СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ВОЗДУХА, ПОДАВАЕМЫМ В ДВИГАТЕЛЬ, И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
METHODS TO CONTROL AIR FLOW SUPPLIED TO ENGINE AND ENGINE SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к охладителям наддувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания.
Уровень техники
Двигатели с нагнетателем или турбонагнетателем могут сжимать наружный воздух, поступающий в двигатель, для увеличения мощности двигателя. Сжатие воздуха может вызывать повышение его температуры, для охлаждения нагретого воздуха может быть использован охладитель наддувочного воздуха, за счет чего может быть увеличена плотность воздуха, а также потенциальная мощность двигателя. Воздух окружающей среды, поступающий снаружи транспортного средства, проходит через охладитель наддувочного воздуха ("charge air cooler", далее - САС), охлаждая впускной воздух, проходящий через внутреннюю часть САС. При понижении температуры воздуха окружающей среды, в условиях повышенной влажности или при дождливой погоде, когда температура впускного воздуха становится ниже точки росы, в САС может образоваться конденсат. Конденсат может накапливаться в нижней части САС, или во внутренних каналах или охлаждающих турбулизаторах. Когда увеличивается крутящий момент, например во время ускорения, увеличенная масса воздушного потока может продуть конденсат из САС, втягивая его в двигатель, что может привести к увеличению вероятности возникновения пропусков зажигания.
В других способах решения проблемы пропусков зажигания в двигателе, вызванных засасыванием конденсата, используют только предотвращение накопление конденсата. Однако это может быть связано с рядом проблем. В частности, хотя некоторые методики могут привести к уменьшению или замедлению образования конденсата в САС, конденсат может вновь накопиться через некоторое время. Подобное накопление конденсата исключить невозможно, поэтому всасывание конденсата при ускорении может привести к пропуску зажигания. Другой способ предотвращения пропусков зажигания в двигателе, вызванных всасыванием конденсата, подразумевает захват и/или отведение конденсата из САС. Данный подход может привести к уменьшению уровня конденсата в САС, при этом конденсат перемещается в другое место или резервуар, что может вызвать другие проблемы, связанные с наличием конденсата, например, замерзание и коррозию.
Раскрытие изобретения
В одном примере проблемы, описанные выше, могут быть решены за счет периодической продувки конденсата из САС при работе двигателя в безопасном режиме эксплуатации. Цикл очистки САС может быть запущен при достижении определенного уровня конденсата, а также при условии, что выполнены все требования для стабильного горения. Путем увеличения потока воздуха через САС можно выдуть из двигателя определенное количество конденсата, которое не приведет к пропуску зажигания. Увеличению потока воздуха в двигателе можно противодействовать путем такой регулировки исполнительных механизмов двигателя, которая обеспечивает поддержание крутящего момента. Таким образом, во время цикла очистки водитель транспортного средства может не узнать о его выполнении. За счет выполнения процедуры очистки можно поддерживать низкий уровень конденсата в САС и предотвратить пропуск зажигания во время работы транспортного средства в обычном режиме.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение примера двигателя, содержащего охладитель наддувочного воздуха.
На Фиг. 2 представлена высокоуровневая блок-схема способа продувки конденсата из охладителя наддувочного воздуха (САС) на основании условий эксплуатации и уровня конденсата.
На Фиг. 3 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ определения количества конденсата в САС по изобретению.
На Фиг. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ определения наличия условий для начала профилактической процедуры очистки САС.
На Фиг. 5 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ выполнения профилактической процедуры очистки САС.
На Фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ регулировки предела детонации и момента зажигания на основании значения влажности и уровня конденсата в САС.
На Фиг. 7-8 показан пример операций по продувке конденсата.
На Фиг. 9 показан графический пример регулировки предела детонации и момента зажигания в соответствии со значением влажности во впускном коллекторе и уровнем конденсата в САС.
На Фиг. 10 показан графический пример регулировки момента зажигания при продувке конденсата из охладителя наддувочного воздуха во время профилактической процедуры очистки.
На Фиг. 11 показан графический пример регулировки момента зажигания при продувке конденсата из САС во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам продувки конденсата из охладителя наддувочного воздуха (САС) в систему двигателя, например, систему с Фиг. 1, при этом также выполняется регулировка исполнительных механизмов двигателя, включая изменение момента зажигания в зависимости от потока конденсата. Продувка конденсата из САС может быть запущена при поступлении входного сигнала от водителя, например, увеличении нагрузки на двигатель. В альтернативном варианте может быть выполнена профилактическая процедура удаления конденсата из САС на основании уровня конденсата и других переменных параметров системы. В обоих случаях исполнительные механизмы двигателя можно регулировать таким образом, чтобы поддерживать крутящий момент и увеличивать мощность двигателя. Контроллер двигателя может выполнять процедуру управления, например, как описано на Фиг. 2, для оценки уровня конденсата в САС и подачи сигнала на проведение очистки при увеличении нагрузки на двигатель или профилактической очистки при регулировке момента зажигания. Контроллер может определять количество конденсата в САС, основываясь на модели, представленной на Фиг. 3. Профилактическая процедура очистки (Фиг. 5), во время которой поток воздуха через САС предварительно увеличивают для продувки конденсата, может быть выполнена, если имеют место соответствующие условия (Фиг. 4). В альтернативном варианте продувка может производиться во время увеличения нагрузки на двигатель из-за увеличившегося потока воздуха. Крутящий момент двигателя во время очистки можно поддерживать путем регулировки органов управления двигателем. Примеры процедур регулировки и очистки приведены на Фиг. 7-8. В данных примерах указаны органы управления, которые могут понадобиться для начала и проведения цикла очистки САС. Моменты зажигания также можно настроить с помощью контроллера, использующего изменения уровня влажности во впускном коллекторе, частично определяемой по уровню конденсата в САС; данная операция подробно описана со ссылкой на Фиг, 6. Пример регулировки предела детонации и момента зажигания на основании значения влажности и уровня конденсата в САС представлены на Фиг. 9. Пример процедуры очистки и сопутствующей регулировки моментов зажигания представлен на Фиг. 11-12.
На Фиг. 1 показана схема двигателя 10 внутреннего сгорания, который содержит несколько цилиндров (на Фиг. 1 показан только один из цилиндров) и управляется электронным контроллером 12. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания (цилиндр) и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, размещенным в них и соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 46 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может быть приведен в действие впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Моменты открывания и закрывания выпускного клапана 54 могут быть отрегулированы в зависимости от положения коленчатого вала с помощью фазорегулятора 58 кулачка. Моменты открывания и закрывания впускного клапана 52 могут быть отрегулированы в зависимости от положения коленчатого вала с помощью фазорегулятора 59 кулачка. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 выпускного кулачка. Таким образом, контроллер 12 может регулировать фазы работы кулачка с помощью фазорегуляторов 58 и 59. Регулирование фаз газораспределения (VCT) может выполняться с опережением или задержкой в зависимости от различных факторов, например, нагрузки на двигатель и скорости вращения двигателя (RPM).
Топливная форсунка 66 показана расположенной таким образом, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания 30, что известно специалистам в данной области как «прямой впрыск». В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться во впускной канал, что известно специалистам в данной области техники как впрыск во впускной канал. Топливная форсунка 66 поставляет топливо пропорционально ширине импульса сигнала FPW от контроллера 12, Топливо подается к топливной форсунке 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показано). На топливную форсунку 66 подается рабочий ток от привода 68, который отвечает на сигналы контроллера 12. В одном примере для создания более высокого давления топлива используется двухступенчатая топливная система высокого давления. Кроме того, впускной коллектор 46 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для контроля воздушного потока из впускной нагнетающей камеры 46. Компрессор 162 втягивает воздух из воздухозаборника 42 для подачи в нагнетающую камеру 46. Выхлопные газы раскручивают турбину 164, которая соединена с компрессором 162, который сжимает воздух в камере наддува 44. Для приведения в действие компрессора могут быть использованы различные устройства. Для компрессора наддува: компрессор 162 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не иметь турбины. Таким образом, степень сжатия, которая обеспечивается для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или компрессора наддува, может регулироваться контроллером 12. Перепускной клапан 171 турбокомпрессора представляет собой клапан, позволяющий выхлопным газам обходить турбину 164 по обводному каналу 173, когда перепускной клапан 171 турбокомпрессора находится в открытом состоянии. Когда же перепускной клапан 171 полностью закрыт, практически все выхлопные газы проходят через турбину 164.
Кроме того, в описанных вариантах реализации, система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять желаемое количество выхлопных газов из выпускного коллектора 48 в камеру 44 наддува впускного воздуха через канал 140 рециркуляции выхлопных газов. Количество рециркулированных выхлопных газов, поступающих в камеру 44 наддува впускного воздуха, может регулироваться контроллером 12 с помощью клапана 172 EGR. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси внутри камеры сгорания. На Фиг. 1 показана система EGR высокого давления, где EGR направляются от участка выше по потоку от турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других вариантах воплощения двигатель может (дополнительно или альтернативно) иметь систему EGR низкого давления, где рециркулируемые выхлопные газы направляются от участка ниже по потоку от турбины турбонагнетателя на участок выше по потоку от компрессора турбонагнетателя. При наличии, система EGR может приводить к образованию конденсата из сжатого воздуха, особенно когда сжатый воздух охлаждается охладителем наддувочного воздуха, что будет описано более подробно далее, В частности, EGR содержат большое количество воды, являющейся побочным продуктом сгорания. Поскольку EGR имеют относительно высокую температуру и содержат много воды, температура точки росы может также быть относительно высокой. Следовательно, образование конденсата из EGR может быть даже больше, чем при сжатии воздуха и понижении температуры до температуры точки росы.
Камера 44 наддува впускного воздуха может включать в себя охладитель (САС) 166 наддувочного воздуха (например, промежуточный охладитель или интеркулер) для снижения температуры нагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах воплощения охладитель 166 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В других вариантах воплощения охладитель 166 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». Охладитель 166 наддувочного воздуха может иметь клапан, чтобы селективно регулировать скорость потока впускного воздуха, проходящего через охладитель 166 при образовании конденсата в охладителе наддувочного воздуха (САС).
Заряд горячего воздуха от компрессора 162 попадает на впуск САС 166, охлаждается во время прохождения через него, и затем выходит через дроссель 62 и попадает во впускной коллектор 46 двигателя. Поток наружного воздуха может попадать в двигатель 10 через переднюю часть автомобиля и проходить через САС для обеспечения охлаждения заряда воздуха. При уменьшении температуры воздуха окружающей среды, в условиях высокой влажности или дождливой погоды в САС может образовываться и накапливаться конденсат в тех местах, где заряд воздуха охлаждается ниже точки росы. Когда заряд воздуха включает в себя редиркулирующие выхлопные газы, то конденсат может быть кислотным и привести к коррозии корпуса САС. Коррозия, в свою очередь, может привести к утечке заряда воздуха в атмосферу и утечке охлаждающей среды при использовании охладителей типа «жидкость- воздух». Для уменьшения накопления конденсата и риска возникновения коррозии, конденсат может накапливаться на дне САС и затем выдуваться в двигатель при определенных режимах его работы, например, при ускорении. Однако если конденсат сразу попадает в двигатель во время ускорения, то вместе с этим, из-за попадания воды, повышается вероятность сбоя в работе двигателя или нестабильности детонации (в виде поздней/медленной детонации). Таким образом, как будет описано со ссылкой на Фиг. 2-5, конденсат может быть выдут из САС в двигатель в определенном эксплуатационном режиме. Этот управляемый продув может помочь снизить вероятность сбоев в работе двигателя. В одном из примеров конденсат может продуваться из САС с помощью потока воздуха при увеличении нагрузки на двигатель. В другом примере конденсат может заблаговременно продуваться из САС с помощью усиленной подачи воздуха на впуск двигателя, при этом исполнительные механизмы двигателя регулируют таким образом, чтобы сохранить крутящий момент.
Бесконтактная система 88 зажигания подает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал контроллера 12. Универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (UEGO) показан соединенным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от турбины 164. В альтернативном варианте вместо датчика 126 UEGO может быть использован бистабильный датчик содержания кислорода в отработавших газах.
В некоторых примерах в автомобиле с гибридным приводом двигатель может быть соединен с электродвигателем/системой аккумулятора. Автомобиль с гибридным приводом может иметь параллельную и последовательную конфигурации, а также их комбинации и вариации. Дополнительно в некоторых вариантах могут быть использованы другие типы двигателя, например, дизельный двигатель.
Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит 4 рабочих цикла: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух поступает в камеру сгорания 30 через впускной коллектор 46, а поршень 36 двигается по направлению к дну цилиндра так, чтобы увеличить объем внутри камеры сгорания 30. Положение, в котором поршень 36 находится рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (т.е. когда камера сгорания 30 имеет наибольший объем) обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (НМТ). Во время хода сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 движется по направлению к головке цилиндров, чтобы сжать воздух внутри камеры сгорания 30. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндров (т.е. когда камера сгорания 30 имеет наименьший объем) обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, здесь и далее обозначаемом «впрыскивание», топливо поступает в камеру сгорания. В процессе, здесь и далее обозначаемом «зажигание», впрыснутое топливо воспламеняют с помощью известных способов зажигания, таких как свеча 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Регулировкой моментов зажигания можно управлять таким образом, чтобы зажигание происходило до (опережение) или после (запаздывание) установленного производителем момента. Например, момент зажигания может быть задержан относительно момента максимального крутящего момента (maximum break torque, МВТ) для контроля детонации двигателя, или зажигание может быть произведено раньше при условиях повышенной влажности. Во время рабочего хода расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 превращает движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Коленчатый вал 40 может быть использован для привода генератора переменного тока 168. Наконец, во время хода выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпустить воспламененную смесь воздуха и топлива в выпускной коллектор 48, а поршень возвращается к ВМТ. Можно отметить, что вышеизложенное приведено только в качестве примера, и распределение по времени открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов может меняться так, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие варианты.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (Ю), 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: о температуре охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 112 температуры, соединенного с каналом 114 охлаждения; датчика 134 положения, соединенного с педалью газа 130, для измерения силы нажатия ногой 132; данных об измерении давления в коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122, соединенного с впускным коллектором 46; о давлении наддува (Boost) от датчика 123 давления, соединенного с камерой 46 наддува; измерение массового расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 120 расхода воздуха; положение дроссельной заслонки (TP) от датчика 5; и о температуре на выходе охладителя 166 наддувочного воздуха от температурного датчика 124. Также для контроллера 12 может быть измерено барометрическое давление (датчик не показан). Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения, позиционный датчик 118 на эффекте Холла производит сигнал профиля зажигания (PIP), что обеспечивает заранее установленное количество равномерных импульсов в каждый поворот коленчатого вала, на основании которых может быть определена скорость вращения двигателя (RPM). Необходимо отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот, В стехиометрическом режиме датчик MAP может выдавать показания о крутящем моменте двигателя. Этот датчик вместе с детектированной частотой вращения двигателя может предоставить расчет заряда (включая воздушный заряд), всасываемого в цилиндр. Также могут быть использованы и другие не указанные датчики, такие как датчик для определения скорости впускного воздуха на входе охладителя наддувочного воздуха и ряд других.
Кроме того, контроллер 12 может быть подключен к различным исполнительным механизмам, которые могут включать в себя исполнительные механизмы двигателя (например, топливные форсунки, дроссельные заслонки для впускного воздуха с электронным управлением, свечи зажигания, кулачковые валы и т.д.). Для обеспечения и поддержания крутящего момента, устанавливаемого пользователем, могут быть использованы различные исполнительные механизмы двигателя. Данные исполнительные механизмы могут задавать определенные параметры управления двигателем, среди которых: регулировка фаз газораспределения (VCT), воздушно-топливное соотношение (AFR), нагрузка генератора, момент искрового зажигания, положение дросселя и т.д. Например, когда датчиком 134 положения педали определяется увеличение РР (в т.ч. при увеличении нагрузки на двигатель), то запрос на крутящий момент увеличивается.
Под влиянием увеличения нагрузки на двигатель контроллер 12 может увеличить открывание дросселя 62 путем увеличения потока впускного воздуха. Как описано в отношении Фиг. 2 и 11, увеличенный поток воздуха при увеличении нагрузки может быть успешно использован для продувки конденсата из САС во впуск двигателя. Синхронизация искрового зажигания может одновременно использоваться для поддержания крутящего момента путем фазирования детонации во время продувки.
В некоторых примерах увеличение массового потока воздуха может быть запущено системой, а не водителем, например, срабатывающей при определенном уровне конденсата в САС. Например, может поступить уведомление о продувке конденсата из САС, что требует увеличения массового потока воздуха через САС. В данном случае может потребоваться поддержание крутящего момента, невзирая на увеличение потока воздуха. Таким образом, исполнительные механизмы двигателя могут быть отрегулированы таким образом, чтобы поддерживать требуемую величину крутящего момента. Например, крутящий момент может быть понижен путем запаздывания или опережения момента зажигания относительно МВТ, для компенсации (профилактического) увеличения потока воздуха во время процедуры очистки. В другом случае для уменьшения крутящего момента во время профилактической очистки могут быть использованы задержка или ускорение срабатывания кулачка. В некоторых примерах путем изменения воздушно-топливного отношения в сторону обеднения или обогащения относительно RBT (обогащение для оптимального крутящего момента) можно снизить мощность на выходе при более открытом дросселе, что поможет сохранить величину крутящего момента. Кроме того, увеличение нагрузки на генератор может компенсировать крутящий момент. Автомобили с электродвигателями (например, гибридные автомобили) могут быть способны значительно увеличить нагрузку на генератор, поскольку у них гораздо больший рабочий диапазон.
Возвращаясь к Фиг. 1, можно отметить, что в некоторых случаях носитель информации RAM 106, может быть запрограммирован с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, выполняемые микропроцессорным блоком 102 для выполнения способов, описанных ниже (а также других вариантов, специально не перечисленных). Примеры способов описаны со ссылкой на Фиг. 2-6.
На Фиг. 2 показан пример способа 200 продувки конденсата из САС во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах или при проведении профилактической очистки с поддержанием требуемого уровня крутящего момента. Выбор одного из указанных вариантов может основываться на условиях эксплуатации автомобиля и уровня конденсата в САС. Осуществляя процедуру очистки при увеличении нагрузки на двигатель, для продувки можно использовать увеличенный поток воздуха. При других условиях поток воздуха может быть активно увеличен, чтобы обеспечить выполнение продувки.
На этапе 202 способ 200 предполагает оценку и/или измерение параметров эксплуатации двигателя. Сюда также можно включить запрос на крутящий момент, поступивший от водителя (на основании из положения педали), скорость двигателя (Ne) и нагрузку, температуру хладагента двигателя, наддув, температуру окружающей среды, MAF, MAP, количество рециркуляции выхлопных газов, воздушно-топливное отношение, влажность воздуха, барометрическое давление (BP), температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора выхлопных газов, параметры работы САС (температура на впуске и выпуске, давление на впуске и выпуске, скорость потока через САС и т.д.), а также другие параметры. На этапе 204 процедура предполагает регулирование одного или нескольких исполнительных механизмов двигателя на основании условий работы двигателя и запроса на крутящий момент. Регулируемые настройки исполнительного механизма могут, например, включать в себя изменяемые фазы газораспределения (VCT), воздушно-топливное отношение, открывание дросселя, момент искрового зажигания и т.д.
На этапе 206 способ 200 предусматривает определение уровня конденсата в САС с учетом таких данных, как температура окружающего воздуха, влажность воздуха, температура заряда воздуха на впуске и выпуске, данные от набора датчиков относительно давления заряда воздуха на впуске и выпуске, а также с использованием переменных величин для определения образования конденсата в САС. В одном варианте, на этапе 208 уровень конденсата в САС определяют, исходя из модели (приводимой на Фиг. 3) которая вычисляет скорость образования конденсата в САС на основании температуры окружающей среды, температуры на выпуске САС, массового потока, рециркуляции выхлопных газов, влажности и т.д. В другом варианте на этапе 210 величину образования конденсата соотносят с температурой на выпуске САС, а также с соотношением давления в САС и давления окружающей среды. В альтернативном примере значение образования конденсата может быть соотнесено с температурой на выпуске САС и нагрузкой на двигатель. Нагрузка на двигатель может зависеть от массы воздуха, крутящего момента, положения педали акселератора, положения дросселя и, таким образом, может нести информацию о скорости потока воздуха через САС. Например, средняя нагрузка на двигатель совместно с относительно невысокой температурой на выпуске САС может указывать на высокое значение образования конденсата из-за наличия холодных поверхностей САС и относительно низкой скорости потока впускного воздуха. В одном примере преобразование может быть выполнено с помощью модификатора температуры окружающей среды. В другом примере для оценки значения образования конденсата может быть использовано соотношение давления САС и давления окружающего воздуха. Таким образом, нагрузка на двигатель может быть нормализована и проведена ее оценка во впускном коллекторе (за дросселем), где давление может меньше, чем в САС.
На этапе 212 способ 200 предусматривает определение, увеличивается ли содержание конденсата в САС. Другими словами, может быть установлено, увеличивается ли количество конденсата (или уровень конденсата) в САС с течением времени. Если содержание конденсата увеличивается, то на этапе 214 процедура предусматривает применение запаздывания зажигания на весь период увеличенного содержания конденсата, для контроля детонации. От этапов 212 и 214 способ 200 переходит к этапу 216, где определяют, не превысил ли уровень конденсата в САС пороговое значение (Т1). Пороговое значение Т1 может отражать количество конденсата, как упомянуто выше, всасывание которого двигателем может привести к сбоям в его работе. Если уровень конденсата в САС не превышает пороговое значение Т1, тогда процедура на этапе 218 предусматривает определение, находится ли уровень конденсата в САС в установившемся режиме (т.е. уровень конденсата ни увеличивается и ни уменьшается). Если уровень конденсата в САС установился, то процедура предусматривает на этапе 220 сохранение момента зажигания на МВТ. Если же уровень конденсата в САС не установился, тогда способ завершается.
Если на этапе 216 определено, что уровень конденсата превышает пороговое значение Т1, то процедура предусматривает на этапе 222 проверку на наличие увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. В одном из примеров режим увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах может быть идентифицирован на основании изменения положения дросселя или изменения массового потока воздуха. В другом примере режим увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах может быть идентифицирован на основании применения водителем педали акселератора, положение которой превысило пороговое значение (или равно пороговому значению). В еще одном примере может быть предположено, что имеет место режим увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, когда транспортное средство ускоряется. Если режим увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах имеет место, то на этапе 224 конденсат продувают из САС во впускной коллектор двигателя. В частности, на основании изменения положения педали увеличивают поток воздуха во впускной коллектор, чтобы увеличить крутящий момент (как запрошено водителем). Кроме того, процедура предусматривает на этапе 224 обеспечение опережения зажигания во время цикла продувки, вызванного увеличением нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, чтобы достичь требуемого крутящего момента при одновременном снижении вероятности сбоев двигателя, вызванных всасыванием конденсата. В другом примере вместо опережения зажигания применяют ограничение степени его запаздывания.
Если на этапе 222 увеличение нагрузки на двигатель не подтверждено, то способ может предусматривать выполнение на этапе 226 профилактической очистки, чтобы продуть конденсат из САС. Эта процедура может включать в себя увеличение потока воздуха во впускной коллектор для продувки конденсата (без соответствующего изменения положения педали акселератора), одновременно поддерживая крутящий момент на том же уровне. Во время цикла очистки на этапе 226 может быть задержано зажигание, чтобы компенсировать увеличение крутящего момента, вызванное увеличением потока воздуха, что позволить сохранить прежний уровень крутящего момента во время продувки. Как видно на Фиг. 4, перед началом процедуры профилактической очистки от конденсата, могут быть проверены дополнительные условия, в том числе получено подтверждение, что стабильность сгорания и поток воздуха в рамках установленных диапазонов, соответствующих продувочному уровню. Таким образом, даже если уровень конденсата выше порогового значения, а поток воздуха находится в пределах указанного диапазона, если условия стабильного сгорания не соблюдены, профилактическая очистка может не производиться. Подробности процедуры выполнения профилактической очистки представлены на Фиг. 5 и описаны ниже.
На Фиг. 3 показан способ 300 оценки количества конденсата, накопленного в САС. На основании сравнения количества конденсата в САС с пороговым значением могут быть начаты процедуры продувки конденсата, описанные со ссылкой на Фиг. 2.
Способ начинается на этапе 302 с определения условий работы двигателя. К ним можно отнести, как и на этапе 202, условия окружающей среды, параметры работы САС, массовый расход воздуха, поток EGR, скорость вращения и нагрузку двигателя, наддув и т.д. Затем на этапе 304 определяют, известна ли влажность окружающей среды. В одном примере данные о влажности окружающей среды могут быть получены на основании показаний датчика влажности, соединенного с двигателем. Если же влажность не известна (например, если двигатель не оборудован датчиком влажности), на этапе 306 значение влажности принимается равным 100%. Однако если влажность известна, то известное значение влажности, полученное от датчика влажности, может быть использовано на этапе 308.
Температура и влажность окружающей среды могут быть использованы для определения точки росы впускного воздуха, на которую также может повлиять количество EGR во впускном воздухе (например, EGR могут иметь температуру и влажность, отличные от значений атмосферного воздуха). Отличие точки росы и температуры на выпуске САС указывает на вероятность образования конденсата внутри охладителя, при этом массовый расход воздуха может повлиять на то, сколько конденсата накопится внутри охладителя. На этапе 310 с помощью алгоритма можно вычислить давление насыщенного пара на выпуске САС как функции от температуры и давления на выпуске САС. Затем на этапе 312 в соответствии с алгоритмом вычисляют массу воды при данном давлении насыщенного пара. Наконец, на этапе 314 определяют скорость образования конденсата на выпуске САС путем вычитания массы воды при текущем давлении насыщенного пара на выпуске САС из значения массы воды в окружающем воздухе. Определив на этапе 316 временной интервал, прошедший между измерениями количества конденсата, на этапе 318 способа 300 можно определить количество конденсата внутри САС, накопленное с момента последнего измерения. Временной интервал между измерениями может быть выбран на основании условий работы двигателя или внешних погодных условий. Например, при наличии условий, которые могут привести к увеличению скорости образования конденсата, например, дождя, время между измерениями может быть сокращено в целях улучшения отслеживаемости скорости образования конденсата. В другом примере для начала продувки конденсата время между измерениями количества конденсата может быть сокращено, если уровень конденсата в САС приближается к пороговому значению. В качестве альтернативы время между измерениями на этапе 316 может быть увеличено при низком уровне конденсата в САС или при отсутствии условий образования конденсата (например, высокой влажности). В еще одном примере измерения можно производить с постоянным, предварительно заданным интервалом, В одном примере оценку образования конденсата в виде доли от массового расхода воздуха можно производить быстрее, чем смогут измениться фактические условия. Даже при выполнении одного замера каждые 0,5 с можно произвести правильную оценку, обеспечивающую обнаружение конденсата на уровнях, которые могут негативно повлиять на сгорание при введении конденсата. Текущее количество конденсата в САС может быть вычислено на этапе 322 путем суммирования значения конденсата, полученного на этапе 318, с предыдущим значением конденсата и последующего вычитания потерь конденсата с момента выполнения последней процедуры (т.е. количества удаленного конденсата, например, продувкой) на этапе 320. Можно предположить, что потери конденсата равны нулю, если температура на выпуске САС была выше точки росы. В ином случае потери конденсата при температуре, превышающей точку росы, могут отслеживаться на основании испарения.
Помимо определения количества конденсата в САС способ 300 может быть использован для определения потока конденсата из САС к впускному коллектору двигателя. Например, САС может находиться в трех состояниях. В первом состоянии САС может накапливать конденсат так, что уровень конденсата (определенный на этапе 322) будет расти. Например, если количество конденсата на этапе 318 или скорость образования конденсата на этапе 314 больше нуля, можно считать, что уровень конденсата в САС растет. В данном случае, вода может конденсироваться из воздуха, циркулирующего через САС, и накапливаться в САС. Таким образом, из-за конденсации воды из циркулирующего воздуха при подобных условиях влажность воздуха, поступающего на впускной коллектор (после прохождения через САС), может оказаться ниже, чем влажность окружающего воздуха (входящего в САС).
Во втором состоянии конденсат может удаляться (продуваться) из САС во впускной коллектор двигателя так, что уровень конденсата будет падать. Например, если количество конденсата на этапе 318 или скорость образования конденсата 314 отрицательная, можно считать, что уровень конденсата в САС падает. В данном случае, вода, накопленная в САС, может быть удалена во впускной коллектор. По существу, благодаря удалению воды из САС при подобных условиях влажность воздуха, поступающего во впускной коллектор (после прохождения через САС), может оказаться выше, чем влажность окружающего воздуха (входящего в САС). При этом удаление конденсата может выполняться либо за счет скорости прохождения воздуха, либо за счет испарения. Уменьшение количества накопленного конденсата или удаление конденсата может зависеть от массового расхода воздуха, когда скорость потока выше порогового значения, при этом скорость снижения практически линейно зависит от расхода воздуха. Таким образом, удаление воды за счет испарения имеет гораздо меньшую скорость, она должна учитываться при определении снижения уровня накопленного конденсата в случае длительно стабильных условий, когда конденсат не образуется.
В третьем состоянии САС может находиться в стабильном состоянии, когда уровень конденсата в САС практически не меняется (т.е. не увеличивается и не уменьшается). Например, если количество конденсата на этапе 318 или скорость образования конденсата на этапе 314 равна или почти равна нулю, уровень конденсата можно считать постоянным. Во время стабильного состояния влажность во впускном коллекторе может быть практически равна влажности окружающего воздуха.
На Фиг. 4 показан способ 400 определения возможности выполнения профилактической очистки САС. В частности, способ 400 предусматривает проверку наличия условий для профилактической очистки САС (при которых поток воздуха, проходящий через САС, активно увеличивается без соответствующего увеличения крутящего момента), не вызывая пропуски зажигания во время попадания воды.
На этапе 402 способ 400 предусматривает определение того, соответствуют ли параметры работы двигателя требованиям для начала процедуры очистки. Сюда можно отнести, например, эксплуатационные требования для стабильного горения. Эксплуатационные требования для горения могут включать в себя, например, температуру охлаждающей жидкости выше порогового значения, запаздывание зажигания в пределах порогового значения, момент VCT, задержанный не более, чем на пороговую величину, уровень EGR ниже порогового значения, а также количество топлива в пределах предварительно заданного значения. При несоблюдении данных условий профилактическая процедура очистки САС не может быть выполнена, поскольку это может негативно повлиять на стабильность горения. Если условия не соответствуют требованиям, способ переходит к этапу 408, где может быть выполнено несколько действий, направленных на продувку конденсата из САС без выполнения профилактической процедуры очистки.
В качестве одного примера на этапе 410 контроллер двигателя может обеспечить снижение образования конденсата в САС, например, выполнить регулировку производительности САС. Производительность САС может быть отрегулирована (например, уменьшена) с помощью использования системы пластин решетки или вентилятора охлаждения. Например, величина проема решетки может быть уменьшена таким образом, чтобы уменьшить охлаждение внешним потоком воздуха, проходящим через САС, и уменьшить производительность САС.
В другом примере на этапе 412 контроллер может регулировать один или более параметров работы двигателя или исполнительные механизмы таким образом, чтобы увеличить или уменьшить стабильность горения в двигателе. Например, длительность задержки зажигания может быть уменьшена или ограничена во время введения конденсата. После повышения стабильности горения процедура с Фиг. 4 может быть повторена, чтобы можно было выполнить процедуру очистки САС, а стабильность горения осталась в допустимых пределах.
В еще одном примере на этапе 414 контроллер может ожидать момента, когда будут иметь место условия для профилактической очистки САС (как было описано выше для этапа 402). Другими словами, профилактическая процедура удаления конденсата может быть задержана до тех пор, пока на этапе 402 не будут обнаружены выбранные характеристики работы двигателя. В ином случае, если процедура очистки не была начата из-за несоблюдения требований к потоку воздуха (т.е. на этапе 406 величина потока воздуха находится вне допустимых пределов), то контроллер может перейти в режим ожидания и задержать процедуру очистки САС до тех пор, пока не будут соблюдены требования к потоку воздуха (т.е. до тех пор, пока поток воздуха не вернется в допустимые пределы).
На этапе 408 контроллер может выбрать одну из альтернатив (410-414), по крайней мере, на основании количества конденсата внутри САС. Если внутри САС накопилось слишком много конденсата (например, уровень превышает пороговое значение) или если скорость образования конденсата слишком высока (например, больше пороговой скорости), возможно, вскоре понадобится выполнить процедуру очистки. В данном случае система может выбрать вариант активной регулировки условий работы двигателя вместо задержки запуска процедуры очистки до тех пор, пока условия не возникнут сами. В некоторых примерах процедура может использовать несколько опций 410-414. Например, на этапе 408 контроллер может выполнять одну или более альтернативных операций для снижения образования конденсата (например, регулировку положения пластин решетки, которая поможет снизить производительность САС, снижая, таким образом, образование конденсата в САС) вместе с регулировкой параметров работы двигателя для увеличения стабильности горения.
Если на этапе 402 имеют место параметры работы двигателя, необходимые для начала процедуры очистки, то на этапе 404 процедура определяет соответствующее пороговое значение для конденсата (Т1) и потока воздуха (Т2 и Т3). Таким образом, при превышении первого порогового значения Т1 накопленного конденсата в САС может быть обозначена необходимость начала процедуры очистки САС. Это первое пороговое значение Т1 (для конденсата) может изменяться в зависимости от условий работы транспортного средства, включая, например, скорость горения, температуру двигателя и моменты зажигания. В некоторых условиях при слишком высоких скоростях горения двигатель может выдержать попадание большего количества конденсата из САС. Следовательно, первое пороговое значение Т1 (для конденсата) при более высоких скоростях горения и/или температурах двигателя может быть установлено более высоким. В противном случае, когда скорость горения и/или температуры двигателя ниже, первое пороговое значение Т1 (для конденсата) может быть установлено более низким. В другом примере первое пороговое значение Т1 (для конденсата) может быть снижено по мере увеличения степени запаздывания зажигания. Таким образом, первое пороговое значение Т1 (для конденсата) может быть больше, если запаздывание зажигания не выполняется, и меньше при запаздывании зажигания. Благодаря регулированию порогового значения конденсата на основании моментов зажигания вероятность пропусков зажигания при впрыске конденсата может быть снижена. В одном примере скорость впрыска конденсата в зависимости от массового расхода воздуха может быть первичным (например, приоритетным) фактором до тех пор, пока пороговое значение не станет достаточно низким для того, чтобы пропуск зажигания не произошел при любой скорости введения конденсата. Аналогичным образом моменты зажигания могут быть отрегулированы в зависимости от скорости впрыска или на основании сигнала обратной связи от датчика концентрации кислорода на впуске.
Пороговые значения Т2 и Т3 могут также быть установлены на этапе 404 такими, чтобы расход воздуха, проходящего через САС на впуск двигателя, находился бы на уровне продувочного потока воздуха. Уровень продувочного потока воздуха может быть определен как количество воздуха, необходимое для продувки определенного количества конденсата из САС во время процедуры очистки. Следовательно, на этапе 404 процедуры происходит определение уровня продувочного потока воздуха, основанное на количестве конденсата в САС, и порогового значения для начала очистки. Например, пороговое значение потока воздуха может быть определено следующим образом: ⎥Поток-Т2⎢<Т3. В данном уравнении Т2 означает уровень продувочного потока воздуха, который представляет собой фактический поток воздуха, проходящий через САС во впускной коллектор, а Т3 - установленное пороговое значение потока воздуха. Другими словами, процедура очистки может быть запущена только в том случае, если поток воздуха, проходящий через САС, выше или ниже уровня продувочного потока воздуха Т2 на величину, меньшую установленного порогового значения потока воздуха Т3. Это значит, что поток воздуха должен быть в пределах от порогового значения Т2-Т3 (нижняя граница) до порогового значения Т2+Т3 (верхняя граница). Таким образом, поток воздуха, проходящий через САС во время продувки, управляется так, что управляемым является и процесс удаления конденсата. Скорость продувки может быть равна нулю, если пороговое значение не достигнуто, и долю от массы воздуха по мере ее увеличения относительно минимального порогового значения. Это позволяет выполнить продувку конденсата медленно, а также снизить вероятность пропуска зажигания двигателя и производительности двигателя. Пороговое значение потока воздуха, Т3, может быть установлено на значение, которое обеспечит стабильность горения во время процедуры очистки. В ином случае, вместо общего уровня может быть установлено пороговое значение скорости впрыска. Затем скорость впрыска можно изменить с помощью регулировки потока воздуха (например, за счет ограничения массового расхода воздуха до тех пор, пока весь конденсат не будет выдут). Для того чтобы стабильность сгорания осталась прежней, в течение процедуры очистки параметры, изменяемые для поддержания крутящего момента, должны остаться в пределах установленных пороговых значений. К таким параметрам можно отнести моменты зажигания, нагрузку генератора переменного тока, VCT и AFR. Следовательно, для обеспечения стабильности сгорания значение Т3 может быть установлено таким, чтобы, увеличиваясь или уменьшаясь, данные параметры не выходили за установленные пределы. Например, пороговое значение Т3 может быть установлено таким, чтобы задержка зажигания не превышала уровень, который может привести к нестабильности сгорания.
После определения всех пороговых значений для конденсата и потока воздуха способ 400 на этапе 406 предусматривает проверку, находятся ли текущие уровни конденсата и расхода воздуха в указанных пределах. Например, во время процедуры проверяют, не превышает ли уровень конденсата, определенный в способе 300, пороговое значение Т1. Во время процедуры также можно проверить, находится ли поток воздуха в пределах пороговых значений, то есть выполняется ли условие ⎥Поток-Т2⎢<Т3. Если оба эти условия выполнены, процедура переходит к этапу 416, на котором запускается процедура очистки. Подробная информация о процедуре очистки представлена на Фиг. 5 и описана ниже. Однако если на этапе 406 условия не выполнены, процедура возвращается на этап 408, где выполняется одно или несколько действий, рассмотренных выше. Например, процедура может включать в себя на этапе 414 ожидание момента, когда поток воздуха вернется в установленные пределы.
На Фиг. 5 показан способ 500 выполнения профилактической процедуры очистки САС. Способ 500 может выполняться контроллером 12 в соответствии с записанными в нем инструкциями. Этап 502 способа 500 предусматривает определение величины, на которую нужно увеличить поток воздуха для продувки конденсата в САС. Ее можно определить на основании количества конденсата в САС, используя способ 300, и соответствующего уровня продувочного потока воздуха (пороговое значение Т2, как было описано выше со ссылкой на Фиг. 4). Затем способ переходит на этап 504, где определяют величину компенсации крутящего момента, необходимой для увеличения скорости потока на значение, полученное на этапе 502. По существу, компенсацию крутящего момента необходимо выполнить, поскольку увеличение скорости потока воздуха вызвано не изменением положения педали газа или запросом на увеличение крутящего момента от водителя. В данном случае оно вызвано увеличением скорости потока воздуха для продувки конденсата из САС в двигатель. Таким образом, при увеличении расхода воздуха может быть затребована большая компенсации крутящего момента для поддержания полного крутящего момента двигателя. На этапе 506 контроллер увеличивает поток воздуха, проходящий через САС на определенную величину, при этом также выполняется регулировка одного или более исполнительных механизмов двигателя, обеспечивающая поддержание крутящего момента двигателя. Скорость потока воздуха, проходящего через САС, может быть увеличена за счет увеличения массового расхода воздуха с помощью дросселя на впуске и задержки зажигания для поддержания выходного крутящего момента. В одном примере увеличение потока воздуха через дроссель на впуске приводит к увеличению потока воздуха, поступающего к впускному коллектору двигателя. Таким образом, за счет регулировки исполнительных механизмов двигателя при увеличении расхода воздуха можно снизить общий крутящий момент так, чтобы во время продувки конденсата фактический запрос крутящего момента остался неизменным.
Регулировка исполнительных механизмов двигателя для поддержания крутящего момента может включать в себя на этапе 508 регулировку нагрузки генератора переменного тока. Например, увеличение нагрузки на двигатель от генератора переменного тока может привести к снижению крутящего момента, компенсируя увеличение расхода воздуха в двигателе. Нагрузка на двигатель от генератора переменного тока может быть увеличена за счет регулировки тока катушки генератора. Регулировка исполнительных механизмов может также включать в себя на этапе 510 регулировку задержки зажигания. В одном примере увеличение запаздывания зажигания (т.е. запаздывание зажигания еще больше от МВТ) может уменьшить крутящий момент и способствовать поддержанию требуемого запроса крутящего момента. В альтернативном варианте на этапе 512 регулировка исполнительных элементов может включать в себя изменение VCT. В некоторых примерах задержка VCT может привести к снижению крутящего момента, компенсирующему рост потока воздуха в двигателе. В еще одном примере регулировка исполнительных элементов может включать в себя на этапе 514 изменение воздушно-топливного соотношения (AFR). В частности, для увеличения AFR может быть выполнено обеднение топливной смеси, что приводит к снижению выходной мощности при большем пропускании дросселя. Таким образом, в одном примере увеличение AFR может компенсировать увеличившийся поток воздуха, поступающего во впускной коллектор двигателя, и помочь поддержать крутящий момент.
В некоторых примерах для компенсации увеличения скорости потока воздуха и поддержания кутящего момента может быть отрегулировано несколько из указанных выше параметров. В других примерах для данных регулировочных параметров может быть использована иерархия приоритетов на основании их влияния на стабильность сгорания. Например, увеличение нагрузки от генератора переменного тока может не приводить к такому снижению стабильности горения, как при регулировке моментов VCT или зажигания. Таким образом, иерархия приоритетов на этапе 506 может включать в себя регулировку нагрузки генератора переменного тока, а затем (если нужно еще большее уменьшение крутящего момента) переход к регулировке момента зажигания, VCT и/или AFR. В некоторых примерах для перехода к следующему в иерархии параметру может быть применен инициирующий сигнал. Например, для снижения крутящего момента сначала может быть использована нагрузка от генератора переменного тока, а когда на двигатель будет подана максимальная нагрузка от генератора переменного тока, может быть установлен инициирующий сигнал на выполнение остального уменьшения крутящего момента за счет регулировки VCT, момента зажигания или APR. Порядок приоритетов может быть также изменен в зависимости от параметров работы двигателя и других условий работы транспортного средства, например скорости и режима работы транспортного средства, уровня заряда аккумулятора и т.д. Пример регулировки исполнительных элементов, выполняемой во время профилактической процедуры очистки, подробно описан со ссылкой на Фиг. 7-8.
После выполнения на этапе 506 всех регулировок для включения процедуры очистки САС, на этапе 516 способ 500 предусматривает проверку уровня конденсата относительно порогового значения, Т4. Если количество конденсата в САС было в достаточной степени уменьшено за счет продувки и стало ниже порогового значения Т4, цикл очистки на этапе 520 завершается, все исполнительные элементы и параметры возвращают в исходное положение (или к обновленным настройкам, основанным на текущем запросе крутящего момента). Данные параметры могут включать в себя скорость потока воздуха, момент зажигания, УСТ, положение дросселя, AFR и нагрузку от генератора переменного тока. Однако если количество конденсата в САС выше или равно пороговому значению Т4, то на этапе 518 цикл очистки и продувка конденсата из САС продолжается.
В альтернативном примере вместо завершения процедуры продувки на основании уровня конденсата в САС процедура очистки может быть завершена на основании порогового значения оставшегося времени, прошедшего с начала процедуры продувки. Например, на этапе 506, когда начинается процедура продувки, может быть запущен таймер, а на этапе 516 может быть подан сигнал на завершение цикла очистки, когда истечет время, установленное на таймере. Пороговое значение длительности процесса, контролируемое таймером (далее называемом «длительность цикла») может быть отрегулировано на основании условий работы двигателя и количестве конденсата в САС. В частности, в одном примере при увеличенном количества конденсата в САС может быть установлено большее пороговое значение времени.
Таким образом, попадание воды в двигатель во время продувки конденсата (например, продувки во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах или продувки во время профилактической процедуры очистки) из САС может увеличить вероятность пропуска зажигания. В одном примере данная проблема может быть решена путем регулировки момента зажигания во время продувки конденсата (цикла очистки) и/или во время накопления конденсата. Поскольку описываемая в данном документе со ссылкой на Фиг. 6 начальная граница детонации может быть установлена на основании влажности окружающей среды. Установка начальной границы может также включать в себя начальную величину задержки зажигания от момента МВТ. Поток конденсата из САС (во время накапливания или продувки) может изменить влажность у впускного коллектора относительно влажности окружающей среды. Таким образом, влажность в впускном коллекторе и состояние потока конденсата через САС может быть использована для изменения начальных настроек, чтобы уменьшить вероятность пропусков зажигания в двигателе и поддержать крутящий момент во время продувки конденсата.
На Фиг. 6 показан пример способа 600 регулировки предела детонации и момента зажигания в зависимости от влажности окружающего воздуха и уровня конденсата в охладителе наддувочного воздуха (САС). Способ 600 включает в себя, на этапе 602, определение влажности во впускном коллекторе двигателя. В одном примере, влажность во впускном коллекторе может быть точно определена по показаниям датчика концентрации кислорода во впускном коллекторе двигателя. В другом примере, влажность может быть определена с помощью датчика UEGO, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, во время отсечки топлива при замедлении (DFSO). Однако это устройство может не отреагировать достаточно быстро для регулировки момента зажигания по мере всасывания конденсата. В еще одном примере влажность во впускном коллекторе может быть определена в зависимости от режима работы двигателя, уровня накопления конденсата в САС и потока конденсата (например, количества, скорости потока и т.д.) из САС (как было ранее определено в способе 300). На этапе 604 влажность во впускном коллекторе сопоставляется с влажностью окружающего воздуха. Если на этапе 604 влажность во впускном коллекторе превышает влажность окружающего воздуха, на этапе 606 процедура предусматривает опережение (продвижение вперед) границы предела детонации. В частности, с помощью опережения предела детонации можно воспользоваться действием уменьшения влажности на уменьшение детонации двигателя. На этапе 608, процедура затем предусматривает опережение момента зажигания в сторону МВТ или измененной границы предела детонации во время удаления конденсата (т.е. во время уменьшения уровня конденсата в САС). Например, при выполнении цикла очистки конденсата за счет увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, когда конденсат удаляется в воздухозаборник двигателя, влажность во впускном коллекторе может превышать влажность окружающего воздуха. При работе в таком режиме можно сдвинуть момент зажигания на опережение от первоначальной установки границы предела детонации в сторону МВТ или новой границы предела детонации. Степень опережения зажигания можно регулировать для поддержания крутящего момента двигателя во время выполнения цикла очитки конденсата. Например, степень опережения зажигания моет зависеть от положения педали, скорости двигателя и/или положения дроссельной заслонки. После этого определяют уменьшение крутящего момента в зависимости от опережения зажигания, то есть насколько момент зажигания отстает от МВТ. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, можно использовать для опережения зажигания замкнутую обратную связь от ускорения вращения коленчатого вала, если скорость сгорания мала, и ограничивать опережение зажигания в зависимости от обратной связи в отношении границы диапазона от датчика детонации.
Если на этапе 604 влажность во впускном коллекторе не больше влажности окружающего воздуха, то на этапе 610 определяют, меньше ли влажность во впускном коллекторе, чем влажность окружающего воздуха. Если она меньше, то процедура предусматривает на этапе 612 сдвиг границы предела детонации в сторону замедления. В частности, предел детонации может быть замедлен для компенсации влияния уменьшения влажности на детонацию двигателя. Затем процедура предусматривает сдвиг момента зажигания, в сторону замедления до измененной границы во время накопления конденсата (т.е. во время увеличения уровня конденсата в САС) на этапе 614. Например, в процессе увеличения уровня конденсата (накопления конденсата) в САС момент зажигания может быть задержан по сравнению с первоначальным значением задержки до окончательно, большей степени запаздывания. Степень запаздывания зажигания можно регулировать таким образом, чтобы поддерживать крутящий момент на одном уровне во время накопления конденсата.
Если на этапе 610 влажность во впускном коллекторе не ниже влажности окружающего воздуха, то на этапе 616 может быть определено, равен ли уровень влажности во впускном коллекторе уровню влажности окружающего воздуха. По существу, при установившихся уровнях конденсата в САС, когда уровень конденсата не увеличивается и не уменьшается, оставаясь практически одинаковым, влажность во впускном коллекторе может быть практически равна влажности окружающего воздуха. Если это так, то процедура предусматривает на этапе 618 поддержание первоначальной границы предела детонации. Затем, на этапе 620, момент зажигания поддерживают на уровне границы предела детонации при установившихся уровнях конденсата в САС. После всех регулировок границы предела детонации и момента зажигания процедура завершается.
На Фиг. 7 изображен графический пример профилактической очистки САС с помощью способов, описанных ранее на Фиг. 2-5. На схеме 700 линия 702 отражает пример изменения потока воздуха через двигатель, линия 704 отражает изменение момента зажигания, линия 706 отражает степени, пропускания (открытия) дроссельной заслонки, линия 708 отражает изменяемые фазы газораспределения (VCT), линия 710 отражает уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха (САС CL), линия 712 отражает положение педали (РР), а линия 714 отражает крутящий момент двигателя в зависимости от времени (по оси x). В этом примере, поток воздуха через двигатель увеличивается в зависимости от уровня конденсата в САС, в результате чего активируется процедура очистки (удаления) от конденсата, которая включает в себя процедуру регулировки момента зажигания для поддержания крутящего момента.
До момента времени t1 уровень конденсата в САС (САС CL) возрастает (линия 710), в то время как РР (линия 712), крутящий момент (линия 714), VCT (линия 708), степень пропускания (открытия) дроссельной заслонки (линия 706), момент зажигания (линия 704) и поток воздуха через двигатель (линия 702) остаются относительно постоянными. В момент времени t1 транспортное средство ускоряется от увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, о чем говорит увеличение сигнала положения педали (линия 712). В результате, чтобы компенсировать увеличение крутящего момента, увеличивается степень пропускания (открытия) дроссельной заслонки (линия 706), увеличивая поток воздуха через двигатель (линия 702) и крутящий момент (линия 714). В момент времени t2 поток воздуха через двигатель (линия 702) превышает пороговое значение Т2, что соответствует уровню потока воздуха при продувке САС (т.е. потоку воздуха, выше которого конденсат из САС может быть удален в воздухозаборник двигателя). Таким образом, в момент времени t2 уровень конденсата в САС (линия 710) начинает уменьшаться со скоростью R1 до наступления момента времени t3, когда поток воздуха через двигатель падает ниже Т2, В этом первом примере продувки конденсата при ускорении (участок 716) двигатель работает без пропусков в зажигании, поскольку количество конденсата стало меньше (ниже порогового уровня Т1), Сам по себе пороговый уровень Т1 может соответствовать уровню конденсата, при котором запускается цикл профилактической очитки.
Следует понимать, что в альтернативном примере фактором контроля пропусков зажигания может служить скорость уменьшения уровня конденсата (R1). При этом если общее количество конденсата достаточно мало, скорость его уменьшения может не служить фактором контроля пропусков зажигания. По существу, для регулирования скорости всасывания конденсата двигателем скорость изменения потока воздуха можно уменьшить путем регулировки дроссельной заслонки. Однако это может привести к реальной и воспринимаемой разнице в эксплуатации/ускорении для водителя транспортного средства. Следует понимать, что если автомобиль является гибридным, то для обеспечения необходимого водителю общего крутящего момента можно использовать крутящий момент электродвигателя, контролируя при этом скорость изменения потока воздуха или конденсата через двигатель. В данном случае электромашина гибридного автомобиля будет выдавать, а не поглощать крутящий момент (как например, для профилактической очистки с целью повышения потока воздуха).
В момент времени 13, с течением времени в примере схемы 700, уровень конденсата в САС снова начинает увеличиваться до наступления момента t4, в который он достигает порогового уровня Т1 (линия 710). В этот момент поток воздуха через двигатель находится на уровне между нижним пороговым значением Т5 и верхнем пороговым значением Т2, как в выражении ⎥Поток-Т2⎢<Т3 (линия 702). В данном примере, Т3 является разностью между уровнем Т2 удаления конденсата и пороговым значением Т5 потока воздуха. Так как поток воздуха через двигатель находится в заданном диапазоне пороговых значений (т.е. меньше верхнего порогового значения Т2, но больше нижнего порогового значения Т5), а уровень конденсата в САС превышает пороговое значение Т1, запускается процедура профилактической очистки САС. Соответственно, степень пропускания дроссельной заслонки в момент времени t4 (линия 706) увеличивается, в результате чего поток воздуха через двигатель становится больше порогового значения Т2 (линия 702). В то же время контроллер увеличивается степень запаздывания зажигания на большее значение AS1 (линия 704) для поддержания необходимого крутящего момента на протяжении всей процедуры очистки (линия 714). Уровень конденсата в САС начинает медленно уменьшаться со скоростью R2 (линия 710). Во время второй стадии удаления конденсата (участок 718) скорость удаления R2 меньше скорости удаления R1 (на предыдущей стадии удаления конденсата на участке 716), поскольку поток воздуха через двигатель находится на более низком уровне (L2 на участке 718 по сравнению с L1 на участке 716). Поток воздуха через двигатель (линия 702), момент зажигания (линия 704) и крутящий момент (линия 714) остаются постоянными до наступления момента времени 15, когда уровень конденсата в САС уменьшается до порогового значения Т4 (линия 710). На этом процедура очистки завершается, и все параметры возвращаются к предыдущим или требуемым в данный момент значениям.
Показанная на Фиг. 7 процедура очистки САС, активируемая в момент времени t4 (участок 718), может иметь несколько различных вариантов продолжения в зависимости от режима работы двигателя. На изображенном примере компенсация крутящего момента достигается за счет регулировки только одного рабочего параметра двигателя, а именно, за счет увеличения задержки зажигания (линия 704). Путем задержки момента зажигания крутящий момент остается постоянным независимо от увеличенного потока воздуха. Таким образом, водитель не знает ни о каких изменениях в работе автомобиля, и управляемость автомобиля не ухудшается. При этом, в альтернативных примерах, компенсация крутящего момента может достигаться за счет сочетания регулировки различных исполнительных механизмов двигателя, как это обсуждалось ранее в отношении Фиг. 5 (этап 506). Это исполнительные механизмы могут регулировать параметры управления двигателем, в частности, нагрузку от генератора переменного тока, момент зажигания, VCT и AFR. В частности, несколько этих параметров может быть отрегулировано одновременно для поддержания необходимого крутящего момента в процессе выполнения процедуры очистки. Пример такой процедуры очистки изображен на Фиг. 8.
На Фиг. 8 изображен альтернативный графический пример 800 реализации способов, представленных на Фиг. 2-5. На схеме 800 показаны аналогичные параметры: линия 802 отражает пример изменения потока воздуха через двигатель, линия 804 отражает момент зажигания, линия 806 отражает степень пропускания дроссельной заслонки, линия 808 отражает изменяемые фазы газораспределения (VCT), линия 810 отражает уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха (САС CL), линия 812 отражает положение педали (РР), а линия 814 отражает крутящий момент двигателя в зависимости от времени. Поток воздуха через двигатель увеличивается в зависимости от уровня конденсата в САС, в результате чего активируется процедура очистки, которая включает в себя регулировку момента зажигания и VCT для поддержания крутящего момента.
Схема 800 аналогична схеме 700 до наступления момента времени t4. В момент времени t4 уровень конденсата в САС достигает порогового уровня Т1 (линия 810). В этот момент поток воздуха через двигатель находится на уровне между пороговым значением Т5 и пороговым значением Т2 (линия 802). В результате начинается процедура очистки САС. Степень пропускания дроссельной заслонки в момент времени t4 (линия 806) увеличивается, в результате чего поток воздуха через двигатель становится больше порогового значения Т2 (линия 802). В то лее время контроллер регулирует комбинацию параметров для поддержания необходимого крутящего момента на протяжении всей процедуры очистки.
В отличие от схемы 700, где осуществлялась регулировка только момента зажигания, на схеме 800 показано, что контроллер регулирует и момент зажигания, и VCT. В момент времени t4 момент зажигания запаздывает на меньшую величину AS2 (линия 804) (которая меньше величины задержки зажигания AS1, показанной на схеме 700). В данном примере, поскольку VCT на схеме 800 также запаздывает (линия 808), задержка момента зажигания может составлять на меньшую величину. Т.е. за счет использования одновременной регулировки VCT можно уменьшить задержку момента зажигания при выполнении процедуры очистки. В других примерах в дополнение к данным параметрам или в сочетании с ними для поддержания крутящего момента можно использовать увеличение нагрузки от генератора переменного тока и/или AFR. В момент времени t5 процедура очистки завершается, и все параметры возвращаются к предыдущим или требуемым в данный момент значениям.
На Фиг. 9 изображен графический пример 600 регулировки границы предела детонации и момента зажигания в зависимости от влажности окружающего воздуха и уровня конденсата в САС. На графическом примере 900 линия 904 показывает границу предела детонации, линия 902 отражает изменение момента зажигания, линия 906 отражает изменение влажности во впускном коллекторе двигателя, а линия 910 отражает изменение уровня конденсата в САС.
До наступления момента времени t1 конденсат может накапливаться в САС. Благодаря непрерывному удалению воды из впускного воздуха в охладитель наддувочного воздуха, влажность во впускном коллекторе (линия 906) меньше влажности окружающего воздуха (линия 908). В это время САС работает в первом режиме, при котором уровень конденсата увеличивается (линия 910), что говорит о накоплении конденсата в САС. В результате того, что влажность во впускном коллекторе меньше влажности окружающего воздуха, предел детонации может быть увеличен на запаздывание (линия 904) для компенсации увеличенного эффекта детонации, который может возникать вследствие пониженной влажности во впускном коллекторе. Кроме того, в первом режиме момент зажигания отстает от МВТ для получения измененной границы предела детонации.
В момент времени t1 уровень конденсата, накопленного в САС, может превысить пороговое значение. При нажатии педали газа и соответствующем ускорении автомобиля можно выполнить очистку САС. Благодаря непрерывному удалению воды из охладителя наддувочного воздуха в воздухозаборник двигателя влажность во впускном коллекторе (линия 906) превышает влажность окружающего воздуха (линия 908). Влажность во впускном коллекторе остается выше влажности окружающего воздуха до наступления момента времени t2. В это время САС работает во втором режиме, при котором уровень конденсата уменьшается (линия 910) за счет проведения очистки САС. В результате того, что влажность во впускном коллекторе выше влажности окружающего воздуха, предел детонации может быть уменьшен (линия 904) для компенсации увеличения эффекта детонации, который может возникать из-за повышенной влажности во впускном коллекторе. Кроме того, в результате удаления конденсата контроллер выполняет опережение момента зажигания в сторону МВТ.
После наступления момента времени t2 влажность во впускном коллекторе (линия 906) может быть практически равна или приближена к уровню влажности окружающего воздуха (линия 908). Соответственно, граница предела детонации возвращается к значению МВТ (линия 904). Здесь, после наступления момента времени t2, САС может работать в третьем режиме, при котором уровень конденсата является постоянным (линия 910). В третьем режиме контроллер поддерживает момент зажигания на уровне МВТ (линия 902).
Таким образом, граница предела детонации и момент зажигания можно замедлять во время накопления конденсата в САС и ускорять во время удаления конденсата из САС. За счет регулировки предела детонации и момента зажигания в зависимости от всасывания воды из САС можно уменьшить частоту пропусков зажигания в двигателе и потерю крутящего момента в результате всасывания воды.
На Фиг. 10 и 11 представлены два графических примера регулировки момента зажигания в ответ на удаление конденсата из охладителя наддувочного воздуха для двух различных режимов вождения. На Фиг. 10 удаление конденсата из САС происходит во время профилактического цикла очистки. Этот цикл очистки активируется в зависимости от уровня конденсата в САС, пока смещение положения педали меньше порогового уровня (т.е. не в режиме ускорения). На схеме 1000 линия 1002 показывает изменение положения педали (РР), линия 1004 показывает изменение потока воздуха через впускной коллектор, линия 1006 показывает продувку конденсата, а линия 1008 показывает момент зажигания.
До наступления момента времени t1 удаление конденсата осуществить невозможно, например, так как уровень конденсата в САС меньше порогового значения. В момент времени t1, в результате увеличения уровня, конденсата выше порогового значения запускается процедура удаления конденсата, В частности, активируется процедура профилактической очистки. Соответственно, для удаления конденсата увеличивается поток воздуха через впускной коллектор (например, выше уровня продувочного потока воздуха), как показывает линия 1004. В данном примере увеличение потока воздуха происходит в зависимости от уровня конденсата в САС. Кроме того, поток воздуха увеличивается, несмотря на то, что положение смещение положения педали остается меньше порогового уровня (линия 1002) и от водителя не поступает команды на увеличение крутящего момента. Увеличение потока воздуха обеспечивает возможность удаления конденсата из САС (линия 1006). Поскольку процедура удаления конденсата активируется контролируемым способом (способ 400) в зависимости от уровня конденсата и пороговых значений потока воздуха, за цикл работы двигателя удаляется меньшее количество конденсата, а дальнейшая очистка выполняется в течение более продолжительного периода времени. В результате увеличения времени для удаления конденсата на более низкой скорости очистки (т.е. при более низком объеме очистки за цикл) момент зажигания (линия 1008) отстает от МВТ. В данном примере задержка момента зажигания используется для поддержания постоянного крутящего момента. В момент времени t2 цикл очистки конденсата завершается из-за возврата уровня конденсата к уровню ниже порогового значения. Соответственно, в момент времени t2 расход воздуха уменьшается до первоначального значения (линия 1004), и цикл очистки завершается (линия 1006). Момент зажигания возвращается к значению МВТ (линия 1008).
На Фиг. 11 показано, как удаление конденсата из САС происходит при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах (ускорении транспортного средства), что соответствует увеличению смещения положения педали. Удаление конденсата из САС происходит при увеличении потока воздуха через впускной коллектор, возникающем в результате увеличения нагрузки на двигатель. На схеме 1100 линия 1102 показывает положение педали (ее смещение), линия 1104 показывает поток воздуха через впускной коллектор, линия 1106 показывает удаление конденсата, а линия 1108 показывает момент зажигания.
До наступления момента времени t11 удаление конденсата осуществить невозможно, например, так как уровень конденсата в САС меньше порогового значения. В момент времени t11, поток воздуха через впускной коллектор поднимается выше уровня продувочного потока воздуха (линия 1104) в ответ на изменение положения педали выше порогового значения, что соответствует увеличению нагрузки на двигатель при неизменных оборотах (линия 1102). В результате увеличения потока воздуха происходит удаление конденсата из САС (линия 1106). Поскольку удаление конденсата происходит при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, за цикл работы двигателя удаляется большее количество конденсата в течение менее продолжительного периода времени. В результате ускорения удаления конденсата на более высокой скорости очистки (т.е. при более высоком объеме очистки за цикл) происходит опережение момента зажигания (линия 1008) в сторону МВТ. В данном примере опережение момента зажигания используется для уменьшения вероятности возникновения пропусков в зажигании и для увеличения крутящего момента двигателя. В момент времени t12 положение педали уменьшается (линия 1102), и увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах завершается. Расход воздуха возвращается к первоначальному, более низкому значению и объем удаляемого конденсата уменьшается (линия 1106). Момент зажигания также возвращается к первоначальному значению (линия 1108).
Таким образом, может происходить удаление конденсата из САС во впускной коллектор одновременно с регулировкой момента зажигания в зависимости от объема конденсата, удаляемого за один цикл. Объем конденсата, удаляемого за один цикл, может зависеть от внешних условий и от режима работы двигателя, в том числе от температуры и влажности окружающего воздуха, содержания отработавших газов во всасываемом воздухе, массового потока воздуха и температуры на выходе САС. Объем конденсата, удаляемого за один цикл, может также зависеть от положения педали. Например, объем конденсата, удаляемого за один цикл, может увеличиваться по мере нажатия педали дальше порогового уровня (например, при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах) и увеличения массового потока воздуха. Опережение или запаздывание момента зажигания может происходить в зависимости от характера очистки, например, в зависимости от того, осуществляется ли очистка при ускорении автомобиля, или же является профилактической. В примере с очисткой при ускорении, при большом объеме конденсата, удаляемого за один цикл (например, выше порогового значения), может происходить опережение момента зажигания. Степень опережения момента зажигания может зависеть от положения педали (например, степень ускорения автомобиля) и от крутящего момента, которого хочет достичь водитель. В другом примере, степень опережения момента зажигания может изменяться по отношению к базовому значению в зависимости от расчетной скорости всасывания конденсата или скорости измерения степени всасывания конденсата (например, определенной по показаниям датчика концентрации кислорода на впуске). В данном примере, обратная связь от датчика концентрации кислорода на впуске может обеспечивать возможность оценки количества воды на впуске. В другом примере, во время профилактической очистки САС, когда объем конденсата, удаляемого за один цикл, меньше (например, ниже порогового значения), может быть выполнена задержка момента зажигания для поддержания постоянного крутящего момента двигателя во время увеличения потока воздуха.
Как описано выше, удаление конденсата из САС может происходить за счет увеличения потока воздуха на впускной коллектор двигателя. Поток воздуха может быть увеличен до уровня продувочного потока воздуха в результате нажатия водителем педали газа для ускорения или периодически проводимого профилактического цикла очистки конденсата. Во время продувки конденсата исполнительные механизмы двигателя могут быть отрегулированы таким образом, чтобы поддерживать необходимый крутящий момент. Регулировки исполнительных механизмов двигателя могут включать в себя регулировку момента зажигания, VCT, нагрузки от генератора переменного тока и AFR. При регулировке исполнительных механизмов двигателя для поддержания необходимого крутящего момента водитель может не заметить увеличения потока воздуха для продувки САС. Регулировка момента зажигания может также зависеть от уровня конденсата в САС, влажности во впускном коллекторе, влажности окружающего воздуха и скорости удаления конденсата из САС. В частности, опережение момента зажигания может происходить во время продувки САС при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах для компенсации повышенной влажности, из-за которой может уменьшаться скорость горения и риск детонации. За счет опережения момента зажигания повышается стабильность сгорания и уменьшается риск пропусков в зажигании. Расчеты объема конденсата в САС могут быть также использованы для выявления необходимости выполнения цикла очистки. Если соблюдены все условия эксплуатации двигателя и пороговые значения потока воздуха через двигатель, то может быть активирован цикл очистки. Таким образом, выполнение периодических циклов очистки конденсата может способствовать предотвращению всасывания большого объема конденсата единовременно и пропусков в зажигании. Используя способы регулировки момента зажигания в процесс накопления и удаления конденсата, можно уменьшить вероятность возникновения пропусков в зажигании.
Специалисту в данной области техники понятно, что описанные в настоящей заявке процедуры могут представлять собой одну или несколько процедур очистки САС с использованием различных параметров управления исполнительными механизмами двигателя. В связи с этим, различные действия, операции или функции, можно выполнять последовательно, параллельно или в некоторых случаях пропускать. Описанная последовательность процесса не является необходимой для достижения вышеизложенных свойств, особенностей и преимуществ, а приведена исключительно для наглядности и простоты понимания. Хотя это специально не указано, одно или несколько из представленных действий или функций могут быть повторены, в зависимости от конкретной выбранной стратегии.