клапан, расположенный между топливным насосом высокого давления и общей топливной рампой, между топливным насосом высокого давления и топливным накопителем высокого давления, и между топливным накопителем высокого давления и общей топливной рампой.
Распределительный клапан может иметь три выбираемых протока для топлива, где первый проток может соединять топливный насос высокого давления с общей топливной рампой, второй проток может соединять топливный насос высокого давления с топливным накопителем высокого давления, а третий проток может соединять топливный накопитель высокого давления с общей топливной рампой. При этом управление выбором каждого соответствующего протока осуществляется электронным контроллером.
В альтернативном варианте клапанное устройство может содержать первый клапан с электронным управлением для контроля подачи топлива из топливного насоса высокого давления в общую топливную рампу, и второй клапан с электронным управлением для контроля подачи топлива из топливного насоса высокого давления в топливный накопитель высокого давления. При этом поток топлива между топливным накопителем высокого давления и общей топливной рампой проходит через первый и второй клапаны с электронным управлением.
В качестве еще одного альтернативного варианта, клапанное устройство может содержать первый клапан с электронным управлением для регулировки подачи топлива из топливного насоса высокого давления в общую топливную рампу, и второй клапан с электронным управлением для регулирования потока топлива между топливным накопителем высокого давления и общей топливной рампой. При этом первый клапан с электронным управлением также управляет прохождением потока топлива из топливного насоса высокого давления в топливный накопитель высокого давления.
Во время выключения двигателя электронный контроллер может управлять первым клапаном таким образом, чтобы осуществлять подачу топлива из топливного насоса высокого давления в топливный накопитель высокого давления, а второй клапан закрыть, чтобы предотвратить поступление топлива из топливного накопителя высокого давления в общую топливную рампу.
Во время запуска двигателя электронный контроллер может управлять топливными форсунками таким образом, чтобы осуществлять подачу топлива в двигатель, и управлять вторым клапаном таким образом, чтобы обеспечить подачу топлива из топливного накопителя высокого давления в общую топливную рампу.
В качестве еще одного альтернативного варианта между топливным насосом высокого давления и общей топливной рампой может отсутствовать управляющий клапан, а клапанное устройство может содержать клапан с электронным управлением для регулирования потока топлива между топливным накопителем высокого давления и общей топливной рампой. При этом поток топлива между топливным насосом высокого давления и топливным накопителем высокого давления может проходить через общую топливную рампу и клапан с электронным управлением.
Во время выключения двигателя все топливные форсунки могут быть отключены электронным контроллером, который управляет клапаном таким образом, чтобы обеспечить подачу топлива из топливного насоса высокого давления через общую топливную рампу в топливный накопитель высокого давления.
Во время запуска двигателя электронный контроллер может управлять топливными форсунками таким образом, чтобы обеспечить подачу топлива в двигатель, и управлять клапаном так, чтобы обеспечить подачу топлива из топливного накопителя высокого давления в общую топливную рампу.
Топливный насос высокого давления может представлять собой невозвратный топливный насос высокого давления.
Высокий уровень подачи может представлять собой максимальный уровень подачи топливного насоса высокого давления.
Низкий уровень подачи может представлять собой минимальный уровень подачи топливного насоса высокого давления.
Транспортное средство может представлять собой автомобиль с поддержкой старт-стопного режима работы, оснащенный старт-стопным контроллером для управления выключением и запуском двигателя.
В соответствии с третьим аспектом изобретения представлено транспортное средство, оснащенное системой подачи топлива, выполненной в соответствии с вышеописанным вторым аспектом изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание изобретения на примере со ссылкой на следующие сопроводительные чертежи:
Фиг.1 высокоуровневая блок-схема, демонстрирующая способ управления топливной системой двигателя транспортного средства в соответствии с первым аспектом изобретения;
Фиг.2 схематическая горизонтальная проекция транспортного средства в соответствии с третьим аспектом изобретения, оснащенного системой подачи топлива в соответствии со вторым аспектом изобретения;
Фиг.3 блок-схема, отражающая первый вариант системы подачи топлива, изображенной на Фиг.2;
Фиг.4 блок-схема, отражающая второй вариант системы подачи топлива, изображенной на Фиг.2;
Фиг.5 блок-схема, отражающая третий вариант системы подачи топлива, изображенной на Фиг.2;
Фиг.6 блок-схема, отражающая четвертый вариант системы подачи топлива, изображенной на Фиг.2;
Фиг.7 представляет собой диаграмму зависимости числа оборотов двигателя от времени, показывающую сравнение выключения известного двигателя и двигателя, оснащенного системой подачи топлива согласно второму аспекту изобретения, и эксплуатируемого согласно способу по первому аспекту изобретения;
Фиг.8 представляет собой диаграмму зависимости числа оборотов двигателя от времени, показывающую сравнение запуска известного двигателя и двигателя, оснащенного системой подачи топлива согласно второму аспекту изобретения, и эксплуатируемого согласно способу по первому аспекту изобретения;
Фиг.9 представляет собой диаграмму зависимости числа оборотов двигателя от времени, показывающую сравнение выключения и включения известного двигателя и двигателя, оснащенного системой подачи топлива согласно второму аспекту изобретения, и эксплуатируемого согласно способу по первому аспекту изобретения;
Фиг.10а-10c представляют собой графические изображения распределительного клапана, на которых видны три разных состояния направления потока;
Фиг.11a и 11b представляют собой графические изображения топливного накопителя высокого давления, пригодного для применения в системе подачи топлива согласно второму аспекту изобретения.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 показана высокоуровневая блок-схема способа управления системой подачи топлива транспортного средства по изобретению.
Начало процесса представлено в блоке 1, который относится к ручному включению и запуску двигателя. Затем процесс переходит к блоку 2, где двигатель работает, а затем - к блоку 3, который относится к проверке необходимости остановки двигателя. Остановка может быть выполнена вручную водителем транспортного средства, или автоматически инициирована старт-стопной системой в случае, если транспортное средство работает в старт-стопном режиме.
Если двигатель не нужно выключать, процесс возвращается к блоку 2, а затем повторяет цикл между блоками 2 и 3 до возникновения необходимости остановки двигателя. Когда в блоке 3 подтверждена необходимость остановки двигателя, процесс переходит к блоку 4, где топливный насос высокого давления переменной подачи эксплуатируют с высоким уровнем подачи топлива в двигатель, и топливо, поданное насосом высокой подачи, собирается в топливном накопителе высокого давления до остановки двигателя, как показано в блоке 5. Предпочтительно осуществлять эксплуатацию топливного насоса высокого давления с его максимальным уровнем подачи, поскольку в этом случае двигатель работает с самой высокой нагрузкой. Топливо, собранное в топливном накопителе высокого давления, находится под давлением, пригодным для впрыска в двигатель, как описано далее в отношении запуска двигателя.
Существует два основных преимущества, связанных с процессами, описанными для блока 4. Во-первых, во время проворачивания вала и последующего повторного запуска двигателя для создания высокого давления в топливном накопителе не нужно использовать электричество от аккумулятора и, следовательно, расходовать топливо в двигателе, поскольку кинетическая энергия от замедляющегося двигателя рекуперирована для приведения в действие насоса высокого давления, что улучшает общую экономию топлива двигателем. Во-вторых, вследствие того, что эксплуатация топливного насоса высокого давления при высоком уровне подачи требует от двигателя значительного тягового усилия, топливный насос высокого давления выступает в роли тормоза, увеличивая скорость замедлении двигателя. Этот эффект торможения уменьшает время, необходимое для остановки двигателя с момента ее инициирования, а также ослабляет тенденцию реверсной работы двигателя (превышающую нулевое значение), которая является нежелательной. В случае транспортного средства, работающего в старт-стопном режиме, время, необходимое для остановки двигателя, является важным фактором, поскольку оно значительно влияет на минимально возможное время цикла в случае старт-стопа. Таким образом, в случае необходимости повторного запуска двигателя сразу после его выключения, более короткий период остановки позволяет быстрее запустить двигатель.
После блока 5 процесс переходит к блоку 6 с остановленным двигателем, а блок 6 относится к проверке необходимости повторного запуска двигателя. Если повторный запуск двигателя не требуется, происходит повторение цикла от блока 5 до блока 6 с остановленным двигателем. Однако если в блоке 6 подтверждается, что повторный запуск двигателя необходим, переходят от блока 6 к блоку 7. Повторный запуск двигателя может быть осуществлен вручную водителем транспортного средства, или автоматически инициирован старт-стопной системой в случае, если транспортное средство работает в старт-стопном режиме.
В любом случае в блоке 7 двигатель проворачивается при помощи стартера или любого другого соответствующего пускового устройства, например, без ограничения, встроенным стартер-генератором (ISG). Затем запускают с низким уровнем подачи топливный насос высокого давления, и топливо поступает из топливного накопителя высокого давления обратно в двигатель через одну или несколько топливных форсунок. Поскольку топливо хранится в топливном накопителе высокого давления под давлением, походящим для впрыска в двигатель через топливные форсунки, необходимость подачи топлива из топливного насоса высокого давления во время запуска двигателя отсутствует, поэтому можно использовать минимально возможный уровень подачи топливного насоса высокого давления, предпочтительно нулевой уровень подачи.
Одним из преимуществ применения низкого уровня подачи насоса является то, что это уменьшает нагрузку на двигатель и, следовательно, уменьшает время, необходимое для достижения двигателем устойчивого числа оборотов, и, что возможно более важно, время, необходимое для достижения скорости Nt, при которой двигателем может быть создан полезный крутящий момент. Скорость Nt - это число оборотов двигателя, ниже которого применение нагрузки к двигателю наиболее вероятно приведет к его остановке, а если число оборотов выше, чем Nt, то двигатель может вырабатывать полезный крутящий момент.
Одним из преимуществ использования во время запуска двигателя топлива из топливного накопителя высокого давления является то, что если для подачи топлива в двигатель используют топливный насос высокого давления с приводом от двигателя, то запуск двигателя не может быть произведен при первой же возможности, поскольку топливному насосу требуется время для набора давления, чтобы начать подачу топлива. Однако за счет применения топлива, содержащегося в топливном накопителе под давлением, которое является подходящим для эффективного впрыска в двигатель, впрыск топлива в двигатель может быть осуществлен при появлении первой для этого возможности, что уменьшает время, необходимое для достижения двигателем устойчивого числа оборотов.
От блока 7 процесс переходит к блоку 8, где проверяется, запущен ли двигатель, а именно, достигнуто ли устойчивое число оборотов, чтобы можно было отключить стартер. Если устойчивое число оборотов двигателя не достигнуто, процесс возвращается через блок 7 к блоку 8, пока устойчивое число оборотов двигателя не будет достигнуто.
В случае неудачной попытки запуска двигателя и если топливо выведено из топливного накопителя высокого давления до уровня, при котором давление является недостаточным для эффективного впрыска топлива в двигатель, несмотря на то, что Фиг.1 это не показано, активируется программа неисправности, при которой топливо поступает в двигатель из топливного насоса высокого давления. Если по истечении заранее заданного времени запуска двигателя по-прежнему не происходит, водитель может получить предупреждение, и запуск двигателя может быть временно блокирован во избежание повреждений стартера.
Если в блоке 8 подтвержден запуск двигателя, то происходит переход к блоку 2 при включенном двигателе.
После достижения двигателем устойчивого числа оборотов, подача топлива может быть либо переключена с топливного накопителя высокого давления на топливный насос, или продолжена до момента, когда давление в топливном накопителе упадет до заранее определенного уровня, или когда потребляемая мощность двигателя превысит заранее определенный уровень.
Следует понимать, что применение вышеуказанного способа может быть прекращено в любой момент выключением зажигания вручную. В случае выключения зажигания вручную предпочтительно применение действий, соответствующих блоку 4, поскольку в этом случае происходит накопление топлива без увеличения его расхода, которое может быть использовано при последующем включении зажигания вручную или запуске двигателя, как показано в блоке 1 на Фиг.1. В частности, блок 1 может включать в себя этапы, показанные в блоке 7 на Фиг.1. Это обеспечивает преимущества меньшего расхода топлива и улучшения характеристик запуска. Уменьшение тягового усилия, требуемого от топливного насоса высокого давления во время запуска, может обеспечивать частичное преимущество в случае холодного запуска дизельного двигателя, при котором сочетание сильного трения и нагрузок по проворачиванию вала подвергает значительному напряжению стартер и связанную с ним электрическую систему.
Вышеописанный способ обеспечивает особенно важное преимущество в случае транспортного средства с двигателем, работающим в старт-стопном режиме, поскольку он значительно сокращает время, необходимое для остановки и повторного запуска двигателя, и таким образом снижает риск неудобства водителя или ошибочных выводов, касающихся рабочего состояния старт-стопной системы.
На Фиг.2 показано транспортное средство 50, оснащенное четырьмя ходовыми колесами «W», дизельным двигателем 10, системой 100 подачи топлива в двигатель 10 и старт-стопной системой 20. Несмотря на то, что дальнейшее описание предполагает использование дизельного двигателя, следует понимать, что оно может быть применено и в отношении других типов двигателей, где применяется система впрыска топлива высокого давления, например (без ограничения), двигателя с непосредственным впрыском.
Двигатель 10 в этом случае соединен посредством трансмиссии (не показана) с двумя ходовыми колесами, но следует принимать во внимание, что трансмиссия в других вариантах может соединять двигатель 10 со всеми четырьмя ходовыми колесами 'W'. Также следует принимать во внимание, что сфера применения изобретения не ограничена транспортными средствами с четырьмя ходовыми колесами, и оно может быть применено на двухколесных транспортных средствах, или транспортных средствах с числом колес более четырех.
Стартер 11 предназначен для запуска двигателя 10, когда это необходимо. Тем не менее, следует понимать, что для этого могут быть использованы любые подходящие приспособления для запуска двигателя вручную.
Топливная система 100 получает набор входных данных 25 о транспортном средстве, которые система 100 подачи топлива использует для управления подачей топлива в двигатель 10 через одну или несколько топливных форсунок 'I'. Такие входные данные 25, хорошо известные из уровня техники, и могут включать в себя, например, без ограничения перечисленным, число оборотов двигателя, запрос водителя, массовый расход воздуха, температуру воздуха, температуру охлаждающей жидкости, температуру окружающей среды и атмосферное давление.
Система подачи топлива включает в себя электронный контроллер 160 и топливный насос 130 высокого давления переменной подачи с приводом от двигателя, приводимый в действие, как хорошо известно из уровня техники, механическим приводом 15 с одного конца распределительного вала (не показан) двигателя 10. Однако специалистам в данной области следует принимать во внимание возможность использования других механических приводных средств, а также то, что изобретение не ограничено применением распределительного вала, приводящего в действие топливный насос 130 высокого давления.
Примерами топливных насосов высокого давления переменной подачи известны, например, из патентной заявки США №20120177505 и публикации WO 2012113488.
Система 100 подачи топлива описана более подробно далее со ссылкой на четыре варианта воплощения изобретения, показанные на Фиг.3-6 соответственно.
Транспортное средство 50 в этом случае имеет «возможность работы в старт-стопном режиме», поскольку остановка и запуск двигателя 10 могут быть выполнены автоматически старт-стопной системой 20 на основании управляющих входных сигналов 24, 25 водителя и транспортного средства. Следует принимать во внимание, что изобретение может быть применено в транспортном средстве, не имеющем «возможности работы в старт-стопном режиме», или в автомобиле с гибридным двигателем, независимо от того, имеет ли такой автомобиль «возможность работы в старт-стопном режиме». Тем не менее, изобретение обеспечивает особенное преимущество в отношении его применения на любом транспортном средстве, имеющем «возможность работы в старт-стопном режиме».
Входными сигналами 24 водителя являются сигналы, предоставляющие старт-стопной системе 20 информацию в отношении работы устройств управления транспортным средством, например, перемещение или положение педали газа, педали тормоза, педали сцепления или положение переключателя трансмиссии.
Входными сигналами 26 информации о транспортном средстве являются сигналы, предоставляющие старт-стопной системе 20 информацию относительно работы транспортного средства 50, например, без ограничения перечисленным, о скорости транспортного средства, числе оборотов двигателя, температуре охлаждающей жидкости двигателя, рабочем состоянии кондиционера (при наличии), состоянии заряда аккумулятора транспортного средства.
Такие старт-стопные системы хорошо известны, функциональность и логика, применяемые в таких системах, не относятся к объекту настоящего изобретения. Просто необходимо знать, что старт-стопная система 20 способна остановить двигатель 10 при определенной комбинации управляющих воздействий водителя и состояний транспортного средства, и выполнить повторный запуск двигателя 10, при наличии другого комплекса управляющих воздействий водителя и состояний транспортного средства.
Несмотря на то, что электронный контроллер 160 системы 100 подачи топлива старт-стопный регулятор 20, показанные на Фиг.2, являются отдельными блоками, следует принимать во внимание, что они могут быть объединены в одном электронном контроллере, например, контроллер силовой цепи.
На Фиг.3 более подробно показан первый вариант воплощения системы подачи топлива, приведенной на Фиг.2.
Система 100 подачи топлива включает в себя топливный резервуар или топливный бак 110, используемый для вмещения топлива для двигателя 10. Топливо подается из топливного бака 110 топливным насосом 120 низкого давления и поступает на входной патрубок топливного насоса 130 высокого давления переменной подачи по топливопроводу низкого давления LPS. Уровень подачи топливного насос 130 высокого давления электронный контроллер 160 регулирует между минимальным и максимальным уровнями. Минимальный уровень подачи преимущественно приводит к нулевой скорости потока топлива топливного насоса 130 высокого давления, а максимальный уровень подачи приводит к максимально возможной скорости потока топлива топливного насоса 130 высокого давления, для обеспечения необходимого числа оборотов двигателя. При работе на минимальном уровне подачи топливный насос 130 высокого давления требует минимального тягового усилия от двигателя 10, а при работе на максимальном уровне подачи топливный насос 130 высокого давления требует значительного тягового усилия от двигателя 10. Излишки или утечки топлива из топливного насоса 130 высокого давления возвращаются в топливный бак 110 по обратной магистрали низкого давления HPR.
Клапанное устройство в форме отдельного трехходового распределительного клапана 190 отвода с электронным управлением подключено к выходу топливного насоса 130 высокого давления для приема потока топлива под высоким давлением.
Конструкция распределительного клапана 190 будет лучше понятна при рассмотрении Фиг.10a-10c, при этом такой клапан имеет три выбираемых направления протока для топлива. В качестве примера, поворотный распределительный клапан 190, показанный на Фиг.10a-10c, имеет корпус 191, к которому с возможностью поворота присоединен клапанный элемент 192, задающий топливный канал 193. Корпус 191 имеет первый проход P1, соединенный с топливным насосом 130 высокого давления, второй проход P2, соединенный с общей топливной рампой 150, и третий проход P3, соединенный с топливным накопителем 140 высокого давления.
Распределительный клапан 190 расположен между топливным насосом 130 высокого давления и общей топливной рампой 150, между топливным насосом 130 высокого давления и топливным накопителем 140 высокого давления, а также между топливным накопителем 140 высокого давления и общей топливной рампой 150.
На Фиг.10a показан клапанный элемент 192 в положении, в котором топливный канал 193 задает первый проток для топлива, соединяющий топливный насос 130 высокого давления с общей топливной рампой 150.
На Фиг.10b показан клапанный элемент 192 в положении, в котором топливный канал 193 задает второй проток для топлива, соединяющий топливный насос 130 высокого давления с топливным накопителем 140 высокого давления.
На Фиг.10c показан клапанный элемент 192 в положении, в котором топливный канал 193 задает третий проток для топлива, соединяющий топливный накопитель 140 высокого давления с общей топливной рампой 150.
Клапанный элемент 192 может поворачиваться при помощи электрического механизма (не показан), реагируя на управляющее воздействие электронного контроллера 160, который задает направление потока.
Необходимо принимать во внимание возможность использования и других форм тройного распределительного клапана и тот факт, что изобретение не ограничено поворотным распределительным клапаном 190, приведенным на Фиг.10a-10c.
На Фиг.3 показана общая топливная рампа 150 для подачи топлива через четыре топливные форсунки I1, I2, I3 и I4, управление работой каждой из которых выполняет электронный контроллер 160.
Любая из топливных форсунок I1, I2, I3 и I4 осуществляет подачу топлива в двигатель 10 в такое время и в таком объеме, которые требуются на основании соответствующих входных сигналов, которые поступают от электронного контроллера 160. Излишки топлива из топливных форсунок I1, I2, I3 и I4 поступают обратно в топливный бак 110 по соответствующим магистралям низкого давления R1, R2, R3 и R4.
Следует принимать во внимание, что изобретение не ограничивается применением четырех топливных форсунок, и что в системе подачи топлива, оснащенной большим или меньшим числом топливных форсунок, настоящее изобретение также может быть успешно применено.
Датчик 170 давления топлива предусмотрен конструкцией в целях измерения давления топлива в общей топливной рампе 150 и подачи сигнала об измеренном давлении электронному контроллеру 160.
Топливный накопитель 140 высокого давления может иметь любую подходящую конструкцию, например, представлять собой пружинный накопитель с плавающим поршнем, описанный в патенте США №7,717,077, или металлический сильфон.
Термин «топливный накопитель высокого давления» в настоящем документе относится к устройству, содержащему топливо под давлением, подходящим для впрыска в двигатель, и в который топливо поступает под давлением, обеспечиваемым внешним источником, таким как пружина или сжатый газ, и которое выступает в роли устройства накопления энергии.
Давление топлива в «топливном накопителе высокого давления» поддерживается внешним источником на уровне или выше необходимого, даже если топливо из «топливного накопителя высокого давления» удаляется. После удаления топлива из «топливного накопителя высокого давления» его объем автоматически уменьшается из-за воздействия внешнего источника по поддержанию давления внутри «топливного накопителя высокого давления».
Патент США 7,717,077 содержит сведения о плавающем поршне, приводимом в действие пружиной, для применения в топливном накопителе. Топливо находится с одной стороны поршня, а пружина располагается с противоположной стороны поршня, и действует таким образом, чтобы происходило сжатие топлива. Такая конструкция подходит для применения, но предпочтительным является применение топливного накопителя высокого давления в виде герметичного металлического сильфона, как показано на Фиг.11a и 11b, поскольку с таким накопителем не происходит утечки топлива, а при накопителе с плавающим поршнем, приведенным в патенте США 7,717,077, существует потенциальная возможность утечки топлива за поршень. Это представляет значительную проблему, если накопитель используют в качестве топливного накопителя высокого давления, поскольку давление топлива является очень высоким - приблизительно 100-200 МПа (1000-2000 бар), а вязкость топлива - низкой.
Топливный накопитель 140 высокого давления показан на Фиг.11a в пустом состоянии, а на Фиг.11b - в полном. Топливный накопитель высокого давления имеет корпус 141, в котором выполнен канал 142, по которому осуществляется подача или вывод топлива из накопительной емкости 145, ограниченной чашеобразным поршнем, металлическими сильфонами 144 и корпусом 141. Поршень 143 поддерживает сильфоны 144, а скольжение самого поршня происходит с опорой на корпус 141. Пружина 146 сдвигает поршень 143 в направлении конца корпуса 141, где осуществляется подача или вывод топлива из накопительной емкости 145 по каналу 142. Сильфоны 144 являются герметичными как со стороны корпуса 141, так и со стороны поршня 143, поэтому возможность утечки топлива отсутствует. Следует принимать во внимание, что на практике корпус 141 не является единой деталью, и может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечить установку в него различных компонентов 143, 144, 146.
Датчик давления топлива 180 предусмотрен конструкцией в целях измерения давления топлива в топливном накопителе 140 давления и подачи сигнала об измеренном давлении электронному контроллеру 160.
Описание работы системы 100 подачи топлива приведено со ссылкой на Фиг.7, 8 и 9.
На Фиг.7 показана зависимость числа оборотов двигателя от времени во время выключения двигателя для двигателя из уровня техники, оснащенного старт-стопной системой и системой подачи топлива без топливного накопителя, и для двигателя 10, оснащенного старт-стопной системой 20 и системой 100 подачи топлива, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.
Сначала рассмотрим ситуацию с известным двигателем: первоначально двигатель работает на холостом ходу, а затем в момент Т0 старт-стопная система инициирует выключение двигателя. В случае известного двигателя уровень подачи топливного насоса высокого давления снижается до минимального, поскольку отсутствует необходимость подачи топлива в традиционную систему подачи топлива, не оснащенную накопителем. Двигатель в момент Т0 начинает замедляться, что продолжается, как показано линией E2sd, до полной остановки двигателя после периода реверсивного вращения двигателя, при прохождении времени Т2 с момента Т0.
Теперь рассмотрим ситуацию системы 100 подачи топлива согласно с настоящему изобретению: первоначально двигатель 10 работает, как и ранее, на холостом ходу, затем, как и ранее, в момент Т0 старт-стопная система 20 инициирует остановку двигателя. Однако в этом случае уровень подачи топливного насоса 130 высокого давления затем увеличивается или сохраняется высоким, преимущественно максимально возможным, а подача топлива осуществляется из топливного насоса 130 высокого давления в топливный накопитель 140 высокого давления. Двигатель 10 в момент Т0 начинает замедляться, что продолжается, как показано линией E1sd, до полной остановки двигателя после периода реверсивного вращения двигателя при прохождении времени T1 с момента Т0.
В этом случае замедление двигателя 10 происходит быстрее, поскольку ему необходимо приводить в действие топливный насос 130 высокого давления для заправки топливного накопителя 140 высокого давления. Кроме того, из-за эффекта торможения двигателя 10, обеспечиваемого топливным насосом 130 высокого давления, снижается амплитуда и длительность реверсивного вращения двигателя.
Таким образом, время, необходимое для останова двигателя, сокращается с Т2 секунд в случае двигателя предшествующего уровня техники, до Т1 секунд в случае двигателя 10, оснащенного системой подачи топлива в соответствии с изобретением, за счет применения топливного насоса 130 высокого давления для замедления двигателя 10.
Работа системы 100 подачи топлива, изображенной на Фиг.3, во время периода выключения двигателя происходит следующим образом.
До момента Т0 электронный контроллер 160 осуществляет управление топливными форсунками I1, I2, I3 и I4 таким образом, чтобы обеспечивать подачу топлива в двигатель 10 в нужное время и в нужном объеме, доводит уровень подачи топливного насоса 130 высокого давления до уровня, необходимого для удовлетворения запроса двигателя 10 в топливе. Затем контроллер устанавливает трехходовой распределительный клапан 190 в положение, показанное на Фиг.10a, с клапанным элементом 192 в положении, в котором топливный канал 193 обеспечивает наличие протока, соединяющего топливный насос 130 высокого давления с общей топливной рампой 150.
При этом в указанном рабочем состоянии система 100 подачи топлива функционирует как обычная система подачи топлива с откачиванием топлива из топливного бака 110 при помощи топливного насоса 120 низкого давления, из которого топливо подается в топливный насос 130 высокого давления, который его сдавливает под управлением электронного регулятора 160 и подает на общую топливную рампу 150, откуда топливо поступает на топливные форсунки I1, I2, I3 и I4 для впрыска в двигатель 10 для обеспечения фактических эксплуатационных потребностей двигателя 10.
В момент Т0 электронный контроллер 160 получает от старт-стопной системы 20 сигнал о необходимости остановки двигателя 10. Реагируя на этот сигнал старт-стопной системы 20, электронный контроллер 160 выключает топливные форсунки I1, I2, I3, I4, устанавливает подачу топливного насоса 130 высокого давления на высокий уровень, преимущественно максимальный, а затем устанавливает трехходовой распределительный клапан 190 в такое положение, в котором клапанный элемент 192 принимает положение, показанное на Фиг.10b, где топливный канал 193 формирует проток, соединяющий топливный насос 130 высокого давления с топливным накопителем 140 высокого давления. Затем происходит накачивание топлива в топливный накопитель 140 высокого давления при помощи топливного насоса 130 высокого давления до прекращения вращения двигателя 10.
Если датчик 180 давления топлива, связанный с топливным накопителем 140 высокого давления сигнализирует о достижении максимально безопасного рабочего давления в топливном накопителе 140 высокого давления до того, как прекратилось вращение двигателя 10, происходит обратный выброс топлива в топливный бак 110. Преимущество заключается в том, что топливный насос 130 высокого давления по-прежнему работает с высоким уровнем подачи, снижая число оборотов двигателя 10.
По истечении времени T1 двигатель 10 прекращает вращаться, а электронный контроллер 160 после этого устанавливает трехходовой распределительный клапан 190 в такое положение, чтобы клапанный элемент 192 принял положение, показанное на Фиг.10a, где топливный канал 193 задает проток, соединяющий топливный насос 130 высокого давления с общей топливной рампой 150. Таким образом, общая топливная рампа 150 изолирована от топлива под давлением, находящегося в топливном накопителе 140 высокого давления, когда двигатель 10 неподвижен, что снижает риск утечки из топливных форсунок I1, I2, I3 и I4 при неподвижном двигателе 10.
Фиг.8 демонстрирует зависимость числа оборотов двигателя от времени во время запуска двигателя для двигателя известного из уровня техники, оснащенного старт-стопной системой и системой подачи топлива без топливного накопителя, и для двигателя 10, оснащенного старт-стопной системой 20 и системой 100 подачи топлива согласно изобретению.
Сначала рассмотрим ситуацию с известным двигателем: первоначально двигатель неподвижен, а затем в момент Т0' старт-стопная система инициирует запуск двигателя. В случае известного двигателя уровень подачи топливного насоса высокого давления является высоким для обеспечения необходимости подачи топлива в двигатель, и топливные форсунки подают необходимое количество топлива в двигатель. В момент T0' двигатель начинает вращаться благодаря воздействию стартера, и продолжает ускоряться, как показано линией E2su, а в момент Т2 двигатель достигает числа оборотов Nt, при котором он способен вырабатывать полезную мощность.
Теперь рассмотрим ситуацию применения системы 100 подачи топлива согласно изобретению: как и ранее, двигатель 10 неподвижен, а затем, как и ранее, в момент Т0' старт-стопная система 20 инициирует запуск двигателя. Однако в этом случае уровень подачи топливного насоса 130 высокого давления является низким, преимущественно нулевым. Это стало возможным благодаря подаче топлива не из топливного насоса 130 высокого давления, а из топливного накопителя 140 высокого давления. В момент Т0' двигатель 10 начинает вращаться благодаря воздействию стартера 11, и продолжает ускоряться, как показано линией E1su, а в момент T1 двигатель 10 достигает числа оборотов Nt, при котором он способен вырабатывать полезную мощность.
Двигатель 10 в этом случае ускоряется быстрее, поскольку отсутствует необходимость приводить в действие топливный насос 130 высокого давления для подачи топлива в двигатель 10. Кроме того, из-за подачи топлива из топливного накопителя 140 высокого давления отсутствует задержка на ожидание увеличения скорости работы топливного насоса 130 высокого давления для создания давления топлива; топливный накопитель 140 высокого давления сразу же обеспечивает нужное давление топлива, и при первой возможности может быть осуществлен впрыск топлива.
Таким образом, время, необходимое для достижения двигателем числа оборотов Nt из неподвижного состояния (Т0'), сокращается от t2 в случае известной системы, до t1 в случае двигателя, оснащенного системой подачи топлива по изобретению.
В определенный момент времени после достижения двигателем числа оборотов Nt подача топлива в двигатель 10 переключается обратно на топливный насос 130 высокого давления.
Работа системы 100 подачи топлива, изображенной на Фиг.3, во время периода запуска двигателя происходит следующим образом.
В момент Т0' или в другой момент времени до момента Т0', но после того, как двигатель 10 по данным датчика прекратил работу, электронный контроллер 160 также устанавливает подачу топливного насоса 130 высокого давления до низкого уровня, преимущественно до минимально возможного уровня, который в ряде случаев соответствует нулевому уровню подачи.
В момент Т0' происходит переключение распределительного клапана 190, изображенного на Фиг.10a, в положение, изображенное на Фиг.10c для подачи топлива из топливного накопителя 140 высокого давления в двигатель 10. Такое переключение происходит очень быстро, и не оказывает существенного неблагоприятного воздействия на запуск двигателя 10, поскольку время, необходимое для переключения клапана 190, существенно меньше времени, необходимого первому соответствующему цилиндру двигателя 10 для достижения положения потенциального зажигания.
Таким образом, в момент Т0', когда старт-стопная система 20 показывает, что двигатель 10 готов к запуску, и начинается проворачивание вала двигателя, электронный контроллер 160 имеет возможность определить, какая из топливных форсунок, I1, I2, I3 или I4, сможет раньше осуществить впрыск топлива в двигатель 10, чтобы избежать задержки в подаче топлива. По мере всасывания топлива из общей топливной рампы 150 топливными форсунками I1, I2, I3 и I4, его заменяет топливо, поступающее в общую топливную рампу 150 из топливного накопителя 140 высокого давления, и таким образом обеспечивается давление в общей топливной рампе 150, необходимое для эффективного впрыска топлива в двигатель 10.
Поскольку объем топливного накопителя 140 высокого давления ограничен, в определенный момент после момента Т0' электронный контроллер 160 должен перевести распределительный клапан 190 в такое положение, чтобы изменить направление потока с топливного накопителя 140 высокого давления на топливный насос 130 высокого давления. Это может произойти, когда датчик 170 давления, связанный с общей топливной рампой 150, покажет, что давление топлива начинает падать, когда в двигатель впрыснут определенный объем топлива, не превышающий известный объем топливного накопителя 140 высокого давления, или когда силовая нагрузка на двигатель 10 превышает заранее определенный уровень. При достижении этого момента времени электронный контроллер 160 переключает трехходовой распределительный клапан 190 таким образом, чтобы клапанный элемент 192 перешел из положения, показанного на Фиг.10c, в положение, показанное на Фиг.10a, в котором топливный канал 193 задает проток, соединяющий топливный насос 130 высокого давления с общей топливной рампой 150. Затем происходит накачивание топлива топливным насосом 130 высокого давления непосредственно в топливную рампу для потребления двигателем 10.
На Фиг.9 показан объединенный эффект усовершенствованной системы остановки и запуска двигателя.
Линии E2sd и E2su отображают число оборотов двигателя во время соответственно остановки и запуска известного двигателя с системой подачи топлива, а линии E1sd и E1su отображают число оборотов двигателя во время соответственно остановки и запуска двигателя, оснащенного системой подачи топлива по изобретению, в которой применен способ управления, соответствующий настоящему изобретению.
Период времени «x» представляет собой задержку по времени между моментом, когда соответствующий двигатель достигает нулевого значения, и моментом начала последующего запуска, и идентичен для обоих случаев. Т0 - это момент времени, когда начинается выключение соответствующего двигателя, а Т2 и T1 - это периоды времени, необходимые для достижения нулевого значения известным двигателем и двигателем по изобретению.
В случае известного двигателя время, проходящее с момента Т0, когда начинается остановка двигателя, до момента, когда число оборотов двигателя достигает Nt, и когда может быть получена полезная мощность, составляет Tt2 секунд.
В случае двигателя по изобретению время, проходящее с момента Т0, когда начинается остановка двигателя, до момента, когда число оборотов двигателя достигает Nt, и когда может быть получена полезная мощность, составляет Tt1 секунд.
Следовательно, с помощью применения системы подачи топлива и способа в соответствии с настоящим изобретением, достигается уменьшение длительности цикла на величину до Td секунд.
На Фиг.4, 7, 8 и 9 представлен второй вариант воплощения системы подачи топлива, который во многих отношениях аналогичен ранее описанному, и в котором аналогичные компоненты имеют те же ссылочные позиции.
Единственным существенным отличием второго варианта, показанного на Фиг.4 от первого варианта, показанного на Фиг.3, является то, что клапанное устройство, которое представляет собой отдельный трехходовой распределительный клапан 190, показанный на Фиг.3, заменен на первый и вторым клапаны 190A и 190B, показанные на Фиг.4. Эксплуатация данного варианта системы подачи топлива дает тот же полезный эффект, что и ранее описанный вариант, а остановка и запуск двигателя 10 происходят аналогично процессам, описанным со ссылкой на Фиг.7, 8 и 9.
Работа системы 100 подачи топлива, изображенной на Фиг.4, во время периода остановки двигателя происходит следующим образом.
До момента Т0 (Фиг.7 и 9) электронный контроллер 160 осуществляет управление топливными форсунками I1, I2, I3 и I4 на подачу топлива в двигатель 10 в нужный момент и в нужном объеме, задает подачу топливного насоса 130 высокого давления на уровне, необходимом для удовлетворения потребностей двигателя 10 в топливе, и устанавливает два клапана 190A, 190B в такое положение, чтобы обеспечить подачу топлива через первый клапан 190A в общую топливную рампу 150, не подавая топливо в топливный накопитель 140 высокого давления через второй клапан 190B.
Таким образом, обеспечивается прохождение топлива от топливного насоса 130 высокого давления к общей топливной рампе 150.
При этом в указанном рабочем состоянии система 100 подачи топлива функционирует как обычная система подачи топлива с откачиванием топлива из топливного бака 110 при помощи топливного насоса 120 низкого давления, из которого топливо подается в топливный насос 130 высокого давления, который его сдавливает под управлением электронного регулятора 160 и подает на общую топливную рампу 150, откуда топливо поступает на топливные форсунки I1, I2, I3 и I4 для впрыска в двигатель 10 для обеспечения фактических эксплуатационных потребностей двигателя 10.
В момент Т0 электронный контроллер 160 получает от старт-стопной системы 20 сигнал о необходимости остановки двигателя 10. Реагируя на этот сигнал старт-стопной системы 20, электронный контроллер 160 выключает топливные форсунки I1, I2, I3, I4, устанавливает подачу топливного насоса 130 высокого давления на высокий уровень, преимущественно максимальный, а затем устанавливает клапаны 190А и 190B в такое положение, в котором топливо может проходить от топливного насоса 130 высокого давления к топливному накопителю 140 высокого давления. Для этого электронный контроллер 160 закрывает первый клапан 190A и открывает второй клапан 190B.
Затем происходит накачивание топлива в топливный накопитель 140 высокого давления при помощи топливного насоса 130 высокого давления до прекращения вращения двигателя 10.
Как и ранее, если датчик 180 давления топлива, связанный с топливным накопителем 140 высокого давления сигнализирует о достижении максимально безопасного рабочего давления в топливном накопителе 140 высокого давления до того, как прекратилось вращение двигателя 10, будет необходимо направить топливо обратно в топливный бак 110.
По истечении времени T1 двигатель 10 прекращает вращаться, а электронный контроллер 160 после этого управляет клапаном 190A таким образом, чтобы топливо не протекало от топливного насоса 130 высокого давления к общей топливной рампе 150. Таким образом, общая топливная рампа 150 изолируется от топлива под давлением, находящегося в топливном накопителе 140 высокого давления, когда двигатель 10 неподвижен, что снижает риск утечки из топливных форсунок I1, I2, I3 и I4. Предпочтительно, чтобы клапан 190B также был закрыт для предотвращения обратных утечек через топливный насос 130 высокого давления.
Работа системы 100 подачи топлива, изображенной на Фиг.4, во время запуска двигателя происходит следующим образом.
В момент Т0' два клапана 190A, 190B перемещаются в положения, необходимые для подачи топлива из топливного накопителя 140 высокого давления в двигатель 10. Также в момент Т0', когда старт-стопная система 20 показывает, что двигатель 10 готов к запуску, и начинается проворачивание вала двигателя, электронный контроллер 160 определяет, какая из топливных форсунок I1, I2, I3 или I4, может раньше осуществить впрыск топлива в двигатель 10, чтобы избежать задержек впрыска топлива. По мере всасывания топлива из общей топливной рампы 150 топливными форсунками I1, I2, I3 и I4, его заменяет топливо, поступающее в общую топливную рампу 150 из топливного накопителя 140 высокого давления, и таким образом достигается давление в общей топливной рампе 150, необходимое для эффективного впрыска топлива в двигатель 10.
В момент Т0' (Фиг.8) или, предпочтительно, в другой момент времени до момента Т0', но после того, как датчик получил сигнал о том, что двигатель 10 остановлен, электронный контроллер 160 устанавливает необходимый уровень подачи топливного насоса 130 высокого давления, предпочтительно - самый возможно низкий уровень подачи, который в некоторых случаях является нулевым.
Поскольку объем топливного накопителя 140 высокого давления ограничен, в тот же самый момент после момента Т0' электронный контроллер 160 должен управлять клапанами 190A и 190B таким образом, чтобы перевести поток топлива с топливного накопителя 140 высокого давления на топливный насос 130 высокого давления. Это может произойти, когда датчик 170 давления, связанный с общей топливной рампой 150, покажет, что давление топлива начинает падать, когда в двигатель впрыснут определенный объем топлива, не превышающий известный объем топливного накопителя 140 высокого давления, или когда силовая нагрузка на двигатель 10 превышает заранее определенный уровень. Чтобы изменить направление потока топлива, электронный контроллер 160 управляет клапанами 190A и 190B таким образом, чтобы закрыть второй клапан 19B и открыть первый клапан 190A, обеспечивая прохождение топлива от топливного насоса 130 высокого давления к общей топливной рампе 150. Затем происходит накачивание топлива топливным насосом 130 высокого давления непосредственно в топливную рампу для потребления двигателем 10.
На Фиг.5, 7, 8 и 9 изображен третий вариант выполнения системы подачи топлива, который во многих отношениях аналогичен ранее описанному и в котором аналогичные компоненты имеют те же ссылочные позиции.
Третий вариант выполнения изобретения, представленный на Фиг.5, отличается от второго варианта, представленного на Фиг.4, тем, что клапанные устройства в форме первого и второго клапанов 190A, 190B подключены к общей топливной рампе 150 другим способом.
На Фиг.4 оба клапана 190A, 190B подключены к общей топливной рампе 150 общей линией подачи, тогда как в системе на Фиг.5 использованы отдельные линии подачи. Таким образом, в случае третьего варианта изобретения, показанного на Фиг.5, потоку топлива не приходится проходить из топливного накопителя 140 высокого давления через первый клапан 190A для попадания в общую топливную рампу 150, как происходит во втором варианте, показанном на Фиг.4. Иначе говоря, топливный насос 130 высокого давления и топливный накопитель 140 высокого давления в случае третьего варианта, изображенного на Фиг.5, независимо подключены к общей топливной рампе 150. В третьем варианте системы подача топлива из топливного насоса 130 высокого давления в топливный накопитель 140 высокого давления происходит под управлением клапана 190A.
Таким образом, в обоих указанных вариантах воплощения изобретения первый клапан 190A обеспечивает два направления потока, при этом второй клапан 190B обеспечивает только одно направление потока. Таким образом, первый клапан 190A является двухходовым распределительным клапаном, а второй клапан 190B является одноходовым контрольным клапаном, имеющим открытое и закрытое положения.
Эксплуатация системы подачи топлива, показанной на Фиг.5, обеспечивает тот же полезный эффект, что и ранее описанная система, а остановка и запуск двигателя 10 происходят аналогично процессам, описанным со ссылкой на Фиг.7, 8 и 9.
Работа системы 100 подачи топлива, изображенной на Фиг.5, во время остановки двигателя происходит следующим образом.
До момента Т0 (Фиг.7 и 9) электронный контроллер 160 управляет топливными форсунками I1, I2, I3 и I4 таким образом, чтобы осуществлять подачу топлива в двигатель 10 в нужный момент и в нужном объеме, задает подачу топливного насоса 130 высокого давления на уровне, необходимом для удовлетворения потребностей двигателя 10 в топливе, и управляет двумя клапанами 190A, 190B таким образом, чтобы обеспечить подачу топлива через первый клапан 190A в общую топливную рампу 150, без прохождения топлива в топливный накопитель 140 высокого давления через второй клапан 190B. Для выполнения этого действия второй клапан 190B закрывают, а первый клапан 190A устанавливают в положение, обеспечивающее прохождение потока от топливного насоса 130 высокого давления к общей топливной рампе 150, при отсутствии сообщения между топливным насосом 130 высокого давления и топливным накопителем 140 высокого давления.
При этом в указанном рабочем состоянии система 100 подачи топлива функционирует как обычная система подачи топлива, ранее описанная со ссылкой на Фиг.3 и 4.
В момент Т0 электронный контроллер 160 получает от старт-стопной системы 20 сигнал о необходимости остановки двигателя 10. Реагируя на этот сигнал старт-стопной системы 20, электронный контроллер 160 выключает топливные форсунки I1, I2, I3, I4, устанавливает подачу топливного насоса 130 высокого давления на высокий уровень, преимущественно максимальный, а затем управляет двумя клапанами 190A и 190B таким образом, чтобы обеспечить прохождение потока топлива от топливного насоса 130 высокого давления к топливному накопителю 140 высокого давления. Чтобы этого добиться, электронный контроллер 160 переводит первый клапан 190A в положение, соединяющее топливный насос 130 высокого давления и топливный накопитель 140 высокого давления, а второй клапан 190B оставляет закрытым.
Затем происходит накачивание топлива в топливный накопитель 140 высокого давления при помощи топливного насоса 130 высокого давления до прекращения вращения двигателя 10.
Как и ранее, если датчик 180 давления топлива, связанный с топливным накопителем 140 высокого давления, сигнализирует о достижении максимально безопасного рабочего давления в топливном накопителе 140 высокого давления до того, как прекратилось вращение двигателя 10, будет необходимо направить топливо обратно в топливный бак 110.
По истечении времени T1 двигатель 10 прекращает вращаться, а электронный контроллер 160 после этого управляет двумя клапанами 190A и 190B таким образом, чтобы обеспечить отсутствие потока от топливного насоса 130 высокого давления к общей топливной рампе 150. Чтобы этого достичь, второй клапан 190B должен быть закрыт, а первый клапан 190A предпочтительно должен оставаться в закрытом положении или переключиться в такое положение, чтобы соединять общую топливную рампу 150 с топливным насосом 130 высокого давления.
Следует принимать во внимание, что если первый клапан 190A не находится в положении, блокирующем поток, то топливный насос 130 высокого давления должен либо иметь конструкцию, в которой отсутствует возможность обратного тока из топливного насоса 130 высокого давления в топливный насос 120 низкого давления или в топливный бак, либо насос должен содержать обратный клапан для предотвращения такого потока. В дальнейшем такой топливный насос именуется топливным насосом высокого давления «с невозвратным потоком». Топливный насос с невозвратным потоком может быть применен в других вариантах воплощения системы подачи топлива, изображение и описание которых приведено в настоящем документе.
Работа системы 100 подачи топлива, изображенной на Фиг.5, во время последующего запуска двигателя происходит следующим образом.
В момент Т0' (Фиг.8) или в момент времени до момента Т0', но после того, как поступает сигнал об остановке двигателя 10, электронный контроллер 160 задает низкий уровень подачи топливного насоса 130 высокого давления, предпочтительно - максимально низкий уровень, который в некоторых случаях является нулевым.
В момент Т0' второй клапан 190В открыт для обеспечения подачи топлива из топливного накопителя 140 высокого давления в двигатель 10, а топливо в общей топливной рампе 150 находится под давлением. Следовательно, в момент Т0', когда старт-стопная система 20 показывает, что двигатель 10 готов к запуску, и начинается проворачивание вала двигателя, электронный контроллер 160 определяет, какая из топливных форсунок, I1, I2, I3 или I4, может раньше выполнить впрыск топлива в двигатель 10, чтобы избежать задержки. По мере засасывания топлива из общей топливной рампы 150 топливными форсунками I1, I2, I3 и I4, его заменяет топливо, поступающее в общую топливную рампу 150 из топливного накопителя 140 высокого давления, и таким образом обеспечивается давление в общей топливной рампе 150, необходимое для эффективного впрыска топлива в двигатель 10.
Как и ранее, поскольку объем топливного накопителя 140 высокого давления ограничен, в определенный момент после момента Т0' электронный контроллер 160 может отрегулировать положение двух клапанов 190A, 190B, чтобы переключить направления потока в двигатель 10 с топливного накопителя 140 высокого давления на топливный насос 130 высокого давления. Как уже указано, это может произойти, когда датчик 170 давления, связанный с общей топливной рампой 150, показывает, что давление топлива начинает падать, когда в двигатель впрыснут определенный объем топлива, не превышающий известный объем топливного накопителя 140 высокого давления, или когда силовая нагрузка на двигатель 10 превышает заранее заданный уровень.
Для переключения направления потока электронный контроллер 160 управляет двумя клапанами 190A, 190B таким образом, чтобы второй клапан 190B был закрыт, а первый клапан 190A был либо переведен в другое положение, либо оставался в положении, требуемом для обеспечения прохождения потока топлива от топливного насоса 130 высокого давления к общей топливной рампе 150. Затем топливный насос 130 высокого давления опять накачивает топливо непосредственно в топливную рампу 150 для потребления двигателем 10.
На Фиг.6, 7, 8 и 9 изображен предпочтительный или четвертый вариант выполнения системы подачи топлива, который во многих отношениях аналогичен ранее описанным и в котором аналогичные компоненты имеют те же ссылочные позиции.
Четвертый вариант воплощения изобретения, изображенный на Фиг.6, отличается от третьего варианта, изображенного на Фиг.5, тем, что в нем клапанное устройство в виде первого и второго клапанов 190A, 190B, используемое в третьем варианте, заменено одним клапаном 290, расположенным в том же месте, что и второй клапан 190B, и имеющим ту же конструкцию, что и простой регулирующий клапан 190B, который имеет открытое и закрытое положения.
В четвертом варианте воплощения изобретения, изображенном на Фиг.6, отсутствует клапан, регулирующий поток топлива из топливного насоса 130 высокого давления в общую топливную рампу 150, и, таким образом, топливный насос 130 высокого давления постоянно соединен с общей топливной рампой 150.
Клапан 290 с электронным управлением регулирует поток топлива из топливного накопителя 140 высокого давления в общую топливную рампу 150. Однако в этом случае через клапан 290 возможна подача топлива в любом направлении, поскольку через клапан 290 выполняется не только подача топлива в общую топливную рампу 150 из топливного накопителя 140 высокого давления, но и поступление топлива в топливный накопитель 140 высокого давления из топливного насоса 130 высокого давления через общую топливную рампу 150. Такое устройство требует применения топливного насоса 130 высокого давления «с невозвратным потоком», который упоминался в отношении Фиг.5.
Эксплуатация системы подачи топлива, изображенной на Фиг.6, дает тот же полезный эффект, что и ранее описанные системы, а остановка и запуск двигателя 10 происходят аналогично процессам, описанным со ссылкой на Фиг.7, 8 и 9.
Работа системы 100 подачи топлива, изображенной на Фиг.6, во время остановки двигателя происходит следующим образом.
До момента Т0 (Фиг.7 и 9) электронный контроллер 160 управляет топливными форсунками I1, I2, I3 и I4 таким образом, чтобы осуществлять подачу топлива в двигатель 10 в нужный момент и в нужном объеме, задает подачу топливного насоса 130 высокого давления на уровне, необходимом для удовлетворения потребностей двигателя 10 в топливе, и управляет клапаном 290 таким образом, чтобы обеспечить отсутствие подачи топлива из общей топливной рампы 150 в топливный накопитель 140 высокого давления. Для выполнения этого действия клапан 290 закрывают.
При этом в указанном рабочем состоянии система 100 подачи топлива функционирует как обычная система подачи топлива, ранее описанная со ссылкой на Фиг.3 и 4.
В момент Т0 электронный контроллер 160 получает от старт-стопной системы 20 сигнал о необходимости остановки двигателя 10. Реагируя на этот сигнал старт-стопной системы 20, электронный контроллер 160 выключает топливные форсунки I1, I2, I3, I4, устанавливает подачу топливного насоса 130 высокого давления на высокий уровень, предпочтительно максимальный, а затем устанавливает клапан 290 в такое положение, которое обеспечивает прохождение потока между топливным насосом 130 высокого давления и топливным накопителем 140 высокого давления. Для этого клапан 290 переводят в открытое положение.
Затем происходит накачивание топлива в топливный накопитель 140 высокого давления при помощи топливного насоса 130 высокого давления до прекращения вращения двигателя 10.
Как и ранее, если датчик 180 давления топлива, связанный с топливным накопителем 140 высокого давления сигнализирует о достижении максимально безопасного рабочего давления в топливном накопителе 140 высокого давления до того, как прекратилось вращение двигателя 10, будет необходимо или снизить уровень подачи топливного насоса 130 высокого давления до минимального, и/или вернуть топливо обратно в топливный бак 110.
По истечении времени T1 (Фиг.7) двигатель 10 прекращает вращаться, а электронный контроллер 160 после этого устанавливает клапан 290 в такое положение, чтобы обеспечить отсутствие потока топлива между топливным насосом 130 высокого давления и общей топливной рампой 150, чтобы избежать ранее упомянутых утечек.
Следует принимать во внимание, что при такой конструкции топливный насос 130 высокого давления должен представлять собой топливный насос высокого давления «с невозвратным потоком», или возможна обратная утечка топлива в топливный бак 110, когда топливный накопитель 140 подключен к общей топливной рампе 150, а топливный насос 130 высокого давления работает с низким уровнем подачи.
Работа системы 100 подачи топлива, изображенной на Фиг.6, во время повторного запуска двигателя происходит следующим образом.
В момент Т0' (Фиг.8) или в момент времени до момента Т0', но после того, как поступает сигнал об остановке двигателя 10, электронный контроллер 160 задает низкий уровень подачи топливного насоса 130 высокого давления, предпочтительно - максимально низкий уровень, который в некоторых случаях является нулевым.
В момент Т0' второй клапан 290 открыт для обеспечения подачи топлива из топливного накопителя 140 высокого давления в двигатель 10, а топливо в общей топливной рампе 150 находится под давлением. Следовательно, в момент Т0', когда старт-стопная система 20 показывает, что двигатель 10 готов к запуску, и начинается проворачивание вала двигателя, электронный контроллер 160 определяет, какая из топливных форсунок, I1, I2, I3 или I4, может раньше выполнить впрыск топлива в двигатель 10 без задержки. По мере засасывания топлива из общей топливной рампы 150 топливными форсунками I1, I2, I3 и I4, его заменяет топливо, поступающее в общую топливную рампу 150 из топливного накопителя 140 высокого давления, и таким образом обеспечивается давление в общей топливной рампе 150, необходимое для эффективного впрыска топлива в двигатель 10.
Поскольку объем топливного накопителя 140 высокого давления ограничен, в определенный момент после момента Т0' электронный контроллер 160 может закрыть клапан 290, после чего поток топлива проходит в двигатель 10 только от топливного насоса 130 высокого давления, подача которого увеличена до уровня, необходимого для подачи топлива в двигатель 10.
Поскольку топливный насос 130 высокого давления постоянно подключен к общей топливной рампе 150, подача топлива происходит непрерывно, и отсутствует необходимость в переключении фактического потока. Поскольку топливный насос 130 высокого давления ускоряется одновременно с двигателем 10, он достигает скорости, при которой способен обеспечивать требуемое давление топлива, и это обычно происходит до закрывания клапана 290.
Одним из преимуществ третьего и четвертого вариантов воплощения изобретения, изображенных на Фиг.5 и 6, соответственно, является то, что при необходимости топливный накопитель 140 высокого давления может быть дозаправлен топливом при помощи топливного насоса 130 высокого давления с одновременной подачей топлива в общую топливную рампу 150 при помощи указанного топливного насоса 130.
1. Способ управления системой подачи топлива в двигатель транспортного средства, в котором во время выключения двигателя эксплуатируют топливный насос высокого давления переменной подачи с приводом от двигателя с высоким уровнем подачи и выполняют накопление топлива из топливного насоса высокого давления в топливном накопителе, а во время последующего запуска двигателя топливный насос высокого давления эксплуатируют с низким уровнем подачи и осуществляют подачу топлива из топливного накопителя в двигатель.
2. Способ по п. 1, в котором высокий уровень подачи представляет собой максимальный уровень подачи топливного насоса высокого давления.
3. Способ по п. 1, в котором низкий уровень подачи представляет собой минимальный уровень подачи топливного насоса высокого давления.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором транспортное средство представляет собой транспортное средство с поддержкой старт-стопного режима работы, содержащее старт-стопный контроллер для управления выключением и запуском двигателя, причем выключение и последующий запуск двигателя инициируется старт-стопным контроллером.
5. Система подачи топлива в двигатель транспортного средства, содержащая топливный насос высокого давления переменной подачи с приводом от двигателя, топливный накопитель для накопления топлива под высоким давлением, клапанное устройство для управления потоком топлива высокого давления внутри системы, и электронный контроллер для управления работой топливного насоса высокого давления и клапанного устройства, причем контроллер выполнен с возможностью во время выключения двигателя обеспечивать эксплуатацию топливного насоса высокого давления с высоким уровнем подачи и управлять клапанным устройством для осуществления накопления топлива из топливного насоса высокого давления в топливном накопителе, а во время последующего запуска двигателя обеспечивать эксплуатацию топливного насоса высокого давления с низким уровнем подачи и управлять клапанным устройством с обеспечением подачи в двигатель топлива из топливного накопителя.
6. Система подачи топлива по п. 5, в которой клапанное устройство включает в себя по меньшей мере один клапан для выборочной изоляции топливного накопителя от двигателя и топливного насоса высокого давления.
7. Система подачи топлива по п. 5, которая дополнительно содержит топливный резервуар, топливный насос низкого давления для подачи топлива из резервуара в топливный насос высокого давления и по меньшей мере одну топливную форсунку для подачи топлива под высоким давлением в двигатель, причем контроллер выполнен с возможностью во время выключения двигателя обеспечивать эксплуатацию топливного насоса высокого давления с высоким уровнем подачи и управлять клапанным устройством для накопления топлива из топливного насоса высокого давления в топливном накопителе, а во время последующего запуска двигателя обеспечивать эксплуатацию топливного насоса высокого давления с низким уровнем подачи для обеспечения эксплуатации клапанного устройства с обеспечением подачи топлива из топливного накопителя в указанную по меньшей мере одну топливную форсунку, а также управлять указанной по меньшей мере одной топливной форсункой для подачи топлива в двигатель.
8. Система подачи топлива по п. 7, которая включает в себя по меньшей мере две топливных форсунки, на которые подается топливо через общую топливную рампу, а клапанное устройство включает в себя по меньшей мере один клапан, управляемый электронным контроллером, для управления потоком топлива между топливным накопителем и общей топливной рампой.
9. Система подачи топлива по п. 8, в которой клапанное устройство представляет собой отдельный распределительный клапан, расположенный между топливным насосом высокого давления и общей топливной рампой, между топливным насосом высокого давления и топливным накопителем, а также между топливным накопителем и общей топливной рампой.
10. Система подачи топлива по п. 9, в которой распределительный клапан имеет три выбираемых протока, причем первый проток соединяет, при его выборе, топливный насос высокого давления с общей топливной рампой, второй проток соединяет, при его выборе, топливный насос высокого давления с топливным накопителем, а третий проток соединяет, при его выборе, топливный накопитель с общей топливной рампой, причем управление выбором каждого соответствующего протока осуществляется электронным контроллером.
11. Система подачи топлива по п. 8, в которой клапанное устройство содержит первый клапан с электронным управлением для управления потоком топлива из топливного насоса высокого давления в общую топливную рампу и второй клапан с электронным управлением для управления потоком топлива из топливного насоса высокого давления в топливный накопитель, причем поток из топливного накопителя в общую топливную рампу проходит через первый и второй клапаны с электронным управлением.
12. Система подачи топлива по п. 8, в которой клапанное устройство содержит первый клапан с электронным управлением для управления потоком топлива из топливного насоса высокого давления в общую топливную рампу и второй клапан с электронным управлением для управления потоком топлива между топливным накопителем и общей топливной рампой, причем управление потоком из топливного насоса высокого давления в топливный накопитель также осуществляется первым клапаном с электронным управлением.
13. Система подачи топлива по п. 12, в которой во время выключения двигателя предусмотрена возможность управления первым клапаном с электронным управлением с помощью электронного контроллера для обеспечения прохождения топлива из топливного насоса высокого давления в топливный накопитель, и закрытия второго клапана с электронным управлением для предотвращения прохождения топлива из топливного накопителя в общую топливную рампу.
14. Система подачи топлива по п. 12, в которой во время запуска двигателя предусмотрена возможность управления топливными форсунками с помощью электронного контроллера для подачи топлива в двигатель, и управления вторым клапаном с электронным управлением с помощью электронного контроллера для обеспечения прохождения топлива из топливного накопителя в общую топливную рампу.
15. Система подачи топлива по п. 8, в которой между топливным насосом высокого давления и общей топливной рампой отсутствует управляющий клапан, причем клапанное устройство содержит клапан с электронным управлением для управления потоком топлива между топливным накопителем и общей топливной рампой, причем поток из топливного насоса высокого давления в топливный накопитель проходит через общую топливную рампу и указанный клапан с электронным управлением.
16. Система подачи топлива по п. 15, в которой во время выключения двигателя предусмотрена возможность отключения всех топливных форсунок с помощью электронного контроллера и управления клапаном с электронным управлением с помощью электронного контроллера для обеспечения прохождения потока топлива из топливного насоса высокого давления через общую топливную рампу в топливный накопитель.
17. Система подачи топлива по п. 15, в которой во время запуска двигателя предусмотрена возможность управления топливными форсунками с помощью электронного контроллера для подачи топлива в двигатель и управления клапаном с электронным управлением с помощью электронного контроллера для обеспечения прохождения потока топлива из топливного накопителя в общую топливную рампу.
18. Система подачи топлива по п. 5, в которой топливный насос высокого давления является однонаправленным топливным насосом высокого давления.
19. Система подачи топлива по любому из пп. 5-17, в которой высокий уровень подачи представляет собой максимальный уровень подачи топливного насоса высокого давления.
20. Система подачи топлива по любому из пп. 5-17, в которой низкий уровень подачи представляет собой минимальный уровень подачи топливного насоса высокого давления.
21. Транспортное средство, снабженное системой подачи топлива по любому из пп. 5-20.
