СИСТЕМА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Уровень техники
Для повышения эффективности использования топлива в двигателе и сокращения вредных выхлопов в атмосферу может быть использована рециркуляция отработавших газов (EGR). Также для увеличения экономии топлива автопроизводители используют внешнюю рециркуляцию выхлопных газов. EGR повышает экономичность топлива путем уменьшения потерь на прокачивание при частично открытом дросселе (т.е. EGR может уменьшить работу двигателя по прокачиванию путем увеличения давления во впускном коллекторе). Кроме того, путем добавления охлажденных рециркулированных выхлопных газов можно снизить вероятность самопроизвольного воспламенения в системе с искровым зажиганием.
Система EGR направляет выхлопные газы из выпускного коллектора во впускной коллектор через клапана-регулятора потока, установленный по пути прохождения EGR между выпускным и впускным коллекторами. Таким образом, в топливовоздушную смесь добавляются выхлопные газы. Количество EGR может быть рассчитано контроллером на основании значения абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) и перепада давлений, измеренного на фиксированной диафрагме расходомера, расположенной ниже по потоку от клапана-регулятора потока. На основании данных о количестве EGR можно оценить воздушный заряд цилиндра, а затем отрегулировать впрыск топлива для управления воздушно-топливным соотношением.
Пример способа оценки потока EGR и воздуха раскрыт в патенте США №6944530 (Рассел и др.), опубл. 08.04.2004, который может быть выбран в качестве ближайшего аналога полезной модели. В данном способе используют датчик давления в коллекторе, который измеряет давление ниже по потоку от диафрагмы, и один датчик абсолютного давления для измерения давления выше по потоку от диафрагмы. На основании вычисленной разности давлений на диафрагме определяется расход EGR, после чего можно оценить воздушный заряд цилиндра.
Однако было обнаружено, что описанный способ имеет потенциальные недостатки. В одном примере в вышеуказанном способе применяется два различных датчика для измерения MAP и разности давлений на диафрагме. Такой принцип работы может привести к тому, что датчик V будет установлен далеко от требуемого места измерения во впускном коллекторе (что приведет к возникновению возможной неточности показаний MAP), или к тому, что для установки датчик MAP придется использовать измерительную трубку, расположенную в удаленном месте (что приведет к задержке измерения MAP). В одном примере ошибка в определении концентрации EGR может возникнуть из-за задержки между сигналом MAP и сигналом разности давлений EGR. Переходная ошибка в определении массы EGR может привести к ошибкам в оценке массы воздуха. Это, в свою очередь, может привести к ошибкам в управлении впрыском топлива и регулировании воздушно-топливного соотношения, именно в момент, когда необходима точная оценка массы EGR (в связи с задержкой сигнала от датчика воздушно-топливного соотношения, указывающего на эти переходные ошибки).
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является уменьшение вероятности ошибки при определении массы воздуха в системе двигателя с рециркуляцией выхлопных газов, получение более точного значения массы EGR, и, в результате, улучшенное управление воздушно-топливным соотношением.
В одном примере указанный эффект может быть обеспечен с помощью системы для рециркуляции выхлопных газов, которая включает в себя впускной коллектор, канал рециркуляции выхлопных газов, соединенный с впускным коллектором, который имеет клапан рециркуляции выхлопных газов, а также корпус датчика, соединенный непосредственно с впускным коллектором и имеющий чувствительный элемент для измерения абсолютного давления и чувствительный элемент для измерения дифференциального давления, которые имеют общее соединение с впускным коллектором.
Система может содержать диафрагму, которая расположена ниже по потоку от клапана, причем чувствительный элемент для измерения дифференциального давления соединен с областью выше по потоку от диафрагмы с помощью отдельного соединения, где общее соединение включает в себя внутренний коллектор, расположенный внутри корпуса датчика, соединяющего чувствительный элемент для измерения абсолютного давления с чувствительным элементом для измерения дифференциального давления, а внутренний коллектор имеет по крайней мере один канал, сообщающийся с внутренней частью впускного коллектора.
Отдельное соединение может быть расположено на противоположной стороне корпуса датчика по отношению к общему соединению.
Корпус датчика и впускной коллектор могут быть изготовлены из пластмассы, а корпус датчика может быть установлен во впускном коллекторе посредством герметизированного отверстия и внешнего крепежа.
Система может дополнительно включать в себя контроллер с машиночитаемыми инструкциями для определения количества рециркулирующих выхлопных газов на основании выходных данных чувствительных элементов для измерения абсолютного давления и дифференциального давления, а также для определения потока воздуха на основании выходных данных чувствительного элемента для измерения абсолютного давления и количества рециркулирующих выхлопных газов.
Чувствительный элемент для измерения абсолютного давления и чувствительный элемент для измерения дифференциального давления могут использовать общую камеру давления, соединенную с впускным коллектором на первой стороне подложки внутри корпуса датчика.
Чувствительный элемент для измерения дифференциального давления может быть соединен с областью выше по потоку от клапана с помощью отдельного соединения; причем общее соединение включает в себя внутренний коллектор, расположенный внутри корпуса датчика, соединяющего чувствительный элемент для измерения абсолютного давления с чувствительным элементом для измерения дифференциального давления, а внутренний коллектор имеет по крайней мере одно проходное отверстие, соединенное с внутренней частью впускного коллектора.
Корпус датчика может заключать в себе внутренний коллектор, сообщающийся с впускным коллектором, первый и второй отдельные чувствительные элементы для измерения давления, проходное отверстие, соединяющее второй чувствительный элемент с системой рециркуляции выхлопных газов (EGR) с помощью канала, а также контроллер, на котором хранятся инструкции по регулированию клапана EGR для управления потоком рециркулирующих выхлопных газов на основании выходного сигнала от первого и второго чувствительных элементов.
Проходное отверстие может быть расположено на стороне, противоположной второму чувствительному элементу относительно внутреннего коллектора.
Второй чувствительный элемент может представлять собой чувствительный элемент для измерения дифференциального давления, а первый чувствительный элемент может представлять собой чувствительный элемент для измерения абсолютного давления.
Проходное отверстие может соединять второй чувствительный элемент с системой EGR посредством канала выше по потоку от диафрагмы, причем диафрагма расположена ниже по потоку от клапана EGR.
Внутренний коллектор может сообщаться с впускным коллектором посредством соединения, расположенного между первым и вторым чувствительными элементами, ближе к первому чувствительному элементу.
Первый и второй чувствительные элементы могут быть расположены на общей плате внутри корпуса датчика, где корпус датчика представляет собой единый корпус, установленный непосредственно во впускном коллекторе.
Внутренний коллектор между первым и вторым чувствительными элементами может быть выполнен изогнутым, причем вогнутая сторона направлена от первого и второго чувствительных элементов в сторону впускного коллектора.
Поперечное сечение внутреннего коллектора может быть одинаковым по всему изгибу.
Первый и второй чувствительные элементы могут быть расположены на расстоянии друг от друга на противоположных концах изгиба.
В другом варианте корпус датчика может включать в себя внутренний коллектор, сообщающийся с внутренней частью впускного коллектора, первый чувствительный элемент для дифференциального давления и второй чувствительный элемент для абсолютного давления, а также соединение, проходящее только между чувствительным элементом для измерения дифференциального давления и системой рециркуляции выхлопных газов выше по потоку от измерительной диафрагмы. При этом система также может включать в себя контроллер с сохраненными в памяти машиночитаемыми инструкциями, включая инструкции по регулированию клапана системы рециркуляции выхлопных газов на основании выходных данных от первого чувствительного элемента и второго чувствительного элемента. Контроллер также может содержать инструкции по регулированию количества топлива на основании данных от первого и второго чувствительных элементов.
Система также может включать в себя плату, расположенную внутри корпуса датчика, и на которой установлены первый и второй чувствительные элементы, причем внутренний коллектор соединен с первой стороной платы, а указанное соединение выполнено на второй, противоположной стороне платы. Внутренний коллектор может быть выполнен изогнутым.
Таким образом, за счет установки датчика дифференциального давления и датчика абсолютного давления в одном блоке, имеющем общую камеру давления, внутри которой и происходит измерение абсолютного давления, любые изменения в абсолютном давлении в коллекторе (MAP) приведут к мгновенному изменению дифференциального давления, что исключает задержку между сигналом MAP и сигналом дифференциального давления. Также при помещении комбинированного датчика непосредственно во впускной коллектор можно исключить использование одиночного датчика дифференциального давления, дополнительного электрического соединения и механизма крепления датчика, что позволит снизить стоимость.
Необходимо понимать, что приведенное выше раскрытие полезной модели предназначено для упрощенного изложения концепции предложенного решения, которая будут далее рассмотрена более подробно. Такое раскрытие не идентифицирует ключевые или основные особенности полезной модели, область применения которого однозначно определена формулой полезной модели. Кроме того, полезная модель не ограничивается вариантами осуществления, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели далее поясняется на примерах предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На Фиг. 1 изображено схематическое изображение камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания.
На Фиг. 2 представлено схематическое изображение вида сбоку комбинированного датчика.
На Фиг. 3 изображено схематическое изображение вида сверху комбинированного датчика.
На Фиг. 4 изображена функциональная схема комбинированного датчика.
На Фиг. 5 представлена схема, иллюстрирующая положение комбинированного датчика.
На Фиг. 6 изображена блок-схема регулирования давления рециркулирующих выхлопных газов с обратной связью.
На Фиг. 7 представлена логическая схема процесса, описывающая способ оценки массы воздуха.
Осуществление полезной модели
Представлены способы и системы для уменьшения ошибки оценки массы воздуха в системе двигателя (например, система двигателя с Фиг. 1), в которых используют соотношение между скоростью и плотностью и стратегии рециркуляции выхлопных газов в условиях переходного и установившегося режимов. Модуль комбинированного датчика, описанный со ссылкой на Фиг. 2 и 3, может быть применен в системе двигателя с Фиг. 1, как описано со ссылкой на Фиг. 4-5, для уменьшения ошибок при оценке массы рециркуляции выхлопных газов. Также для контроля потока рециркуляции выхлопных газов может быть использован механизм регулирования с обратной связью, как изображено на схеме с Фиг. 6. Контроллер, аналогичный показанному на Фиг. 1, может выполнять программу, аналогичную показанной на Фиг. 7, для определения массы воздуха на основании массы EGR с помощью комбинированного датчика с Фиг. 2-5 и механизма с Фиг. 6.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение одного из цилиндров многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания, который может входить в движительную систему автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также с помощью входных сигналов, направляемых водителем 132 транспортного средства с помощью устройства 130 ввода данных. В данном примере устройство 130 ввода данных представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали, который генерирует пропорциональный сигнал положения педали PP. Камера сгорания 30 (цилиндр) двигателя 10 может иметь стенки 32 с расположенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства с помощью системы трансмиссии. Кроме того, для запуска двигателя 10 к коленчатому валу 40 может быть с помощью маховика подключен пусковой мотор.
В камеру 30 сгорания воздух поступает из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а газообразные продукты сгорания выводятся через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 выборочно сообщаются с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах камеры 30 сгорания могут иметь по два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
В данном примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут работать с приводом от кулачка при помощи систем 51 и 53 кулачкового привода соответственно. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут приводиться в действие одним или несколькими кулачками и использовать одну или несколько систем, выбранных из систем переключения профиля кулачка (CPS), изменяемой синхронизации кулачка (VCT), изменяемой фазы газораспределения (VVT) и/или изменяемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапана. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено соответствующими датчиками 55 и 57 положения клапанов. В альтернативных вариантах выполнения впускной клапан 52 и/или и выпускной клапан 54 могут иметь электромагнитное управление. Например, цилиндр 30 может в качестве альтернативы содержать впускной клапан, регулируемый через электрическое срабатывание клапана, и выпускной клапан, регулируемый через срабатывание кулачка, включая CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой 30 сгорания для подачи топлива непосредственно внутрь камеры пропорционально ширине импульса сигнала (FPW), полученного от контроллера 12 через электронный привод 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивают так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена на стенке или в верхней части камеры сгорания. Топливо подается к топливной форсунке 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показаны). В качестве альтернативы или дополнения в некоторых вариантах реализации камера 30 сгорания может иметь топливную форсунку, расположенную во впускном канале 42 и имеющую такую конфигурацию, которая обеспечивает впрыск топлива во впускные каналы выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом отдельном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого на электродвигатель или исполнительный механизм, содержащийся в дросселе 62. Такую конфигурацию принято называть электронным управлением положения дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 62 может использоваться для варьирования потока впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. Информация о положении дроссельной заслонки 64 может передаваться контроллеру 12 при помощи сигнала положения дросселя ТР. Впускной коллектор 42 может содержать датчик 120 расхода воздуха (MAF) для передачи соответствующих сигналов MAF контроллеру 12.
Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру сгорания 30 через свечу 92 зажигания в соответствии с сигналом опережения зажигания SA от контроллера 12 в выбранных рабочих режимах. Несмотря на то, что показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера сгорания 30 или одна или более камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия с искрой зажигания или без искры.
Датчик 126 выхлопных газов показан подключенным к выпускному каналу 48 выше по потоку устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик, пригодный для получения информации о топливно-воздушном коэффициенте выхлопных газов, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), бистабильный датчик кислорода или EGO, датчик HEGO (подогреваемый EGO), датчик NOx, датчик углеводородов или датчик СО. Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 выхлопных газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушку NOx, другое устройство снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может периодически перезапускаться за счет работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя при определенном воздушно-топливном коэффициенте.
Далее в описанных вариантах система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может отводить требуемую часть выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 140 системы EGR. В двигателе с турбонаддувом система EGR может представлять собой систему высокого давления (из участка выше по потоку от турбины в участок ниже по потоку от компрессора) или систему низкого давления (из участка ниже по потоку от турбины в участок выше по потоку от компрессора). Контроллер 12 может изменять объем газов EGR во впускной канал 44 посредством клапана 142 системы EGR. Кроме того, во впускном коллекторе может быть расположен комбинированный датчик 144, который может быть соединен с каналом EGR. Комбинированный датчик 144 может обеспечивать индикацию одного или нескольких давлений, температуры и концентрации выхлопных газов. Подробное описание для комбинированного датчика представлено ниже со ссылкой на Фиг. 2-4. В некоторых примерах датчик 144 может иметь чувствительный элемент для измерения абсолютного давления в коллекторе (MAP) и чувствительный элемент для измерения дифференциального давления (DP), а также чувствительный элемент для измерения температуры в коллекторе. Чувствительный элемент для измерения MAP может регистрировать абсолютное давление коллектора и передавать сигнал MAP контроллеру 12. Чувствительный элемент для измерения DP может регистрировать падение давления на диафрагме 141 регулирования расхода EGR, расположенной ниже по потоку от клапана EGR, который совместно с MAP может обеспечивать индикацию количества EGR. Чувствительный элемент для измерения DP может передавать сигнал DP на диафрагме EGR контроллеру 12. В некоторых примерах диафрагма 141 регулирования расхода может быть расположена выше по потоку от клапана-регулятора 142 потока EGR или ниже по потоку от клапана 142, как показано на фигуре. Датчик 144 может быть соединен с каналом EGR выше по потоку от диафрагмы регулирования расхода EGR с помощью соединителя 143, установленного выше по потоку. Датчик 144 может регистрировать давление выше по потоку от диафрагмы 141 посредством соединителя 143, установленного выше по потоку. В некоторых примерах дополнительный датчик может регистрировать положения клапана EGR для индикации изменения проходного сечения клапана на основании команд от контроллера 12, и, тем самым, обеспечивать регулировку с обратной связью для контроля положения клапана.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (10), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (КАМ) и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, необходимых для эксплуатации двигателя 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие данные: измерение массового расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 120 расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, прикрепленного к рукаву 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дроссельной заслонки; абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP), и дифференциальное давление (DP) от комбинированного датчика 144. Сигнал частоты вращения двигателя (RPM, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Необходимо отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может производить заданное количество равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала.
Запоминающее устройство 106 ROM носителя данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые процессором 102.
Как было описано выше, на Фиг. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, но каждый цилиндр может аналогичным образом включать в себя собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, систему зажигания и т.д.
Таким образом, система двигателя с Фиг. 1 позволяет регистрировать сигналы MAP и DP с помощью одного комбинированного датчика, описанного более подробно со ссылкой на Фиг. 2 и 3.
На Фиг. 2 и 3 представлен пример модуля 20 для комбинированного датчика 144, который можно использовать для определения количества рециркулирующих выхлопных газов (EGR), например, массовый расход EGR на основании измеренного абсолютного давления во впускном коллекторе и дифференциального давления на диафрагме EGR. В соответствии с настоящим описанием массу EGR можно использовать для определения массы воздуха для контроля воздушно-топливного соотношения. Представленный комбинированный датчик можно применить для более точного определения массы EGR, что может привести к повышению точности оценки массы воздуха и, следовательно, к увеличению экономии топлива.
На Фиг. 2 представлен вид сбоку модуля 20 комбинированного датчика, который вставлен во впускной коллектор 44 и закреплен на его стенке 221 ниже по потоку от дросселя (не показан). Модуль 20 может иметь внешний корпус 202. Модуль также может иметь панель 204, которая может включать в себя, по крайней мере, печатную плату, один или несколько источников питания и множество электрических соединений (не показаны). Внутренний корпус 208 коллектора может быть закреплен на задней панели 206, соединенной с панелью 204. Для установки внутреннего корпуса 208 коллектора в паз 212, расположенный на задней панели 206, может быть использована прокладка 210. Внутренний корпус 208 коллектора может иметь конфигурацию, образующую камеру 214 давления. В одном примере внутренний корпус 208 коллектора может быть изогнут в сторону впускного коллектора, при этом одна сторона изгиба имеет вогнутую поверхность, а противоположная сторона изгиба имеет соответствующую выпуклую поверхность для формирования относительно равномерного поперечного сечения вдоль изгиба. Выпуклая поверхность может быть расположена ближе к впускному коллектору по сравнению с вогнутой поверхностью, а также может иметь одно или несколько соединений 216, соединяющих камеру 214 давления с впускным коллектором. Одно или несколько соединений могут быть параллельными, при этом внутреннее соединение имеет продолговатое сечение, а два внешних соединения имеют меньшие по размеру круглые сечения.
Внутренний корпус 208 коллектора может иметь два конца, каждый из которых имеет кривую форму, имеющую выпуклую поверхность. Два изогнутых конца внутреннего корпуса 208 коллектора могут быть повернуты к стороне модуля, противоположной к стороне рядом с впускным коллектором (т.е. к верхней стороне модуля). Кроме того, два конца внутреннего корпуса коллектора могут быть расположены на том же уровне относительно впускного коллектора и могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга, которое зависит от длины внутреннего корпуса 208 коллектора. В качестве альтернативы внутренний корпус может представлять собой горизонтальный цилиндр или может иметь U-образную или другую форму, позволяющую обеспечить равномерное распределение давления по камере.
Как было отмечено выше, камера 214 давления может иметь прямое или непрямое соединение с впускным коллектором с помощью одного или нескольких соединителей 216. В одном примере соединителей может быть три, каждый из которых параллельно соединяет камеру давления с впускным коллектором. Один или несколько соединителей могут быть расположены со смещением относительно центра коллектора между концами внутреннего корпуса коллектора, ближе к чувствительному элементу 226 для измерения MAP, чем к чувствительному элементу 228 для измерения DP. Два из трех соединителей могут иметь одинаковое сечение, а третий соединитель может иметь сечение, отличающееся от сечения двух других соединителей. Третий соединитель может быть расположен так, чтобы по бокам от него находились соединители, имеющие одинаковое сечение. Кроме того, все три соединителя могут быть разными по высоте. В другом примере может быть предусмотрен один соединитель, соединяющий камеру давления с впускным коллектором.
Один конец соединителей 216 может напрямую выходить в камеру 214 давления. В представленном примере противоположные концы соединителей 216 могут выходить в соединитель 218 коллектора, соединенный напрямую с впускным коллектором. В другом примере противоположные концы соединителей 216 могут выходить напрямую во впускной коллектор. Соединители 216 могут быть частично расположены внутри корпуса 220 соединителя. Аналогичным образом соединитель 218 коллектора может быть частично расположен внутри корпуса 222 коллектора. Каждый соединитель может иметь одинаковую ширину от одного конца до другого конца, обеспечивая беспрепятственное прохождение газов между камерой давления и впускным коллектором. Для соединения корпуса 220 соединителя и корпуса 222 коллектора может быть использован уплотнитель 224.
Чувствительный элемент 226 для измерения MAP и чувствительный элемент 228 для измерения DP, установленные на плате 204, могут сообщаться напрямую с камерой 214 давления при помощи отверстий в плате 206. Например, чувствительный элемент 226 для измерения MAP может быть непосредственно сообщаться с чувствительным элементом 228 для измерения DP через камеру 214 давления. Каждый чувствительный элемент может быть расположен на конце изогнутого корпуса 208 или рядом с ним. Также необходимо обеспечить расположение чувствительных элементов на одном уровне с впускным коллектором. Чувствительные элементы для измерения MAP и DP могут быть установлены на платформы 232 и 230 соответственно внутри камеры давления. Чувствительные элементы для измерения MAP и DP могут иметь электрическое соединение с панелью 204. За счет расположения чувствительных элементов в одной камере давления можно уменьшить задержку в измерении давления между различными чувствительными элементами. Путем уменьшения задержки в определении давления чувствительными элементами можно получить более точное значение массы EGR.
В одном примере чувствительный элемент 226 для измерения MAP может быть выполнен с возможностью определять абсолютное давление коллектора. В другом примере чувствительный элемент для измерения MAP также может представлять собой датчик температуры/абсолютного давления коллектора (T-MAP), а также датчик абсолютного давления коллектора может регистрировать температуру во впускном коллекторе. Сигнал MAP от чувствительного элемента для измерения MAP можно использовать для индикации вакуума во впускном коллекторе. В процессе действия датчик MAP может обеспечить индикацию крутящего момента двигателя. Далее этот датчик наряду с определяемой скоростью двигателя может предоставить оценку заряда (вместе с воздухом), поступающего в цилиндр.
Чувствительный элемент для измерения DP может представлять собой проходное отверстие 234 для DP, расположенное выше по потоку, содержащее чувствительный элемент для измерения DP выше по потоку (см. также Фиг. 3), и проходное отверстие DP, расположенное ниже по потоку, содержащее чувствительный элемент 228 для измерения DP ниже по потоку. Проходное отверстие 234 DP выше по потоку может быть расположено на противоположной стороне от отверстия DP ниже по потоку. Проходное отверстие 234 DP выше по потоку может быть выполнено с возможностью регистрировать сигнал DP выше по потоку от диафрагмы EGR. Аналогичным образом проходное отверстие DP ниже по потоку может быть выполнено с возможностью регистрировать сигнал давления ниже по потоку от диафрагмы EGR вместе с чувствительным элементом для измерения MAP через внутренний корпус 208 коллектора. Таким образом, чувствительный элемент для измерения DP может получать сигналы давления выше и ниже по потоку, а дифференциальное давление на диафрагме EGR может быть определено на основании разницы между этими сигналами.
Чувствительный элемент 226 для измерения MAP может быть расположен рядом с чувствительным элементом для измерения DP ниже по потоку так, что сигнал MAP будет практически равен сигналу DP ниже по потоку. В результате на чувствительном элементе для измерения MAP и на чувствительном элементе для измерения DP ниже по потоку практически одновременно создается давление в коллекторе (так что ошибка из-за запаздывания между ними будет меньше, чем разрешающая способность чувствительных элементов) за счет общей камеры 214 давления. Следовательно, внутри камеры 214 давления могут быть зарегистрированы сигнал MAP и сигнал DP ниже по потоку. За счет близкого расположения мест регистрации сигнала MAP и сигнала DP ниже по потоку в одной камере давления может быть уменьшено влияние объема коллектора, особенно при переходных режимах эксплуатации двигателя. В конечном счете, можно уменьшить ошибки в определении массы EGR.
Модуль 20 датчиков, изображенный в примере, является прямоугольным. В других примерах модуль может быть квадратным, круглым или может иметь другую форму, которая позволяет расположить чувствительные элементы рядом с общей камерой давления.
Таким образом, при размещении чувствительного элемента для измерения MAP и чувствительного элемента для измерения DP ниже по потоку в общей камере давления для измерения давления во впускном коллекторе, можно уменьшить любые задержки между сигналом MAP и сигналом DP. В результате может быть более точно определена масса EGR. В конечном счете, может быть получено более точное значение массы воздуха для улучшения регулировки воздушно-топливного соотношения и подачи топлива.
На Фиг. 3 изображено схематическое представление вида сверху комбинированного датчика. Как было сказано выше со ссылкой на Фиг. 2, модуль 20 комбинированного датчика может быть вставлен во впускной коллектор через корпус соединителя, состоящий из соединителей 216 и соединенный с корпусом коллектора. Также изображена монтажная стойка 316, жестко соединенная с корпусом 220 и имеющая захват для вставки крепежа. Крепеж может быть соединен с впускным коллектором для фиксации датчика. Также описанные компоненты комбинированного датчика могут быть расположены внутри внешнего корпуса 202, как было описано со ссылкой на Фиг. 2. Камера 214 давления, которая находится во внутреннем корпусе 208 коллектора (как на Фиг. 2), может быть расположена на задней панели 206 панели 204. Панель 204 может представлять собой печатную плату и может иметь верхнее проходное отверстие 234 DP, корпус 304, соединитель 143, расположенный выше по потоку, один или несколько источников питания (не показан), чувствительный элемент 310 для измерения DP выше по потоку, и один или несколько обрабатывающих элементов (не показан). Также панель 204 может содержать часть 312 чувствительного элемента 226 для измерения MAP.
Проходное отверстие 234 DP выше по потоку, может находиться на противоположной стороне относительно чувствительного элемента 228 для измерения DP ниже по потоку. Проходное отверстие DP выше по потоку может быть экранировано от сигналов датчика давления, приходящих от камеры 214 давления. Чувствительный элемент 310 DP выше по потоку может находиться внутри проходного отверстия DP выше по потоку, который может быть подключен с соединителем 143 выше по потоку с областью, находящейся выше по потоку от диафрагмы EGR и ниже по потоку от клапана EGR. Проходное отверстие DP выше по потоку может находиться внутри корпуса 304 так, чтобы регистрировать только сигнал от датчика, расположенного выше по потоку от диафрагмы (например, проходное отверстие DP выше по потоку может регистрировать сигнал датчика давления DP выше по потоку). Хотя объем трубки соединителя 143 выше по потоку может быть больше объема соединений между датчиками MAP и DP и впускным коллектором, из-за природы описанных далее алгоритмов определения потока EGR, влияние данной задержки незначительно, поэтому при определении массы EGR влиянием объема трубки можно пренебречь. Следует отметить, что это условие выполняется только за счет того, что задержка между измерениями давления MAP и DP выше по потоку одинакова. В одном примере объем трубки соединителя, расположенного выше по потоку, может быть приблизительно равен 0,002 литра.
Обрабатывающий элемент (не показан) может обрабатывать сигналы от чувствительного элемента для измерения MAP и чувствительного элемента для измерения DP. В одном примере обрабатывающий элемент может быть соединен с помощью пропорционально-интегрально-дифференциального (PID) регулятора. В качестве альтернативы обрабатывающий элемент может быть соединен с другим автоматическим регулятором в контроллере 12. Регулятор PID может быть использован для управления клапаном EGR, расположенным выше по потоку от диафрагмы EGR, на основании рассчитанной ошибки между требуемым потоком EGR и действительным потоком EGH согласно настоящему описанию.
На панели может быть предусмотрен один или несколько источников питания для питания чувствительных элементов абсолютного и дифференциального давления. Панель также может иметь внутренние электрические соединения, соединяющие чувствительные элементы для измерения MAP и DP с источником питания и обрабатывающими элементами.
В одном примере модуль датчика может иметь внутренний корпус коллектора, внутри которого может быть расположено множество датчиков. Каждый датчик может быть расположен на подложке внутри корпуса так, чтобы на одной стороне датчики сообщались друг с другом через общую камеру давления, образованную внутренним корпусом коллектора. На стороне, расположенной напротив стороны, сообщающейся с общей камерой давления, один из датчиков может сообщаться (посредством указанного корпуса) с местом на пути прохождения потока EGR. Другой датчик, например, датчик абсолютного давления, может сообщаться с эталонной камерой на противоположной стороне внутри модуля.
Внутренний корпус коллектора может выходить в соединение впускного коллектора. Таким образом, камера давления может сообщаться по потоку с впускным коллектором. Камера давления и впускной коллектор во внутреннем корпусе коллектора могут сообщаться в месте между датчиками через одну или несколько цилиндрических трубок.
Датчики могут быть расположены ближе к концам внутреннего корпуса коллектора. Одна часть датчиков, регистрирующих входное давление коллектора, может быть расположена внутри камеры давления, соединенной с впускным коллектором. Другая часть датчиков может регистрировать давление в другом месте в двигателе, регистрировать эталонное давление или вакуум с помощью эталонной камеры.
Таким образом, объединение чувствительного элемента для измерения MAP и чувствительного элемента для измерения DP в комбинированном датчике согласно полезной модели может уменьшить нежелательный эффект заполнения впускного коллектора, а также это может привести к получению более точного значения массы EGR. В конечном счете, может быть получено более точное значение массы воздуха для улучшения контроля воздушно-топливного соотношения и подачи топлива. В качестве дополнения путем объединения чувствительных элементов для измерения MAP и DP в одном комбинированном датчике можно исключить использование одиночного датчика DP, используемого в традиционных конструкциях. Таким образом, можно избавиться от электрических соединителей и механизмов крепления для одиночного датчика DP, что в конечном счете приводит к уменьшению стоимости конструкции.
На Фиг. 4 изображена функциональная схема комбинированного датчика, описанного со ссылкой на Фиг. 2-3, а дополнительная информация по расположению датчика представлена на Фиг. 5.
На Фиг. 4 изображены чувствительный элемент 402 для измерения MAP и чувствительный элемент 404 для измерения DP, соединенные с источником питания на 5,0 В и заземлением. Чувствительный элемент 402 для измерения MAP регистрирует давление в коллекторе через общую камеру давления, как было указано со ссылкой на Фиг. 2. Сигнал 406 MAP, полученный путем измерения давления в коллекторе, а также опорный сигнал 408 могут быть посланы чувствительным элементом для измерения MAP на операционный усилитель 410. Усилитель 410 может усиливать разницу между сигналом давления коллектора и опорным сигналом для получения сигнала 420 абсолютного давления в коллекторе (MAP).
Дифференциальное давление на диафрагме регулирования расхода EGR может быть измерено чувствительным элементом для измерения DP. Сигнал 412 давления, указывающий на давление выше по потоку от диафрагмы EGR, может быть получен чувствительным элементом 404 для измерения DP. Сигнал 412 давления и опорный сигнал 414 могут быть посланы на вход операционного усилителя 416, который может усиливать разницу между двумя входными сигналами для получения сигнала P1 422 давления выше по потоку.
Как было указано со ссылкой на Фиг. 2, чувствительный элемент для измерения MAP и чувствительный элемент для измерения DP могут совместно использовать общую камеру давления, и могут измерять входное давление коллектора с помощью общей камеры давления. Следовательно, сигнал 420 MAP от чувствительного элемента для измерения MAP и сигнал P1 422 давления выше по потоку от чувствительного элемента для измерения DP, полученные на соответствующих усилителях 410 и 416, можно использовать в качестве входных данных для другого операционного усилителя 418, в котором может быть усилена разница между сигналами P1 и MAP для получения сигнала 424 дифференциального давления (DP). Полученное таким образом дифференциальное давление может представлять собой дифференциальное давление на диафрагме EGR. Как изображено на Фиг. 5, диафрагма регулирования расхода EGR может быть расположена так, чтобы давление ниже по потоку от нее могло быть давлением в коллекторе. Следовательно, разница давлений между MAP и P1 может представлять собой дифференциальное давление на диафрагме EGR.
В одном примере, как показано на Фиг. 5, комбинированный датчик 144 может быть расположен во впускном коллекторе 44, а сигнал P1 давления выше по потоку может быть получен через соединитель 143, соединяющий комбинированный датчик с местом, расположенным выше по потоку от диафрагмы регулирования расхода EGR.
В данном случае комбинированный датчик может быть использован для получения сигналов MAP и DP, которые, в свою очередь, можно использовать для определения массы и потока EGR. Сигналы MAP и DP могут передаваться PCM-контроллеру для определения массы EGR, и, в конечном счете, массы воздуха и воздушно-топливного соотношения. Также при определении массы EGR с помощью одного комбинированного датчика можно уменьшить ошибки в определении массы EGR из-за заполнения коллектора, особенно в переходном режиме эксплуатации двигателя. Таким образом, можно достичь улучшенного управления воздушно-топливным соотношением.
На Фиг. 5 изображен механизм обратной связи по давлению для контроля потока EGR путем регулирования клапаном EGR посредством PID-регулятора, который может быть сохранен в памяти контроллера 12.
В блоке 502 контроллер определяет требуемое процентное соотношение EGR к свежему воздуху (% EGR) на основании данных о частоте работы двигателя и нагрузке. Далее на основании текущей массы воздуха (определенной из расчетов MAP и расчетов, использующих соотношение между скоростью и плотностью, или датчика массового расхода воздуха (MAF)) в блоке 506 контроллер определяет требуемую массу EGR (DES ЕМ).
Далее в блоке 508 может быть найдено требуемое дифференциальное давление (DES DP) на основании требуемой массы EGR и измеренного давления MAP в блоке 510. Блок 510 может содержать рассчитанное абсолютное давление MAP в коллекторе (рассчитанное согласно описанию Фиг. 4) на основании давлений, полученных комбинированным датчиком, который расположен во впускном коллекторе. Далее в блоке 512 сигнал ERROR об ошибке может быть рассчитан на основании требуемого DP и DP 509, измеренного с помощью комбинированного датчика. PID-регулятор, изображенный в блоке 514, далее может определить возбуждающий сигнал на основании вычисленного сигнала ERROR. Возбуждающий сигнал может быть использован для регулирования потока EGR путем изменения положения клапана 142 EGR с помощью PID-регулятора.
В данном случае поток EGR может быть отрегулирован с помощью механизма обратной связи по давлению, который контролирует поток EGR через клапан EGR на основании рассчитанной ошибки между требуемым потоком и прогнозируемым потоком.
На Фиг. 7 представлен способ 600 для расчета массы воздуха, который работает совместно с процедурой с Фиг. 6. На этапе 602 сигнал MAP, полученный чувствительным элементом для измерения MAP комбинированного датчика, может быть считываться контроллером 12. При этом сигнал P1, указывающий на давление выше по потоку от диафрагмы регулирования расхода EGR, может считываться контроллером 12 с чувствительного элемента для измерения DP комбинированного датчика. На основании разности между P1 и MAP на этапе 606 можно определить дифференциальное давление (DP) возле диафрагмы EGR.
На этапе 608 может быть рассчитана масса EGR как функция зависимости MAP и DP, например, на основании квадратного корня их произведения. На основании определенной массы EGR на этапе 610 можно рассчитать массу воздуха из уравнения, выражающего соотношение между скоростью и плотностью, в котором:
Далее на этапе 612 на основании рассчитанной массы воздуха можно определить объем впрыскиваемого топлива. В данном случае масса воздуха может быть рассчитана на основании массы EGR.
Переходные условия могут возникнуть, например, из-за быстрых изменений положения дросселя или мгновенных изменений запроса на EGR. В результате эффект заполнения коллектора может внести ошибку в расчет массы EGR, если дифференциальное давление измерено с помощью датчика ниже по потоку от диафрагмы, что задерживает сигнал действительного давления в коллекторе, используемого в расчете массы воздуха. В системах управления двигателем, в которых применяется принцип определения массы воздуха для топливной смеси, а также EGR, массу воздуха можно определить на основании массы EGR и условий эксплуатации двигателя (к которым относится частота работы двигателя, см. уравнение выше, выражающее соотношение между частотой вращения и плотностью). В результате ошибка в расчете массы EGR может привести к ошибкам в расчете массы воздуха. Следовательно, уменьшение ошибок в массе EGR может уменьшить ошибку в определении массы воздуха, что, в свою очередь, может привести к улучшенному контролю воздушно-топливного соотношения.
При использовании комбинированного датчика, включающего в себя датчик MAP и датчик DP, которые совместно используют общую камеру давления, сообщающуюся с впускным коллектором, давление в коллекторе может быть определено мгновенно с помощью чувствительного элемента для измерения MAP и чувствительного элемента для измерения DP. В результате любое изменение в абсолютном давлении коллектора (MAP) может привести к мгновенному изменению дифференциального давления (DP) В данном случае путем уменьшения задержки между сигналами MAP и DP можно уменьшить ошибки в определении массы EGR из-за эффекта заполнения коллектора в переходном режиме эксплуатации двигателя. Путем уменьшения ошибок в определении массы EGR можно получить более точное значение массы воздуха, следовательно, можно уменьшить ошибки впрыска топлива, что приводит к увеличению экономии топлива.
Следует отметить, что несмотря на то, что в некоторых из приведенных выше примеров используется клапан EGR с измерительной диафрагмой, в качестве альтернативы данная диафрагма может отсутствовать, и вместо этого дифференциальное давление может быть измерено возле клапана EGR. Такой способ может компенспировать измерение потока через диафрагму на основании дифференциального давления и давления (в коллекторе) ниже по потоку на основании размера отверстия клапана (например, с помощью обратной связи по положению клапана). Например, поток EGR можно изобразить как функцию от положения клапана, скорости, нагрузки, давления MAP и дифференциального давления. В данном способе канал датчика DP через соединение 143 может приходить в место выше по потоку от клапана EGR в канале EGR. В данном случае дифференциальное давление может представлять собой дифференциальное давление на клапане EGR.
Следует понимать, что конфигурации и последовательности операций, раскрытые в данном описании, являются примерами, и что эти конкретные варианты выполнения не следует рассматривать как ограничительные, поскольку возможны их различные варианты и модификации. Например, возможно использование описанной технологии для двигателей V6, 1-4, 1-6, V12, оппозитных двигателей с четырьмя цилиндрами, а также других типов двигателей. Предложенное решение включает в себя все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.