СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ КЛАПАНА ПЕРЕПУСКНОЙ ЗАСЛОНКИ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ И СИСТЕМА ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR ACTIVATING TURBOCHARGER WASTEGATE VALVE AND TURBOCHARGER SYSTEM IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE (VERSIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к управлению клапаном перепускной заслонки в турбонагнетателе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Некоторые двигатели внутреннего сгорания используют устройство сжатия, такое как турбонагнетатель, для повышения удельной выходной мощности/крутящего момента двигателя. В одном из примеров, турбонагнетатель может включать в себя компрессор, присоединенный к турбине через приводной вал, где турбина присоединена к стороне выпускного коллектора, а компрессор присоединен к стороне впускного коллектора двигателя. Таким образом, турбина с приводом от выхлопной системы подает энергию на компрессор, чтобы повышать давление (например, наддув или давление наддува) во впускном коллекторе и усиливать поток воздуха в двигатель. Наддув может регулироваться посредством регулировки количества газа, попадающего в турбину, например, посредством перепускной заслонки. Клапан перепускной заслонки может управляться на основании условий работы для достижения требуемого наддува. В некоторых примерах, клапан перепускной заслонки приводится в действие пневматически наряду с тем, что, в других примерах, клапан перепускной заслонки приводится в действие электрически, например, электродвигателем.
В US 7,775,043 (опубл. 17.08.2010, МПК F02B37/18, F02D41/00) раскрыта система для регулирования давления наддува, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания посредством регулировки положения клапана перепускной заслонки в пневматической перепускной заслонке. Датчик перепускной заслонки, ближайший к клапану перепускной заслонки считывает положение клапана перепускной заслонки и подает сигнал, представляющий положение, через провод в контроллер. Контроллер принимает множество сигналов, в том числе, указания скорости вращения двигателя, наддува и барометрического давления, для регулирования давления наддува, подаваемого в двигатель, и соответствующим образом регулирует положение клапана перепускной заслонки посредством регулирования давления, подаваемого в камеру, действующего на диафрагму перепускной заслонки. В случае, если определяется, что клапан перепускной заслонки не функционирует надлежащим образом, контроллер может использовать сигналы с датчика перепускной заслонки для переопределения положения клапана перепускной заслонки.
Авторы в материалах настоящего описания выявили проблему такого подхода. Части перепускной заслонки, такие как клапан перепускной заслонки и тяга, присоединяющая клапан перепускной заслонки к диафрагме (или другим приводам в других системах, таким как электродвигатель), сталкиваются с высокими температурами по мере того, как двигатель разогревается, и горячие выхлопные газы подвергаются циркуляции через двигатель. Вследствие подвергания этих компонентов воздействию высоких температур, может происходить тепловая деформация, например, вызывающая удлинение или сжатие в тяге привода клапана и деформацию корпуса турбины. По существу, ухудшается точность считывания положения клапана перепускной заслонки, как ухудшаются и сведения о местоположении подъема клапана относительно седла, с которым клапан перепускной заслонки контактирует в полностью закрытом положении. Ухудшение такой точности может давать в результате подачу неточных уровней наддува в двигатель.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложены способы определения полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки.
В одном из аспектов изобретения предложен способ приведения в действие клапана перепускной заслонки турбонагнетателя двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя этапы, на которых:
принимают данные от одного или более датчиков посредством контроллера;
подают команду незакрытого положения для клапана перепускной заслонки турбонагнетателя посредством контроллера; и
перед выполнением команды положения в ответ на одно из потока текучей среды выше по потоку от компрессора турбонагнетателя, топлива, температуры и времени, связанных с текущим полностью закрытым положением, скорости изменения требуемого крутящего момента, скорости вращения двигателя и нагрузки двигателя, и пороговой продолжительности времени и порогового изменения температуры, и времени пребывания, только временно закрывают клапан перепускной заслонки турбонагнетателя, чтобы определять текущее полностью закрытое положение посредством контроллера.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором регулируют привод, присоединенный к клапану перепускной заслонки турбонагнетателя, посредством контроллера на основании определенного текущего полностью закрытого положения при по меньшей мере частично открытом, при этом определение текущего полностью закрытого положения включает в себя этап, на котором определяют ориентацию привода, функционально присоединенного к клапану перепускной заслонки турбонагнетателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором привод является одним из пневмопривода и электропривода, причем способ дополнительно включает в себя этап, на котором после только временного закрывания капана перепускной заслонки турбонагнетателя, регулируют привод для перемещения клапана перепускной заслонки турбонагнетателя в незакрытое командное положение, на основании определенного текущего полностью закрытого положения посредством контроллера.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
обеспечивают команду полностью открытого положения для клапана перепускной заслонки турбонагнетателя посредством контроллера,
только временно закрывают клапан перепускной заслонки турбонагнетателя, чтобы определять текущее полностью закрытое положение посредством контроллера, если поток текучей среды выше по потоку от компрессора турбонагнетателя дросселирован; и
выполняют команду полностью открытого положения посредством контроллера, если поток текучей среды выше по потоку от компрессора турбонагнетателя не дросселирован.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
обеспечивают команду полностью открытого положения для клапана перепускной заслонки турбонагнетателя посредством контроллера;
только временно закрывают клапан перепускной заслонки турбонагнетателя, чтобы определять текущее полностью закрытое положение посредством контроллера, если топливо не подается в цилиндры двигателя внутреннего сгорания; и
выполняют команду полностью открытого положения посредством контроллера, если топливо подается в цилиндры.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
связывают текущее полностью закрытое положение с температурой и временем посредством контроллера; и
сохраняют текущее полностью закрытое положение и связанную температуру и связанное время в контроллере, чтобы определенные полностью закрытые положения были доступны по заданным температурам;
при этом временное закрывание клапана перепускной заслонки турбонагнетателя для определения текущего полностью закрытого положения предпочтительно планируется для выбранной температуры посредством контроллера, если превышена пороговая продолжительность времени после определения полностью закрытого положения для выбранной температуры.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором определяют полностью закрытое положение для выбранной температуры посредством того, что экстраполируют определенные полностью закрытые положения для температур, ближайших к выбранной температуре, посредством контроллера.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
определяют посредством контроллера, является ли скорость изменения требуемого крутящего момента положительной или отрицательной;
только временно закрывают клапан перепускной заслонки турбонагнетателя посредством контроллера, если скорость изменения требуемого крутящего момента положительна и не превышает первое пороговое значение; и
только временно закрывают клапан перепускной заслонки турбонагнетателя посредством контроллера, если скорость изменения требуемого крутящего момента отрицательна и не превышает второе пороговое значение;
при этом первое пороговое значение больше, чем второе пороговое значение.
В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан перепускной заслонки турбонагнетателя временно закрывают посредством контроллера, если скорость вращения двигателя находится ниже порогового значения, иначе, привод регулируют для перемещения клапана перепускной заслонки турбонагнетателя в незакрытое командное положение без временного закрывания перепускной заслонки турбонагнетателя посредством контроллера; и
при этом клапан перепускной заслонки турбонагнетателя временно закрывают посредством контроллера, если нагрузка двигателя находится ниже порогового значения, иначе, привод регулируют для перемещения клапана перепускной заслонки турбонагнетателя в незакрытое командное положение на основании определенного текущего полностью закрытого положения посредством контроллера.
В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан перепускной заслонки турбонагнетателя временно закрывают посредством контроллера, если превышена пороговая продолжительность времени после предыдущего определения полностью закрытого положения, иначе, привод регулируют для перемещения клапана перепускной заслонки турбонагнетателя в незакрытое командное положение без временного закрывания клапана перепускной заслонки турбонагнетателя посредством контроллера; и
при этом клапан перепускной заслонки турбонагнетателя временно закрывают посредством контроллера, если превышено пороговое изменение температуры, иначе, привод регулируют для перемещения клапана перепускной заслонки турбонагнетателя в незакрытое командное положение без временного закрывания клапана перепускной заслонки турбонагнетателя посредством контроллера.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
определяют посредством контроллера время пребывания на основании разности между командой положения и текущим подъемом клапана перепускной заслонки турбонагнетателя; и
поддерживают посредством контроллера клапан перепускной заслонки турбонагнетателя в текущем полностью закрытом положении не больше чем в течение времени пребывания, при этом определяемое время пребывания уменьшается по мере того, как возрастает разность между командным положением и текущим подъемом клапана перепускной заслонки турбонагнетателя.
В одном из дополнительных аспектов предложена система турбонагнетателя в двигателе внутреннего сгорания, содержащая:
турбонагнетатель, содержащий клапан перепускной заслонки, и
контроллер, содержащий исполняемые команды, хранимые в постоянной памяти для:
временного закрывания клапана перепускной заслонки, чтобы определять текущее полностью закрытое положение клапана перепускной заслонки перед выполнением команды положения для клапана перепускной заслонки, если команда положения для клапана перепускной заслонки соответствует первой области подъема, но не второй области подъема, относительно седла клапана; и
выполнения команды положения, если команда положения не соответствует первой области подъема в ответ на одно из скорости изменения требуемого крутящего момента, скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя, и скорости изменения требуемого крутящего момента и времени пребывания.
В одном из вариантов предложена система, в которой текущее полностью закрытое положение соответствует ориентации привода, функционально присоединенного к клапану перепускной заслонки.
В одном из вариантов предложена система, в которой привод является одним из пневмопривода и электропривода.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая дополнительные команды для:
определения, является ли скорость изменения требуемого крутящего момента положительной или отрицательной;
закрытия клапана перепускной заслонки, если скорость изменения требуемого крутящего момента положительна и не превышает первое пороговое значение; и
закрытия клапана перепускной заслонки, если скорость изменения требуемого крутящего момента отрицательна и не превышает второе пороговое значение;
при этом первое пороговое значение больше, чем второе пороговое значение.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая дополнительные команды для закрытия клапана перепускной заслонки, если скорость вращения двигателя, нагрузка двигателя и скорость изменения требуемого крутящего момента находятся ниже соответствующих пороговых значений.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая дополнительные команды для:
определения времени пребывания на основании разности между командой положения и текущим подъемом клапана перепускной заслонки; и
поддержания клапана перепускной заслонки в текущем полностью закрытом положении не больше чем в течение времени пребывания.
В одном из еще дополнительных аспектов предложена система турбонагнетателя в двигателе внутреннего сгорания, содержащая:
турбонагнетатель, содержащий привод перепускной заслонки и клапан перепускной заслонки, и
контроллер, содержащий исполняемые команды, хранимые в постоянной памяти для:
регулирования привода перепускной заслонки в ответ на требуемое и фактическое положение клапана перепускной заслонки, что включает в себя временное перемещение клапана перепускной заслонки в полностью закрытое состояние, когда клапану перепускной заслонки дана команда в не полностью закрытое положение, большее, чем нижнее пороговое значение, но меньшее, чем верхнее пороговое значение; при этом дополнительно регулировка привода перепускной заслонки основана на фактическом положении клапана перепускной заслонки в полностью закрытом состоянии.
В одном из вариантов предложена система, в которой продолжительность времени пребывания, в течение которой положение клапана перепускной заслонки временно находится в полностью закрытом состоянии, основана на скорости изменения требуемого крутящего момента двигателя; и
при этом продолжительность времени пребывания уменьшается по мере того, как возрастает скорость изменения.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно содержит дополнительные исполняемые команды для указания ухудшения характеристик клапана перепускной заслонки на основании фактического положения клапана перепускной заслонки в полностью закрытом состоянии, не совпадающего с полностью закрытым положением клапана перепускной заслонки на большее, чем пороговое значение ухудшения характеристик, в течение большей, чем пороговая, продолжительности времени пребывания.
В одном из примеров, принимают команду незакрытого положения для клапана перепускной заслонки в области низкого подъема относительно седла клапана. Перед выполнением команды положения, клапан перепускной заслонки только временно закрывают, чтобы, тем самым, определять полностью закрытое положение.
Таким образом, избегается неточная подача наддува, обусловленная неопределенностью полностью закрытого положения. Таким образом, технический результат более точного управления перепускной заслонкой достигается этими действиями.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
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 структурную схему двигателя с турбонаддувом, содержащего перепускную заслонку.
Фиг. 2 показывает пример электрической перепускной заслонки в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Фиг. 3 показывает пример пневматической перепускной заслонки в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ управления турбонагнетателем посредством перепускной заслонки по фиг. 2 или 3.
Фиг. 5A и 5B показывают блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ определения полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки по фиг. 2 или 3.
Фиг. 6 показывает примерную многомерную характеристику, иллюстрирующую определение полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки согласно различным рабочим параметрам двигателя по фиг. 1.
Фиг. 7 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ определения полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки по фиг. 2 или 3, когда требуется полностью открытое положение.
Фиг. 8 показывает отображение определенных полностью закрытых положений в зависимости от температуры.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В некоторых двигателях внутреннего сгорания, компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель, используется для повышения давления (например, давления наддува) воздуха, подаваемого в двигатель, тем самым, увеличивая крутящий момент/плотность выходной мощности двигателя. В некоторых подходах, пневматическая перепускная заслонка используется для регулирования положения клапана перепускной заслонки и, таким образом, количества выхлопных газов, подаваемых в турбину турбонагнетателя, наряду с тем, что в других подходах, используется электрическая перепускная заслонка. В любом случае, тяга, присоединяющая привод к клапану перепускной заслонки и узлу турбины может подвергаться высоким окружающим температурам и, таким образом, тепловой деформации (например, расширению, сжатию, и т.д.) Таким образом, определение положения клапана перепускной заслонки и положения, в котором она полностью закрыта относительно седла клапана, может уменьшаться по точности, давая в результате неточную оценку подъема клапана и, соответственно, подачу наддува в двигатель.
Предусмотрены различные способы определения полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки. В одном из примеров, принимается команда незакрытого положения для клапана перепускной заслонки в области низкого подъема относительно седла клапана. Перед выполнением команды положения, клапан перепускной заслонки только временно закрывают, чтобы, тем самым, определять полностью закрытое положение. Фиг. 1 - структурная схема двигателя с турбонаддувом, включающего в себя перепускную заслонку. Фиг. 2 показывает пример электрической перепускной заслонки в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 3 показывает пример пневматической перепускной заслонки в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ управления турбонагнетателем посредством перепускной заслонки по фиг. 2 или 3. Фиг. 5A и 5B показывают блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ определения полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки по фиг. 2 или 3. Фиг. 6 показывает примерную многомерную характеристику, иллюстрирующую определение полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки согласно различным рабочим параметрам двигателя по фиг. 1. Двигатель по фиг. 1 также включает в себя контроллер, выполненный с возможностью выполнять способы, изображенные на фиг. 4, 5A, и 5B.
Фиг. 1 - схематичное изображение, показывающее примерный двигатель 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами 30. Однако, другие количества цилиндров могут использоваться в соответствии с данным раскрытием. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Каждая камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с поршнем (не показан), расположенными в них. Поршни могут быть присоединены к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Камеры 30 сгорания могут принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и могут выпускать выхлопные газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Топливные форсунки 50 показаны присоединенными непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 50 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления, камеры 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, могут включать в себя топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 44, в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как оконный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от каждой камеры 30 сгорания.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссель 21 и 23, имеющий дроссельные заслонки 22 и 24, соответственно. В этом конкретном примере, положение дроссельных заслонок 22 и 24 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на привод, включенный в состав дросселями 21 и 23. В одном из примеров, приводы могут быть электроприводами (например, электродвигателями), конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, заслонки 21 и 23 могут приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. Положение дроссельных заслонок 22 и 24 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя. Впускной канал 42, кроме того, может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответствующих сигналов MAF (массового расхода воздуха) и MAP (давления воздуха в коллекторе) в контроллер 12.
Выпускной канал 48 может принимать выхлопные газы из цилиндров 30. Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от турбины 62 и устройства 78 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания топливно-воздушного соотношения в выхлопных газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), двухрежимный кислородный датчик или EGO, датчик NOx, HC, или CO. Устройство 78 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями.
Температура выхлопных газов может измеряться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 48. В качестве альтернативы, температура выхлопных газов может логически выводиться на основании условий работы двигателя, таких как скорость вращения, нагрузка, топливно-воздушное соотношение (AFR), запаздывание искрового зажигания, и т.д.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 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 120 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, схематично показанного в одном месте в пределах двигателя 10; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя, как обсуждено; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122, как обсуждено. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе 44. 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 118, который также используется в качестве датчика скорости вращения двигателя, может вырабатывать заданное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала 40. В некоторых примерах, постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 60, расположенный вдоль впускного коллектора 44. Что касается турбонагнетателя, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другое соединительное устройство. Турбина 62 может быть расположена вдоль выпускного канала 48. Различные компоновки могут быть предусмотрены для осуществления привода компрессора. Что касается нагнетателя, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в движение двигателем и/или электрической машиной и может не включать в себя турбину. Таким образом, величина сжатия, обеспечиваемого для одного или более цилиндров двигателя посредством турбонагнетателя или нагнетателя, может регулироваться контроллером 12. В некоторых случаях, турбина 62, например, может приводить в движение электрогенератор 64 для выдачи энергии в аккумуляторную батарею 66 через приводной механизм 68 турбонагнетателя. Энергия из аккумуляторной батареи 66 затем может использоваться для приведения в движение компрессора 60 посредством электродвигателя 70. Кроме того, датчик 123 может быть расположен во впускном коллекторе 44 для выдачи сигнала BOOST (НАДДУВ) в контроллер 12.
Кроме того, выпускной канал 48 может включать в себя перепускную заслонку 26 для отведения выхлопных газов от турбины 62. В некоторых вариантах осуществления, перепускная заслонка 26 может быть многоступенной перепускной заслонкой, таким как двухступенная перепускная заслонка с первой ступенью, выполненной с возможностью регулировать давление наддува, и второй ступенью, выполненной с возможностью увеличивать тепловой поток в устройство 78 снижения токсичности выхлопных газов. Перепускная заслонка 26 может приводиться в действие посредством привода 150, который, например, может быть электроприводом. В некоторых вариантах осуществления, привод 150 может быть электродвигателем. Дополнительные подробности и примеры касательно перепускной заслонки 26 и привода 150 будут представлены ниже. Впускной канал 42 может включать в себя перепускной клапан 27 компрессора, выполненный с возможностью отводить всасываемый воздух вокруг компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или перепускной клапан 27 компрессора могут управляться контроллером 12 через исполнительные механизмы (например, привод 150), например, чтобы открываться, когда требуется более низкое давление наддува.
Впускной канал 42 может дополнительно включать в себя охладитель 80 наддувочного воздуха (CAC) (например, промежуточный охладитель) для понижения температуры нагнетаемых турбонагнетателем или нагнетателем всасываемых газов. В некоторых вариантах осуществления, охладитель 80 наддувочного воздуха может быть воздушно-воздушным теплообменником. В других вариантах осуществления охладитель 80 наддувочного воздуха может быть воздушно-жидкостным теплообменником.
2
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления, система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять требуемую порцию выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Величина EGR, выдаваемой во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 142 EGR. Кроме того, датчик EGR (не показан) может быть расположен внутри канала EGR и может выдавать показание одного или более из давления, температуры, концентрации выхлопных газов. В качестве альтернативы, EGR может управляться посредством расчетного значения, основанного на сигналах с датчика MAF (выше по потоку), MAP (впускного коллектора), MAT (температуры газа в коллекторе) и датчика скорости вращения коленчатого вала. Кроме того, EGR может управляться на основании датчика O выхлопных газов и/или кислородного датчика на впуске (впускного коллектора). В некоторых условиях, система EGR может использоваться для регулирования температуры смеси воздуха и топлива в пределах камеры сгорания. Фиг. 1 показывает систему EGR высокого давления, где EGR направляется из выше по потоку от турбины турбонагнетателя в ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других вариантах осуществления, двигатель, дополнительно или в качестве альтернативы, может включать в себя систему EGR низкого давления, где EGR направляется из ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.
Далее, с обращением к фиг. 2, показана перепускная заслонка 200, которая может быть перепускной заслонкой 26 по фиг. 1. Перепускная заслонка 200 включена в состав вдоль участка выпускного коллектора 46, показанного на фиг. 1. В проиллюстрированном варианте осуществления, перепускная заслонка 200 является электрической перепускной заслонкой и приводится в движение приводом 150, который, в этом примере, является электроприводом, хотя различные пригодные устройства могут использоваться для приведения в движение перепускной заслонки. Привод 150 передает движущую силу через тягу 204 (например, цилиндрический шток) на клапан 206 перепускной заслонки, который может переходить между полностью закрытым положением и полностью открытым положением, и может останавливаться в любом положении между ними. Положение клапана 206 перепускной заслонки, таким образом, может быть непрерывно регулируемым и может контролироваться посредством датчика 203 положения, выполненного с возможностью отправлять сигналы в контроллер двигателя, такой как контроллер 12 по фиг. 1.
Клапан 206 перепускной заслонки открывается из полностью закрытого положения, может создаваться открывание, через которое газы, текущие через выпускной коллектор 46, могут течь в камеру 207. Из камеры 207, газы могут течь в вентиляционное отверстие 208, которое может принимать выхлопные газы из выпускного коллектора 46, когда клапан 206 перепускной заслонки не находится в полностью закрытом положении. Таким образом, величина наддува, подаваемого в двигатель, может регулироваться посредством приведения в движение клапана 206 перепускной заслонки посредством привода 150, тем самым, изменения положение клапана 206 перепускной заслонки и количества газа, достигающего впускного коллектора и турбины турбонагнетателя (например, турбины 62 на фиг. 1). В одном из примеров, клапан 206 может быть сформирован посредством пяты с поверхностью, являющейся обращенной к потоку через коллектор 202. Перепад давлений на пяте может формировать силы, действующие для перемещения пяты. Хотя не показано, перепускная заслонка 200 может включать в себя электродвигатель и редуктор с тягой 204, продолжающейся от выходного вала редуктора до клапана 206 перепускной заслонки. В некоторых вариантах осуществления, датчик 203 положения может измерять ориентацию таких компонентов, такую как поступательное положение тяги 204, угловая ориентация выходного вала или другого компонента внутри электродвигателя. В этом примере, такие измерения могут использоваться для опосредованного определения положения клапана 206 перепускной заслонки. Более того, в других вариантах осуществления, положение клапана перепускной заслонки может определяться на основании программной модели с использованием одного или более сигналов (например, Наддув), описанных выше со ссылкой на фиг. 1, и отправляться в контроллер 12.
Перепускная заслонка 200 выхлопных газов дополнительно может включать в себя смещающий элемент 210. Смещающий элемент прикреплен на одном конце к перепускной заслонке 200, а на другом конце к клапану 206 перепускной заслонки. В некоторых вариантах осуществления, смещающий элемент 210 выбран, чтобы подводить закрывающее усилие, которое поддерживает клапан 206 перепускной заслонки в полностью закрытом положении вплоть до порогового давления. В качестве одного из неограничивающих примеров, смещающий элемент 210 может быть выбран, чтобы предоставлять клапану 206 перепускной заслонки возможность открываться для среднего перепада давления на турбине турбонагнетателя между 0,75 бар и 1 бар. В случае ухудшения характеристик перепускной заслонки, например, обусловленного потерей мощности привода 150, клапан 206 перепускной заслонки может поддерживаться в полностью закрытом положении вплоть до порогового давления посредством преднатяга пружины, гарантируя, что достаточное нарастание наддува подается в двигатель. Такая конфигурация может быть особенно полезной в подвергнутых уменьшению габаритов и массы двигателях, так как степени уменьшения габаритов и массы не нужно ограничиваться, чтобы учитывать возможность ухудшения характеристик перепускной заслонки. Наоборот, на или выше порогового давления, смещающий элемент 210 может предоставлять клапану 206 перепускной заслонки возможность перемещаться в полностью открытое положение, ограничивая максимальный наддув, особенно на высоких нагрузках. Более того, размер привода перепускной заслонки (например, привода 150) и его энергопотребление могут уменьшаться, так как смещающий элемент 210 подает дополнительное открывающее усилие на перепускную заслонку 26. Поэтому, во время работы без ухудшения характеристик, привод может удерживать клапан в полностью закрытом положении с уровнем тока, который находится ниже, чем если бы преднатяг пружины был нулевым. Ток, подаваемый на привод 150, может выбираться, чтобы учитывать закрывающее усилие смещающего элемента, такого как пружина. В проиллюстрированном варианте осуществления, смещающий элемент 210 показан в качестве пружины в предварительно сжатом состоянии, хотя различные пригодные конструкции могут использоваться для подачи дополнительного закрывающего усилия на перепускной заслонке 26. В случае, где применяется пружина, динамическая жесткость может выбираться, чтобы подводить закрывающее усилие вплоть до конкретного порогового давления и подавать достаточный наддув в двигатель.
В полностью закрытом положении, клапан 206 перепускной заслонки входит в контакт с седлом 212 клапана, упираясь в седло клапана и плотно закрывая по текучей среде перепускную заслонку 200 от выпускного канала 46, чтобы газы, текущие через выпускной канал не поступали в перепускную заслонку. В этом положении, максимальный наддув может выдаваться в двигатель 10 в зависимости от других условий, таких как положения дросселей 21 и 23 по фиг. 1. Фиг. 2 также изображает область 214 низкого подъема, обозначающую область, в которой расстояние между клапаном 206 перепускной заслонки и седлом 212 клапана считается относительно небольшим, для множества положений (например, подъемов) клапана перепускной заслонки в этой области низкого подъема. В одном из примеров, область низкого подъема может быть нижними 25% полного подъема, имеющегося в распоряжении. В еще одном примере, она может быть диапазоном 0-30% полного подъема, имеющегося в распоряжении. В качестве используемого в материалах настоящего описания, «подъем» может равным образом указывать ссылкой на положение клапана перепускной заслонки относительно полностью закрытого. В еще одном примере, область 214 низкого подъема может продолжаться от верхней поверхности 216 седла 212 клапана до любой соответствующим образом определенной точки внутри камеры 207 и может измеряться от этой верхней поверхности до верхней поверхности клапана 206 перепускной заслонки. Например, область 214 низкого подъема может продолжаться от верхней поверхности 216 седла 212 клапана до высоты приблизительно в 20% от общей высоты камеры 207. Однако, будет понятно, что подходящие области низкого подъема могут быть определены на основании физических характеристик перепускной заслонки или определяться динамически на основании различных рабочих параметров. Область 214 низкого подъема является контрольной в способе 500, описанном ниже со ссылкой на фиг. 5, для повышения точности регулирования наддува.
Далее, с обращением к фиг. 3, показан еще один пример перепускной заслонки 300, которая может быть перепускной заслонкой 26 по фиг. 1. Как с электрической перепускной заслонкой 200, показанной на фиг. 2, перепускная заслонка 300 включена в состав вдоль участка выпускного коллектора 46, показанного на фиг. 1, и включает в себя клапан 302 перепускной заслонки, присоединенный к тяге 304 (например, цилиндрическому штоку). Перепускная заслонка 300, однако, является пневматической перепускной заслонкой, управляемой посредством находящейся под давлением текучей среды. По существу, тяга 304 присоединена к диафрагме 306, которая, в свою очередь, присоединена к смещающему элементу 308, который может быть смещающим элементом 210 по фиг. 2 или любым другим пригодным смещающим элементом. Смещающий элемент 308 может смещать клапан 302 перепускной заслонки и диафрагму 306 в любое подходящее положение - например, в полностью закрытое положение, полностью открытое положение или куда угодно между ними.
Для содействия пневматическому позиционированию клапана 302 перепускной заслонки, источник 310 текучей среды под давлением выдает переменные уровни текучей среды под давлением (например, находящегося под давлением воздуха) в первую камеру 312 перепускной заслонки 300 через первый канал 313. Находящаяся под давлением текучая среда, поступающая в первую камеру 312, действует на диафрагму 306, регулируя положение диафрагмы 306 и, таким образом, клапана 302 перепускной заслонки с достаточными давлениями. Когда клапан 302 перепускной заслонки находится в полностью закрытом положении (например, полностью упертым в седло 314 клапана и плотно перекрывающим по текучей среде газы, текущие через выпускной коллектор 46, от первой камеры 312), находящаяся под давлением текучая среда, подаваемая из источника 310 текучей среды под давлением в первую камеру, предоставляет механизм, посредством которого клапан 302 перепускной заслонки может начинать открываться. В других частично открытых положениях, однако, находящаяся под давлением текучая среда, подаваемая из источника 310 текучей среды под давлением, может объединяться с выхлопными газами, поступающими в первую камеру 312 из выпускного коллектора 46, чтобы позиционировать клапан 302 перепускной заслонки. Источник 310 текучей среды под давлением, например, может быть воздушным компрессором или источником всасываемого воздуха из двигателя 10 по фиг. 1. Хотя не показано, источник 310 текучей среды под давлением может включать в себя вакуумный регулятор и/или один или более клапанов для управления подачей находящейся под давлением текучей среды в первую камеру 312. Подобным образом, перепускная заслонка 300, по выбору, может включать в себя второй источник 316 текучей среды под давлением, выполненный с возможностью выдавать находящуюся под давлением текучую среду (например, воздух под давлением) во вторую камеру 318 в перепускной заслонке 300 через второй канал 320. Находящаяся под давлением текучая среда, подаваемая из этого источника во вторую камеру 318, может действовать на диафрагму 306 в направлении, противоположном направлению текучей среды, подаваемой в первую камеру 312. С включением вакуумного регулятора и/или одного или более клапанов во второй источник 316 текучей среды под давлением и/или второй канал 320, точное позиционирование клапана 302 перепускной заслонки может достигаться посредством сбалансированной подачи находящейся под давлением текучей среды в обе, первую и вторую камеры 312 и 318. Следует принимать во внимание, что подходящие модификации могут быть произведены в отношении перепускной заслонки 300, не выходя из объема раскрытия. Например, вентиляционное отверстие (не показано) может быть предусмотрено, чтобы дополнительно помогать регулированию давления в перепускной заслонке. Кроме того, датчик положения (не показан) может быть предусмотрен в перепускной заслонке 300 для содействия определению положения клапана 302 перепускной заслонки, как с датчиком 203 положения в перепускной заслонке 200.
Фиг. 3 также показывает область 322 низкого подъема, в которой расстояние между клапаном 302 перепускной заслонки и седлом 314 клапана считается относительно небольшим, для множества положений (например, подъемов) клапана перепускной заслонки в этой области низкого подъема. Как с областью 214 низкого подъема, показанной на фиг. 2, область 322 низкого подъема может продолжаться от верхней поверхности 324 седла 314 клапана до любой соответствующим образом определенной точки внутри первой камеры 312 и может измеряться от этой верхней поверхности до верхней поверхности клапана 302 перепускной заслонки. В качестве неограничивающего примера, область 322 низкого подъема может продолжаться от верхней поверхности 324 седла 314 клапана до высоты приблизительно 15% от суммарной высоты первой и второй камер 312 и 318. Область 322 низкого подъема может быть определена в качестве любой подходящей части суммарной высоты первой и второй камер 312 и 318, и может быть задана на основании физических характеристик перепускной заслонки 300 или определяться динамически на основании различных требуемых рабочих параметров.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ 400, который может выполняться контроллером двигателя (например, контроллером 12), для управления турбонагнетателем посредством перепускной заслонки (например, перепускных заслонок 200 и 300). В одном из примеров, способ управления турбонагнетателем двигателя посредством перепускной заслонки может содержать определение требуемого давления наддува и действующего давления наддува. Перепускная заслонка может регулироваться согласно разности между требуемым давлением наддува и действующим давлением наддува.
На 410, способ включает в себя определение требуемого наддува согласно условиям работы двигателя. Оцениваемые условия могут непосредственно измеряться датчиками, например, такими как датчики 112, 118, 120, 122, 123 и 134, и/или условия могут оцениваться по другим условиям работы двигателя. Оцениваемые условия могут включать в себя температуру хладагента двигателя, температуру моторного масла, массовый расход воздуха (MAF), давление в коллекторе (MAP), наддув (например, давление наддува с датчика 123), скорость вращения двигателя, скорость вращения холостого хода, барометрическое давление, требуемый водителем крутящий момент (например, с датчика 134 положения педали), температуру воздуха, скорость транспортного средства, и т.д.
Затем, на этапе 420, может определяться фактическое давление наддува. Действующий наддув может измеряться непосредственно по датчику, такому как датчик 123. Измерение может отправляться в контроллер 12 посредством сигнала давления наддува и сохраняться на машиночитаемом запоминающем носителе. В альтернативном варианте осуществления, действующее давление наддува может оцениваться на основании других рабочих параметров, таких как, например, на основании MAP и RPM.
Затем, на этапе 430, может определяться атмосферное давление. Например, атмосферное давление может измеряться по датчику MAP при запуске двигателя и/или оцениваться на основании условий работы двигателя, в том числе, MAF, MAP, положения дросселя, и т.д. Измерение может отправляться в контроллер 12 и сохраняться на машиночитаемом запоминающем носителе. В альтернативном варианте осуществления, атмосферное давление может оцениваться на основании других рабочих параметров.
Затем, на этапе 440, усилие приведения в действие перепускной заслонки может рассчитываться на основании перепада давления на перепускной заслонке, потока выхлопных газов, и/или угла клапана перепускной заслонки. Перепускная заслонка может регулироваться согласно усилию приведения в действие перепускной заслонки. Усилие приведения в действие перепускной заслонки может точно подходить к перепаду давления на перепускной заслонке. Например, усилие приведения в действие перепускной заслонки может использоваться в качестве входных данных в динамическую модель перепускной заслонки. Динамические характеристики перепускной заслонки могут отображать требуемое давление перепускной заслонки или требуемое положение клапана перепускной заслонки в относительную продолжительность времени включения перепускной заслонки для данного усилия приведения в действие перепускной заслонки, где сигнал относительной продолжительности времени включения формируется контроллером и отправляется на привод перепускной заслонки, чтобы регулировать усилие приведения в действие. Привод перепускной заслонки, например, может быть приводом 150 в перепускной заслонке 200 или вакуумным регулятором в перепускной заслонке 300. Отображение в относительную продолжительность времени включения перепускной заслонки может включать в себя использование справочных таблиц или расчет относительной продолжительности времени включения перепускной заслонки. Сигнал управления перепускной заслонкой (WGC) может включать в себя широтно-импульсную модуляцию посредством относительной продолжительности времени включения для регулировки перепускной заслонки. Требуемое давление перепускной заслонки или требуемое положение клапана перепускной заслонки, например, могут достигаться алгоритмами упреждающего управления, управления с обратной связью или другими алгоритмами управления.
Член компенсации может учитывать задержки привода перепускной заслонки. Дополнительно, член компенсации дополнительно может включать в себя регулировки, основанные на перемещении сдвоенных независимых кулачков, которые могут оказывать влияние на давление наддува. Например, по мере того, как впускной кулачок перемещается некоторым образом, который увеличивал бы давление наддува относительно атмосферного давления, величина члена компенсации может уменьшаться. Подобным образом, по мере того, как впускной кулачок перемещается некоторым образом, который уменьшал бы давление наддува относительно атмосферного давления, величина члена компенсации может увеличиваться.
Затем, на этапе 450, по выбору определяется положение, в котором клапан перепускной заслонки (например, клапаны 206, 302) полностью закрыт. Фиг. 5A и 5B показывают блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ 500 для определения положения, в котором клапан перепускной заслонки полностью закрыт. Способ 500, например, может использоваться для определения положения, в котором полностью закрыты клапаны 206, 302 перепускной заслонки.
Использование способа 500 основано на понимании, что тепловая деформация в перепускной заслонке, обусловленная высокими окружающими температурами, оказывает неблагоприятное влияние на управление перепускной заслонкой и, таким образом, точную подачу уровней наддува в двигатель. В электрической перепускной заслонке, такой как перепускная заслонка 200, тепловая деформация может побуждать тягу 204 удлиняться и сокращаться, привнося ошибку между определенным и фактическим положением клапана 206 перепускной заслонки. Подобным образом, с пневматической перепускной заслонкой, такой как перепускная заслонка 300, тепловая деформация в тяге 304 может привносить ошибку между определенным и фактическим положением клапана 302 перепускной заслонки. Авторы в материалах настоящего описания выявили, что, когда клапан перепускной заслонки расположен в пределах определенного расстояния от своего соответствующего седла клапана (например, в пределах области низкого подъема, такой как область 214 низкого подъема), и в некоторых условиях, подробнее описанных ниже, клапан перепускной заслонки может перемещаться на короткий, заданный период времени в полностью закрытое положение, не оказывая неблагоприятного влияния (например, перерегулирования/недорегулирования) на выходную мощность двигателя и не угрожая двигателю и другим компонентам, чтобы определять местоположение (или ориентацию/состояние другого компонента) полностью закрытого положения, когда требуется.
На этапе 502 способа, определяется, находится или нет клапан перепускной заслонки в области низкого подъема. Как описано выше, область низкого подъема может обозначать область, в которой расстояние между клапаном перепускной заслонки и его соответствующим седлом клапана (например, седлом 314 клапана) относительно мало для множества положений (например, подъемов) клапана перепускной заслонки в этой области низкого подъема. Например, область низкого подъема может иметь значение 20% от общей высоты камеры, в которой перемещается клапан перепускной заслонки. В некоторых вариантах осуществления, область низкого подъема может быть областью, которая может включать в себя положения, большие, чем нижнее пороговое значение, но меньшие, чем верхнее пороговое значение (например, между 10-20% максимального подъема). Область низкого подъема может быть задана на основании физических характеристик перепускной заслонки и двигателя, или может определяться динамически, чтобы максимальный подъем, из которого клапан перепускной заслонки может перемещаться в полностью закрытое положение, был возможен без оказания неблагоприятного влияния на выходную мощность двигателя. Датчик положения (например, датчик 203 положения), соответствующий перепускной заслонке, может использоваться для определения, находится ли клапан перепускной заслонки в области низкого подъема, если применимо. Если определено, что клапан перепускной заслонки не находится в области низкого подъема (Нет), нормальная работа перепускной заслонки возобновляется возвратом на этапе 460 способа 400. Если клапан перепускной заслонки находится в области низкого подъема (Да), способ переходит на этап 504.
Затем, на этапе 504, по выбору определяется, истекла ли пороговая продолжительность времени после предыдущего определения полностью закрытого положения. Здесь, неточное регулирование наддува, обусловленное тепловой деформацией, смягчается посредством стремления периодически определять полностью закрытое положение. Пороговая продолжительность времени может быть задана на основании средних изменений температуры для средних ездовых циклов, или может определяться динамически на основании различных рабочих параметров - например, посредством отслеживания изменений температуры на всем протяжении работы двигателя. Если пороговая продолжительность времени не истекла после предыдущего определения полностью закрытого положения (Нет), нормальная работа перепускной заслонки возобновляется возвратом на этапе 460 способа 400. Если пороговая продолжительность времени истекла (Да), способ переходит на этап 506.
Затем, на этапе 506, по выбору определяется, превысило ли изменение температуры пороговое значение после последнего определения полностью закрытого положения. Пороговое значение может быть задано на основании известных коэффициентов теплового расширения (например, соответствующих тяге клапана перепускной заслонки), чтобы изменения температуры, превышающие пороговое значение, вызывали повторное определение полностью закрытого положения, так как вероятно возникла значительная величина тепловой деформации. Если изменение температуры не превысило пороговое значение после последнего определения полностью закрытого положения (Нет), нормальная работа перепускной заслонки возобновляется возвратом на этапе 460 способа 400. Если изменение температуры превысило пороговое значение после последнего определения полностью закрытого положения (Да), способ переходит на этап 508.
С обращением к фиг. 5B, на этапе 508, определяется, является ли скорость изменения требуемого крутящего момента положительной или отрицательной. Если скорость изменения требуемого крутящего момента положительна, способ переходит на этап 510. В этом случае, больший уровень наддува может подаваться в двигатель, в каком случае, команды будут выдаваться на перепускную заслонку, чтобы перемещать клапан перепускной заслонки в направлении полностью закрытого положения. Так как, в этом примере, клапан перепускной заслонки уже будет перемещающимся в направлении полностью закрытого положения, условия работы могут быть в большей степени поддающимися перемещению в полностью закрытое положение. По существу, способ обрабатывает положительные скорости изменения требуемого крутящего момента иначе, чем отрицательные скорости изменения требуемого крутящего момента, и отдает преимущество первым над последними.
Затем, на этапе 510, определив, что скорость изменения требуемого крутящего момента положительна, определяется, превышает ли положительная скорость изменения требуемого крутящего момента первое пороговое значение. Если положительная скорость изменения требуемого крутящего момента превышает первое пороговое значение (Да), нормальная работа перепускной заслонки возобновляется возвратом на этапе 460 способа 400. Здесь, сценарии, в которых требование крутящего момента водителя, препятствующее определению полностью закрытого положения, не вызывают такое определение. Если, взамен, положительная скорость изменения требуемого крутящего момента не превышает первое пороговое значение (Нет), способ переходит на этап 514.
На этапе 512, определив, что скорость изменения требуемого крутящего момента отрицательна, определяется, превышает ли отрицательная скорость изменения требуемого крутящего момента второе пороговое значение. В противоположность сценарию, описанному выше, в котором скорость изменения требуемого крутящего момента положительна, здесь будут выдаваться команды на перепускную заслонку для перемещения клапана перепускной заслонки дальше от полностью закрытого положения. По существу, отрицательные скорости изменения требуемого крутящего момента могут быть менее благоприятными для определения полностью закрытого положения, так как меньшее время имеется в распоряжении для отхода от нормальной работы клапана перепускной заслонки. Таким образом, второе пороговое значение может быть меньшим, чем первое пороговое значение, с большим диапазоном положительных скоростей изменения требуемого крутящего момента, благоприятных для определения полностью закрытого положения, по сравнению с диапазоном отрицательных скоростей изменения требуемого крутящего момента, которые благоприятны для такого определения. Если второе пороговое значение превышено (Да), нормальная работа перепускной заслонки возобновляется возвратом на этапе 460 способа 400. Если второе пороговое значение не превышено (Нет), способ переходит на этап 514.
В некоторых случаях, скорость изменения требуемого крутящего момента может быть по существу равной нулю. Здесь, по меньшей мере часть статистических данных скорости изменения требуемого крутящего момента может оцениваться для определения результирующей положительной или отрицательной скорости изменения требуемого крутящего момента. Другие подходы могут предсказывать скорость изменения требуемого крутящего момента. В некоторых вариантах осуществления, способ может просто переходить на этапе 514 по определению скорости изменения требуемого крутящего момента, по существу равного нулю.
Затем, на этапе 514, определяется, превышает ли нагрузка двигателя (например, двигателя 10) пороговую нагрузку. Если пороговая нагрузка превышена (Да), нормальная работа перепускной заслонки возобновляется возвратом на этап 460 способа 400. Здесь, ситуации, для которых время, требуемое для перемещения клапана перепускной заслонки в полностью закрытое положение, является непомерно высоким, могут избегаться, как ситуации, в которых дальнейшее закрывание клапана перепускной заслонки представляло бы собой опасность для двигателя и его компонентов. В других вариантах осуществления, может определяться, превышает ли скорость вращения двигателя (например, в показателях скорости вращения в минуту) пороговую частоту. Если пороговая нагрузка не превышена (Нет), способ переходит на этап 516.
На этапе 516, определяется разность между текущим подъемом клапана перепускной заслонки и командным подъемом, отправленным на перепускную заслонку из контроллера (например, контроллера 12 на фиг. 1). Так как командный подъем, отправляемый из контроллера, может кодироваться в показателях параметра, связанного с приводом клапана перепускной заслонки, командный подъем может преобразовываться в положение клапана перепускной заслонки, например, посредством справочной таблицы. Несмотря на то, что, в некоторых сценариях, клапан перепускной заслонки может находиться в области низкого подъема, на клапан перепускной заслонки может выдаваться командный подъем, который соответствует подъему, значительно обособленному от его текущего подъема. Такое обособление может быть препятствующим для перемещения клапана перепускной заслонки в полостью закрытое положение за время, имеющееся в распоряжении, чтобы сделать это и по существу достичь командного подъема. Таким образом, на этапе 518, определяется, превышает ли разность между текущим подъемом и командным подъемом пороговой разности. Если пороговая разность превышена (Да), нормальная работа перепускной заслонки возобновляется возвратом на этап 460 способа 400. Если пороговая разность не превышена (Нет), способ переходит на этап 520.
На этапе 520, определяется время пребывания, в течение которого клапан перепускной заслонки может поддерживаться в полностью закрытом положении. Пребывание может определяться на основании по меньшей мере текущего подъема клапана перепускной заслонки и командного подъема, определенных на этапе 516, и физических характеристик перепускной заслонки. Время пребывания может выбираться, чтобы отдача (например, крутящий момент) двигателя и скорость вращения турбины не подвергались перерегулированию. Выбор времени пребывания таким образом может учитывать один или более рабочих параметров, в том числе, скорость изменения требуемого крутящего момента двигателя, как подробнее описано ниже. Например, время пребывания может уменьшаться по мере того, как скорость изменения требуемого крутящего момента возрастает. В качестве еще одного примера, время пребывания может определяться на основании разности между командой положения и текущим подъемом клапана перепускной заслонки.
Затем, на этапе 522, клапан перепускной заслонки перемещается в полностью закрытое положение не больше чем на продолжительность времени пребывания, определенного на этапе 520. Для некоторых сценариев, достаточное определение полностью закрытого положения может требовать перехода в полностью закрытое положение на значительную часть или всю полноту времени пребывания. Например, клапан перепускной заслонки может отскакивать от своего седла клапана после получения команды перейти в полностью закрытое положение. По существу, большее время необходимо, чтобы гарантировать контакт седла клапана и, таким образом, определение его местоположения. Следует принимать во внимание, что проверка, что полностью закрытое положение было достигнуто, может выполняться любым пригодным способом, включая контроль обратной связи привода (например, тока, подаваемого на электродвигатель в электрической заслонке), обратной связи с датчика положения клапана перепускной заслонки и уровней наддува. Здесь, может определяться текущее полностью закрытое положение, так как текущее полностью закрытое положение может быть отличным от полностью закрытого положения, определенного в предыдущий раз. Более того, другие данные могут быть связаны с определенным полностью закрытым положением, в том числе, один или более тепловых режимов (например, температура выхлопных газов) и время, в которое определено полностью закрытое положение. Групповые данные могут храниться в пригодной структуре данных в контроллере 12, чтобы давать указание доскональности определения полностью закрытого положения, как подробнее описано ниже со ссылкой на фиг. 8.
Таким образом, способ 500 предусматривает механизм, посредством которого неточное управление наддувом, обусловленное неопределенностью положения клапана перепускной заслонки, являющейся результатом тепловой деформации может смягчаться без неблагоприятного влияния на выходную мощность (например, крутящий момент) двигателя, и не подвергая опасности нормальную работу. В вариантах осуществления, которые используют регулирование по вспомогательному и основному контуру для управления уровнями наддува, подаваемыми перепускной заслонкой, относительно быстрая динамика регулирования по вспомогательному контуру может использоваться с выгодой для определения местоположения полностью закрытого положения (например, седла клапана) без неблагоприятных воздействий. Как описано выше, будет понятно, что определение местоположения полностью закрытого положения может соответствовать ориентации или состоянию привода, функционально присоединенного к перепускной заслонке, такой как ориентация вращающегося компонента в электродвигателе, приводящем в действие электрическую перепускную заслонку. Кроме того, способ 500 может регулироваться различными пригодными способами для достижения результатов, описанных выше. Например, способ может выполняться без последней подачи командного подъема контроллером двигателя, но по превышению одного или более из пороговых значений, описанных выше (например, времени, температуры, и т.д.).
Способ 500 может включать в себя дополнительные не показанные этапы. Конкретно, способ может указывать ухудшение характеристик считывания положения клапана перепускной заслонки. Если фактическое положение клапана перепускной заслонки (например, указываемое датчиком положения) не совпадает с определенным полностью закрытым положением на большее, чем пороговое значение ухудшения характеристик, в течение большей продолжительности времени, чем продолжительность времени пребывания, в течение которой клапан перепускной заслонки поддерживается в полностью закрытом положении, ухудшение характеристик, например, может указываться посредством индикатора приборной панели и/или установки диагностического кода.
D
D
Далее, с обращением к фиг. 6, показана многомерная характеристика 600, иллюстрирующая нагрузку двигателя, скорость вращения в минуту (RPM), требуемый крутящий момент (τ), скорость изменения требуемого крутящего момента (dτ/dt) и подъем клапана перепускной заслонки, все в качестве функций времени. Многомерная характеристика 600 может иллюстрировать примерный цикл вождения, например, для двигателя 10 в вариантах осуществления, для которых двигатель включает в себя перепускную заслонку 200 или 300 и выполняет способ 500 по фиг. 5.
D
Фиг. 6 подробно иллюстрирует моменты времени и области рабочих параметров, в которых, посредством выполнения способа 500 по фиг. 5, клапан перепускной заслонки перемещается в свое полностью закрытое положение, чтобы, тем самым, определять местоположение полностью закрытого положения. В первой области 602, рабочие параметры благоприятны для определения полностью закрытого положения. В частности, нагрузка, скорость вращения в минуту, требуемый крутящий момент и скорость изменения требуемого крутящего момента находятся в пределах приемлемых предельных значений для такого определения. Соответственно, как показано пунктирными линиями, подъем клапана перепускной заслонки уменьшается до нуля (например, приводится к его седлу клапана в полностью закрытое положение) на первое время пребывания. Условия, такие как команда увеличить подъем клапана перепускной заслонки, заканчивают определение полностью закрытого положения. Подобным образом, позже при работе двигателя 10, рабочие параметры благоприятны для повторного определения полностью закрытого положения во второй области 604. Здесь, время, разделяющее определение полностью закрытого положения в первой области 602 и второй области 604, превышает пороговое значение, вызывая повторное определение. В дополнение, рабочие параметры остаются благоприятными для поддержания клапана перепускной заслонки в полностью закрытом положении в течение второго времени пребывания, которое является относительно более длительным, чем первое время пребывания. Выход из определения полностью закрытого положения также проиллюстрировано. Несмотря на то, что рабочие параметры могут не делать необходимым такой выход, второе время пребывания является соразмерным для достаточного определения полностью закрытого положения. В других областях многомерной характеристики 600, рабочие параметры предотвращают определение полностью закрытого положения. Например, в областях до первой области 602, и между первой и второй областями 602 и 604, подъем клапана не может уменьшаться до нуля, например, вследствие больших подъемов клапана и высокого требуемого крутящего момента. В области 606, скорость изменения требуемого крутящего момента (dτ/dt) превышает верхний предел, предотвращая применение полностью закрытого состояния. В некоторых вариантах осуществления, по мере того, как эта скорость изменения возрастает, продолжительность времени пребывания, с которым клапан перепускной заслонки поддерживается в полностью закрытом состоянии, уменьшается. Расположение клапана перепускной заслонки в полностью закрытом состоянии и определение времени пребывания для поддержания клапана перепускной заслонки в полностью закрытом состоянии могут учитывать один или более рабочих параметров, описанных выше (например, скорость изменения требуемого крутящего момента двигателя).
Возвращаясь к фиг. 4, на этапе 460, перепускная заслонка может регулироваться согласно требуемому наддуву с учетом регулировок, произведенных на этапе 450, если определялось полностью закрытое положение. В некоторых примерах, требуемое давление наддува может использоваться в качестве входных данных в алгоритм упреждающего управления для регулировки положения перепускной заслонки. Алгоритм упреждающего управления может обрабатывать целевое давление перепускной заслонки или целевое положение клапана перепускной заслонки, которые могут использоваться в качестве входного сигнала во вспомогательные контуры управления.
В заключение, на этапе 470, ошибка наддува может рассчитываться в качестве разности между требуемым давлением наддува и действующим давлением наддува. Перепускная заслонка может регулироваться согласно обработанной ошибке давления наддува. Например, ошибка давления наддува может использоваться в качестве входного сигнала в алгоритм управления с обратной связью для расчета целевого давления перепускной заслонки, если требуется регулирование по давлению, или целевого положения клапана перепускной заслонки в пределах вспомогательного контура. Алгоритм управления может включать в себя член компенсации, как описано выше.
Определение полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки может выполняться для других условий работы, в том числе, тех, в которых требуется расположение клапана перепускной заслонки в полностью открытом положении. Фиг. 7 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ 700 для определения полностью закрытого положения клапана перепускной заслонки (например, клапанов 206, 302 перепускной заслонки), когда требуется полностью открытое положение. Клапаны 206 и 302 перепускной заслонки могут занимать полностью открытые положения, например, когда расположены в областях выше и за пределами областей 214 и 322 низкого подъема. Способ 400 по фиг. 4 может быть модифицирован, чтобы включать в себя способ 700 в качестве альтернативы или в дополнение к способу 500 по фиг. 5.
На этапе 702 способа 700, определяется, требуется ли полностью открытое положение клапана перепускной заслонки. Командный подъем, отправляемый контроллером двигателя (например, контроллером 12 по фиг. 1), может оцениваться для выполнения такого определения. Если командный подъем соответствует полностью открытому положению, определяется, что требуется полностью открытое положение (Да), и способ переходит на этап 704. Если полностью открытое положение не требуется (Нет), возобновляется нормальная работа перепускной заслонки, например, посредством возврата на этапе 460 способа 400.
На этапе 704, определяется, дросселирован ли поток текучей среды (например, поток всасываемого воздуха) выше по потоку от компрессора турбонагнетателя (например, компрессора 60). Поток текучей среды выше по потоку от компрессора турбонагнетателя может оцениваться на основании сигналов, выдаваемых датчиком массового расхода воздуха, например, таким как датчик 120 на фиг. 1. Если поток текучей среды дросселирован в этой области, перемещение клапана перепускной заслонки в направлении полностью закрытого положения не будет повышать уровни наддува, подаваемые в двигатель (например, двигатель 10), или получающиеся в результате выходную мощность/крутящий момент двигателя. По существу, если поток текучей среды дросселирован выше по потоку от компрессора (Да), способ 700 переходит на этап 708. Если поток текучей среды не дросселирован выше по потоку от компрессора (Нет), способ переходит на этап 706.
На этапе 706 определяется, происходит ли событие прекращения подачи топлива при замедлении (DFCO). Оценка текущих условий топливоснабжения, например, может включать в себя контроль сигналов FPW, выдаваемых контроллером 12 на фиг. 1. Здесь, условия, такие как замедление транспортного средства, вызывают прекращение подачи топлива в цилиндры двигателя (например, цилиндры 30 двигателя 10 на фиг. 1). В этом случае, повышения уровня наддува, подаваемого в двигатель, не будут приводить к повышениям выходной мощности/крутящего момента двигателя. По существу, клапан перепускной заслонки может перемещаться в полностью закрытое положение, не оказывая неблагоприятное влияние на работу двигателя (например, перерегулирование крутящего момента двигателя). Соответственно, если определено, что происходит событие DFCO (Да), способ переходит на этап 708. Если событие DFCO не происходит (Нет), возобновляется нормальная работа перепускной заслонки, например, посредством возврата на этап 460 способа 400.
На этапе 708, время пребывания, с которым клапан перепускной заслонки может поддерживаться, чтобы изучать полностью закрытое положение, определяется, как описано выше.
Затем, на этапе 710, клапан перепускной заслонки перемещается в и поддерживается в полностью закрытом положении не больше, чем в течение времени пребывания, как описано выше, или до тех пор, пока положение клапана перепускной заслонки не оказывает влияние на выходную мощность двигателя, что в проиллюстрированном варианте осуществления происходит, когда заканчивается событие DFCO, или когда поток текучей среды больше не дросселируется выше по потоку от компрессора турбонагнетателя. Таким образом, в некоторых сценариях, клапан перепускной заслонки поддерживается в полностью закрытом положение меньше, чем в течение определенного времени пребывания.
В заключение, на этапе 712, полностью закрытое положение, определенное на этапе 710, связывается с одним или более тепловых режимов и, например, сохраняется в ОЗУ 108 и/или KAM 110 контроллера 12 на фиг. 1. Один или более тепловых режимов могут включать в себя показание с датчика температуры, такого как датчик 112 двигателя 10, хотя могут учитываться показания с других датчиков, так же как оценки температуры поблизости от клапана перепускной заслонки (например, температуры выхлопных газов). Время, в которое изучается полностью закрытое положение, дополнительно может связываться с определенным полностью закрытым положением и связанными одним или более тепловых режимов, из условия, чтобы обеспечивалось указание частоты определения полностью закрытого положения для конкретных тепловых режимов, как подробнее описано ниже. Вслед за 712, возобновляется нормальная работа перепускной заслонки, например, посредством возврата на этап 460 способа 400.
Далее, с обращением к фиг. 8, имеет место отображение 800, которое может быть сформировано на основании множества определенных полностью закрытых положений и связанных данных, в том числе, одного или более тепловых режимов, которые, в этом примере, включают в себя температуру (например, температуру выхлопных газов) и время, в которое определены полностью закрытые положения, в этом примере проиллюстрированного штриховкой. В частности, отображение 800 включает в себя первую группу 802 положений, определенных относительно недавно для относительно высокого диапазона температур, вторую группу 804 положений, определенных раньше первой группы 802 по отношению к среднему диапазону температур, и третью группу 806 положений, определенных раньше второй группы 804 по отношению к началу работы двигателя в относительно низком диапазоне температур. Отображение 800 дает структуру, пригодную для хранения как текущих определенных полностью закрытых положений, таки исторических полностью закрытых положений (например, полностью закрытых положений, определенных раньше текущего определенного полностью закрытого положения). Отображение 800 также может давать указание частоты определения полностью закрытого положения. Например, области, в которых определение полностью закрытых положений не происходило или происходило не часто, могут определяться посредством доступа к отображению 800. В проиллюстрированном примере, определение полностью закрытых положений не происходило в областях 808 и 810. Чтобы максимизировать определение полностью закрытых положений и гарантировать, что определение выполняется по существу по всему диапазону условий работы двигателя (например, температур), контроллер двигателя (например, контроллер 12) может включать в себя команды, выполняемые, чтобы предпочтительно планировать определение полностью закрытых положений для областей, в которых происходило не частое или не происходило определение, таких как области 808 и 810. Определение полностью закрытого положения для конкретной области может вызываться, например, если превышена пороговая продолжительность времени после предыдущего определения.
Более точно, определение полностью закрытого положения может выполняться на основании времени после того, как определение происходило последний раз. Так как третья группа 806 положений обозначает самое давнишнее определение на отображении 800, приоритет может отдаваться определению полностью закрытого положения в этой области. В некоторых подходах, области 808 и 810 могут заниматься на основании приблизительно определенных положений. Например, эти области могут заниматься посредством экстраполяции положений, определенных в других окружающих областях (например, область 808 может заниматься посредством экстраполяции определенных положений в группах 802 и 804). Следует принимать во внимание, однако, что описанные функциональные возможности отображения 800 могут обеспечиваться другими пригодными структурами данных. Например, справочная таблица может кодировать связанные с определенными положениями данные, в том числе, время определения и температуру.
Следует отметить, что примерные способы управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные способы, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машиночитаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.