СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ) И СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF CONTROLLING POWER UNIT OF HYBRID VEHICLE (VERSIONS) AND POWER UNIT OF HYBRID VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение.
Настоящее изобретение относится к способам и системам для улучшения продувки из двигателя рециркуляции отработавших газов (РОГ) низкого давления при работе на малых нагрузках.
Уровень техники и сущность изобретения
Системы рециркуляции отработавших газов (РОГ) обеспечивают рециркуляцию части отработавшего газа из выпускного тракта двигателя во впускной тракт двигателя с целью улучшения показателей экономии топлива и снижения токсичных выбросов за счет снижения потерь на дросселирование и температур горения. В двигателях с турбонаддувом и прямым впрыском топлива может быть предусмотрен контур РОГ низкого давления (РОГ-НД). Контур РОГ-НД обеспечивает рециркуляцию отработавших газов из выпускного канала после турбины во впускной канал перед компрессором турбонагнетателя.
Однако, из-за того, что подача РОГ производится в точку перед компрессором, может иметь место значительная задержка транспортировки между клапаном РОГ и камерой сгорания. В частности, остаткам отработавших газов может потребоваться пройти через компрессор турбонагнетателя, тракт высокого давления системы впуска, охладитель наддувочного воздуха, и впускной коллектор, прежде чем газы попадут в камеру сгорания. В результате такой задержки транспортировки, в условиях, когда РОГ требуется быстро уменьшить, например, при отпускании педали акселератора для перехода к условиям малой нагрузки, разбавление во впускном тракте может оказаться большим, чем требуется. Увеличенное разбавление впускаемого воздуха при низких нагрузках может увеличить вероятность возникновения проблем, связанных с горением воздушно-топливной смеси и предрасположенность к пропускам зажигания в двигателе.
Один из примеров подхода к решению проблемы лишних остатков показан Ма и др. (Ma et al.) в документе US 6014959. Там между дросселем РОГ и основным
дросселем воздухозаборника обеспечено жесткое соединение таким образом, что движения дросселя РОГ подчиняются движениям основного дросселя. Это позволяет всегда обеспечивать фиксированные пропорции разбавления РОГ относительно расхода впускаемого воздуха.
Однако авторы настоящей заявки обнаружили потенциальные недостатки такого подхода. Например, задержка транспортировки может быть недостаточно исправлена, в то время как преимущества РОГ-НД по экономии топлива будут ограничены. Например, привязка разбавления РОГ к расходу впускного воздушного потока может привести к подаче РОГ-НД в некоторых точках низкой нагрузки, где РОГ не дает какой-либо экономии топлива. В некоторых случаях подача РОГ-НД в точке низкой нагрузки может даже привести к повышенному расходу топлива. Поэтому в таких системах может не иметься возможности быстрой продувки РОГ-НД из впускной системы без того, чтобы не повлиять на расход воздуха. Другим примером может служить то, что точки низкой нагрузки могут ограничивать подачу РОГ в точках более высокой нагрузки, так как это точки, где система сгорания наиболее ограничена по разбавлению. Поэтому это может ограничить пиковые расходы РОГ, достижимые при высоких нагрузках. Присутствие излишнего разбавления во впускной системе двигателя также может подвергнуть компрессор воздействию коррозии и конденсации из-за заторможенности РОГ. Кроме того, из-за протекания РОГ через охладитель воздуха наддува, в этом охладителе может возникнуть интенсивное конденсатообразование. Интенсификация конденсатообразования может потребовать дополнительных мер противодействия ему.
Авторы изобретения выяснили, что, по меньшей мере, некоторые из вышеуказанных проблем могут быть решены за счет эксплуатации системы гибридного транспортного средства в режиме зарядки аккумуляторной батареи для быстрой продувки РОГ-НД. В одном примере это достигается способом для системы гибридного транспортного средства, включающим в себя следующее: в ответ на снижение требуемого крутящего момента двигателя при работе двигателя с РОГ, отключают РОГ и до тех пор, пока РОГ во впускном тракте двигателя не станет меньше порогового значения, поддерживают работу двигателя с отключенной РОГ и заряжают аккумуляторную батарею системы за счет избыточного крутящего момента, создаваемого двигателем. Таким способом можно быстро продуть РОГ-НД, не влияя на крутящий момент, передаваемый на колеса.
Например, в условиях от средних до высоких нагрузок система гибридного транспортного средства может работать в режиме двигателя с сжиганием топлива в двигателе для обеспечения крутящего момента для приведения в движение колес транспортного средства. Кроме того, при работе в режиме двигателя, РОГ низкого давления (РОГ-НД) может течь из выпускного тракта двигателя во впускной тракт двигателя, чтобы обеспечивать дополнительную экономию топлива и уменьшение выбросов. В ответ на отпускание педали акселератора для перехода к низкой нагрузке, РОГ может быть отключена путем закрывания клапана РОГ в канале РОГ-НД. Если двигатель работает с закрытым клапаном РОГ, то РОГ во впускном тракте может быть быстро замещена свежим впускаемым воздухом. При работе двигателя, создаваемый двигателем крутящий момент, как таковой, может превышать требуемый крутящий момент. Создаваемый двигателем избыточный крутящий момент можно запасать в аккумуляторной батарее системы, если батарея обладает достаточной емкостью для приема заряда. Избыточный крутящий момент двигателя можно использовать, например, для приведение в действие электромотора/генератора, которые связаны с аккумуляторной батареей. Работа двигателя и процесс зарядки аккумуляторной батареи могут продолжаться до тех пор уровень РОГ-НД не станет ниже порогового значения (например, пока вся РОГ-НД не будет замещена свежим впускаемым воздухом). Затем двигатель внутреннего сгорания может быть выключен, и автомобиль можно приводить в движение за счет крутящего момента электромотора.
Таким образом можно ускорить продувку РОГ из впускного тракта двигателя. За счет работы двигателя с закрытым клапаном РОГ, Рог во впускном тракте можно заменить впускаемым воздухом. Кроме того, повышенный крутящий момент двигателя может быть с успехом использован для зарядки аккумуляторной батареи системы. Это позволяет при продувке РОГ держать повышенный крутящий момент двигателя и повышенный заряд батареи. За счет быстрого снижения уровня РОГ во впускном тракте в условиях низкой нагрузки, более высокие расходы РОГ могут быть получены при последующем перезапуске двигателя. Это существенно увеличивает КПД двигателя, особенно в областях значений характеристики «скорость-нагрузка» двигателя от средних до высоких. За счет замещения РОГ свежим воздухом увеличивается испарение воды и углеводородных конденсатов, что снижает их концентрацию в двигателе, и необходимость принятия мер, противодействующих конденсации. Кроме того, уменьшение конденсации снижает вероятность коррозии и ухудшения показателей компрессора и охладителя наддувочного воздуха. В целом, показатели двигателя с наддувом улучшаются.
Следует понимать, что раскрытая выше сущность изобретения приведена с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые определяются исключительно формулой изобретения, которая приведена после подробного раскрытия изобретения. Более того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых выше или в любой части данного описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически изображена система гибридного электромобиля.
На фиг. 2 схематически изображена камера сгорания системы двигателя по фиг. 1.
На фиг. 3 изображен пример системы двигателя, выполненной с возможностью осуществления рециркуляции отработавших газов (РОГ).
На фиг. 4 показана блок-схема высокого уровня управления показанным на фиг. 1 гибридным транспортным средством с целью ускорения продувки РОГ низкого давления.
На фиг. 5 показаны примеры схем работы РОГ в выбранных условиях «скорость-нагрузка» двигателя.
На фиг. 6 показан пример действий двигательной системы гибридного электромобиля по ускорению продувки РОГ (EGR) в соответствии с настоящим раскрытием.
Подробное раскрытие изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам использования электромотора/генератора гибридного транспортного средства (например, транспортного средства, показанного на фиг. 1) для ускорения продувки РОГ из двигателя (например, из системы двигателя, показанной на фиг. 2 и фиг. 3) в условиях низкой нагрузки. При эксплуатации гибридного транспортного средства в режиме двигателя при наличии РОГ, в ответ на снижение нагрузки двигателя, может потребоваться быстрое снижение подачи РОГ в двигатель. Для таких условий может быть предусмотрен контроллер, способный выполнять алгоритм управления, пример которого приведен на фиг. 4, для прекращения подачи топлива в двигатель и продвижения транспортного средства за счет электромотора. Кроме того, за счет крутящего момента электромотора контроллер может обеспечивать вращение двигателя без топлива в течение промежутка времени, требующегося для достаточной продувки РОГ из впускного коллектора двигателя. В альтернативном варианте, если аккумуляторная батарея системы транспортного средства способна подзаряжаться, то контроллер может отключить РОГ и эксплуатировать двигатель с закрытым клапаном РОГ, сохраняя излишки выработанного крутящего момента в виде заряда аккумуляторной батареи. Примеры регулировок показаны со ссылкой на фиг. 6. Таким образом, при последующем запуске двигателя, могут быть достигнуты более высокие расходы РОГ, в частности, в условиях значений характеристики «скорость-нагрузка» двигателя от средних до высоких (фиг. 5). В целом повышаются эксплуатационные качества двигателя.
На фиг. 1 показана гибридная двигательная система 100 для транспортного средства. В показанном варианте осуществления, транспортное средство является гибридным электромобилем (ГЭМ). Двигательная система 100 содержит двигатель 10 внутреннего сгорания, имеющий несколько цилиндров 30. Топливо в каждый цилиндр двигателя 10 может подаваться из топливной системы (не показана), имеющей один или несколько топливных баков, один или несколько топливных насосов и топливные форсунки 66.
Двигатель подает мощность на трансмиссию 44 через входной вал 18 передачи крутящего момента. В приведенном примере трансмиссия является трансмиссией с разветвленным потоком мощности (или трансосью), содержащей планетарную коробку передач 22 и один или несколько вращающихся зубчатых элементов. Трансмиссия 44 также содержит электрический генератор 24 и электрический мотор 26. Электрический генератор 24 и электромотор 26 могут также называться электрическими машинами, так как каждый из них может работать как электромотором, так и генератором. Крутящий момент от трансмиссии 44 передается на ведущие колеса 52 транспортного средства для приведения их в движение через силовую зубчатую передачу 34, выходной вал 19 передачи крутящего момента и узел 36 дифференциал-ось.
Генератор 24 приводным образом присоединен к электромотору 26 так, чтобы и электрический генератор 24 и электромотор 25 могли работать, используя энергию устройства накопления электрической энергии, здесь изображенного в виде аккумуляторной батареи 54. В некоторых вариантах осуществлениях между аккумуляторной батареей и двигателем, связывая их, можно установить устройство преобразования энергии, например, инвертор для преобразования постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный ток для использования его электромотором. Однако в альтернативных вариантах осуществления, инвертор может быть выполнен в электромоторе.
Электромотор 26 может работать в регенеративном режиме, то есть, как генератор, чтобы поглощать энергию движения транспортного средства и/или работы двигателя и преобразовывать поглощенную кинетическую энергию в ту форму энергии, которая позволит накапливать ее в аккумуляторной батарее 54. Кроме того, электромотор 26 может использоваться как мотор или генератор, как потребуется, для увеличения или поглощения крутящего момента, вырабатываемого двигателем.
Планетарная коробка передач 22 содержит коронную шестерню 42, солнечную шестерню 43 и узел 46 планетарного водила. Коронная шестерня 42 и солнечная шестерня 43 могут быть связаны друг с другом посредством водила. Первая входная сторона планетарной коробки передач 22 связана с двигателем 10, в то время как вторая входная сторона планетарной коробки передач 22 связана с генератором 24. Выходная сторона планетарной коробки передач связана с ведущими колесами 52 транспортного средства через силовую зубчатую передачу 34, содержащую один или более находящихся в зацеплении зубчатых элементов 60-68. В одном примере, находящиеся в зацеплении зубчатые элементы могут быть шестернями ступенчатого изменения передаточного числа, а узел 46 водила может распределять крутящий момент на шестерни ступенчатого изменения передаточного числа. Зубчатые элементы 62, 64 66 установлены на промежуточном валу 17, причем зубчатый элемент 64 входит в зацепление с ведомым электромотором зубчатым элементом 70. Электромотор 26 приводит в движение зубчатый элемент 70, который подает входной крутящий момент на шестерни промежуточного вала. Таким образом, водило 46 планетарной передачи (и, следовательно, двигатель и генератор) могут быть связаны с колесами транспортного средства и с электромотором посредством одного или нескольких зубчатых элементов. Гибридная движущая система 100 может эксплуатироваться в различных вариантах осуществления, включая полностью гибридную систему, в которой транспортное средство приводится в движение двигателем и генератором только совместно, или только электромотором или в комбинации. Альтернативно, также могут использоваться вспомогательные, или мягкие, гибридные варианты осуществления, в которых двигатель является основным источником крутящего момента, а электромотор селективно добавляет крутящий момент в определенных условиях, например, при нажатии на педаль акселератора.
Например, транспортное средство может приводится в движение в режиме двигателя когда двигатель 10 работает совместно с электрическим генератором (который подает реактивный крутящий момент на планетарную коробку передач и обеспечивает чистый выходной планетарный крутящий момент для продвижения транспортного средства) и используется в качестве основного источника крутящего момента для снабжения мощностью колес 52 (генератор также может снабжать колеса крутящим моментом в режиме вращения двигателя электромотором). В режиме двигателя топливо может подаваться в двигатель 10 из топливного бака через топливную форсунку 66, так что снабжаемый топливом двигатель может вращаться для обеспечения крутящего момента для продвижения транспортного средства. В частности, мощность двигателя подается на коронную шестерню 42. Одновременно, генератор подает крутящий момент на солнечную шестерню 43, подавая реактивный крутящий момент на двигатель. Следовательно, крутящий момент подается водилом планетарной передачи на шестерни 62, 64, 66 промежуточного вала 17, который, в свою очередь, подает мощность на колеса 52. Дополнительно, двигатель может работать для выдачи большего крутящего момента, чем нужно для продвижения транспортного средства, и в этом случае дополнительная мощность поглощается генератором (в режиме генерирования) для зарядки аккумуляторной батареи 54 или снабжения электропитанием других нагрузок транспортного средства.
В другом примере, транспортное средство может продвигаться во вспомогательном режиме, в котором двигатель 10 работает и используется в качестве основного источника крутящего момента для колес 52, а электромотор используется в качестве дополнительного источника крутящего момента для действия совместно с двигателем 10, добавляя свой крутящий момент к крутящему моменту двигателя. Как в режиме двигателя, так и во вспомогательном режиме, топливо подается в двигатель 10, чтобы он вращался, сжигая топливо и подавая крутящий момент на колеса транспортного средства.
Еще в одном примере, транспортное средство может приводиться в движение в режиме отключенного двигателя или электрическом режиме, когда запитываемый от аккумуляторной батареи электромотор 26 работает и используется в качестве единственного источника крутящего момента для ведущих колес 52. Следовательно, в электрическом режиме, топливо может не подаваться в двигатель, независимо от того, вращается он или нет. Электрический режим может использоваться, например, при торможении, на малых скоростях, при малых нагрузках, при остановках на светофорах и т.п. В частности, мощность электромотора подается на зубчатый элемент 70, который, в свою очередь, приводит в действие зубчатые элементы на промежуточном валу 17, и, следовательно, приводит в действие колеса 52.
Движущая система 100 также может содержать систему управления, включающую в себя контроллер 12, предназначенный для приема информации от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрываются в настоящем документе) и посылать сигналы управления множеству исполнительных устройств (различные примеры которых раскрываются в настоящем документе). В одном примере, датчики 16 могут включать в себя различные датчики температуры и давления, датчик уровня топлива, различные датчики отработавших газов и т.п.Различные исполнительные устройства могут включать в себя, например, коробку передач, топливные форсунки (не показаны) цилиндров, впускной воздушный дроссель, связанный с впускным воздушным коллектором (не показан) двигателя и т.п. Дополнительные датчики и исполнительные устройства показаны на фиг. 2 и фиг. 3. Контроллер 12 может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и активировать исполнительные устройства в ответ на результат обработки входных данных согласно инструкции или коду, запрограммированному в нем в соответствии с одним или несколькими алгоритмами. Пример алгоритма управления описывается здесь со ссылкой на фиг. 4.
На фиг. 2 изображен пример осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 (с фиг. 1). Двигатель 10 может получать управляющие параметры от системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством команды водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В настоящем примере, устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 30 (в настоящем документе также называемый «камерой сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры и расположенный внутри поршень 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 через трансмиссионную систему может быть связан с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства. Кроме того, для запуска двигателя 10 в работу с коленчатым валом 140 через маховик может быть связан двигатель стартера. В частности, генератор 24 (изображенный на фиг. 1) и линия привода, включающая в себя электромотор 26 (по фиг. 1) могут быть связаны с коленчатым валом и обеспечивать крутящий момент для запуска двигателя.
Цилиндр 30 может получать впускаемый воздух через серию впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10, а не только с цилиндром 30. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут содержать нагнетательное устройство, например, турбонагнетатель или механический нагнетатель. Например, на фиг. 2 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и с выпускной турбиной 176, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174, по меньшей мере, частично, может получать мощность от выпускной турбины 176 через вал 180, если нагнетательное устройство выполнено в виде турбонагнетателя. Однако в других примерах, например, там, где двигатель 10 снабжен механическим нагнетателем, выпускная турбина 176 может быть опционально исключена, и тогда компрессор 174 может получать механическую мощность от работающего двигателя или электромотора. Для расхода и/или давления подаваемого в цилиндры двигателя впускаемого воздуха вдоль по длине впускного канала может быть установлен дроссель 20, содержащий дроссельную заслонку 164. Например, дроссель 20 может быть расположен после компрессора 174, как показано на фиг. 2, или, альтернативно, он может быть расположен перед компрессором 174. В некоторых вариантах осуществления, что видно на фиг. 3, охладитель воздуха наддува (ОВН) может быть расположен после компрессора 174 и перед дросселем 20 для охлаждения сжатого воздуха наддува, подаваемого в двигатель. Альтернативно, ОВН может быть расположен после дросселя, интегрированного во впускной коллектор 146.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы от других цилиндров двигателя 10, а не только от цилиндра 30. Показано, что перед системой 178 снижения токсичности выбросов к выпускному каналу 148 присоединен датчик 128 отработавших газов. Датчик 128 может представлять собой любой подходящий датчик для измерения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик или универсальный, или широкополосный, датчик содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, от англ. Universal Exhaust Gas Oxygen), показанный кислородный датчик с двумя состояниями (EGO, от англ. Exhaust Gas Oxygen), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (HEGO, от англ. Heated Exhaust Gas Oxygen), датчик NOx, НС или СО. Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности выбросов или сочетание указанных устройств.
Температура отработавших газов может оцениваться одним или несколькими температурными датчиками (не показаны), расположенными в выпускном канале. В альтернативном варианте, температура отработавших газов может рассчитываться по условиям работы двигателя, таким как скорость, нагрузка, воздушно-топливное соотношение (ВТС (AFR)), установка момента зажигания и т.п.Кроме того, температура отработавших газов может быть вычислена одним или несколькими датчиками 128 отработавших газов. Следует понимать, что температура отработавших газов альтернативно может быть оценена любым сочетанием из перечисленных здесь способов оценки температуры.
Каждый цилиндр двигателя 10 может иметь в своем составе один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 30 показан имеющим по меньшей мере один тарельчатый впускной клапан 150 и по меньшей мере один тарельчатый выпускной клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, в том числе и цилиндр 30, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может осуществляться контроллером 12 путем приведения в действие кулачка посредством системы 151 привода кулачка. Аналогичным образом управление выпускным клапаном 156 может осуществляться контроллером 12 путем приведения в действие кулачка посредством системы 153 привода кулачка. Каждая из систем 151 и 153 привода кулачка может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из систем: систему переключения профилей кулачков (CPS, от англ. Cam Profile Switching), регулируемую установку фаз кулачкового распределения (VCT, от англ. Variable Cam Timing), регулируемую установку фаз клапанного распределения (WT, от англ. Variable Valve Timing) и/или регулирование высоты подъема клапанов (WL, от англ. Variable Valve Lift) которые может использовать контроллер 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками 155, 157 положения клапана соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной и/или выпускной клапан может управляться приведением в действие электрического клапана. К примеру, цилиндр 30 в альтернативном осуществлении может содержать впускной клапан, управляемый приведением в действие электрического клапана, и выпускной клапан, управляемый приведением в действие кулачка с привлечением систем CPS и/или VCT. В иных вариантах осуществления также возможно, чтобы впускной и выпускной клапаны управлялись общим клапанным приводным механизмом или приводной системой или приводным механизмом или приводной системой переменного газораспределения.
Цилиндр 30 может характеризоваться степенью сжатия, которая является отношением объемов при нахождении поршня 138 в нижней и верхней мертвой точках. Обычно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 13:1. Однако в некоторых примерах с использованием топлива разных видов степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании более высокооктанового топлива или топлива с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может также увеличиваться при использовании прямого впрыска вследствие его влияния на работу двигателя с детонацией.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может иметь в своем составе свечу 192 зажигания, инициирующую горение. Система зажигания 190 может подавать искру зажигания в камеру сгорания 30 посредством свечи 192 зажигания в ответ на получение от контролера 12 сигнала опережения зажигания (ОЗ) в определенных режимах работы. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления свечу 192 зажигания не устанавливают, так что двигатель 10 может инициировать горение путем самовоспламенения или впрыска топлива, как это происходит в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более форсунками, подающими в него предупреждающую детонацию или калильное зажигание жидкость. В некоторых вариантах осуществления, жидкость может быть топливом, причем форсунка также называется топливной форсункой. В качестве неограничивающего примера цилиндр 30 показан с одной топливной форсункой 166. Топливная форсунка 166 показана связанной напрямую с цилиндром 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала (ШИС), получаемого от контроллера 12 через электронный привод 168. При этом топливная форсунка 166 осуществляет «прямой впрыск» (в настоящем документе также называемый «ПВ») топлива в камеру сгорания 30. Хотя на фиг.2 топливная форсунка 166 показана в виде боковой топливной форсунки, она может также располагаться сверху поршня, например, вблизи местоположения свечи 192 зажигания. Из-за меньшей летучести некоторых видов спиртового топлива при таком расположении может улучшаться смешивание и сгорание при эксплуатации двигателя на спиртовом топливе. В другом варианте для улучшения смешивания топливная форсунка может располагаться выше впускного клапана и вблизи него.
Топливо может подаваться к топливной форсунке 166 из топливной системы 8 высокого давления, имеющей в своем составе топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. Или же топливо может подаваться одноступенчатым топливным насосом при более низком давлении, и в этом случае установка фаз газораспределения прямого впрыска топлива на такте сжатия может быть более ограниченной по сравнению с топливной системой высокого давления. Кроме этого, хотя это и не показано на иллюстрациях, топливные баки могут быть оснащены первичным преобразователем давления, подающим сигнал в контроллер 12. Следует понимать, что в альтернативных осуществлениях форсунка 166 может быть форсункой, подающей топливо во впускные каналы перед цилиндром 30.
Как описано выше, на фиг. 2 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Следовательно, каждый цилиндр может аналогично содержать свой собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.п.
Топливные баки в топливной системе 8 могут вмещать топливо с различными качествами, например, с разным составом. Эти различия могут касаться различного содержания спирта, различных октановых чисел, различного тепла испарения, различных смесей топлива и/или сочетаний перечисленного и т.п. В одном примере, топлива с различным содержанием спирта могут отличаться друг от друга тем, что одно топливо будет бензином, а другое топливо будет этанолом или метанолом. В другом примере двигатель может использовать бензин как первое вещество, а топливную смесь Е85 (содержащую примерно 85% этанола и 15% бензина) или топливную смесь М85 (содержащую примерно 85% метанола и 15% бензина) - как второе вещество. Другие спиртосодержащие топлива могут быть смесью спирта и воды, смесью спирта, воды и бензина и т.п.
Кроме того, в раскрываемых вариантах осуществления, система рециркуляции отработанных газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавшего газа из выпускного канала 148 в канал 142 воздухозабора. На фиг.2 показана система РОГ низкого давления (РОГ-НД), в которой поток рециркуляции отработавших газов низкого давления направляется через канал 240 РОГ-НД из точки после турбины 176 в точку перед компрессором 174. Объем РОГ-НД, подаваемый во впускной канал 142 может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 242 РОГ-НД. Аналогичным образом, может существовать система рециркуляции отработавших газов высокого давления (РОГ-ВД) (показано на фиг. 3), в которой поток отработавших газов высокого давления направляют через канал РОГ-ВД из точки перед турбиной 176 в точку после компрессора 174. Объем РОГ-ВД, подаваемый во впускной канал 146, может регулироваться контроллером 12 посредством специально выделенного клапана РОГ-ВД. Система РОГ-ВД может включать в себя охладитель РОГ-ВД (смотри фиг. 3), а система РОГ-НД может включать в себя охладитель 246 РОГ-НД для передачи тепла газов РОГ, например, охлаждающему агенту двигателя.
2
В некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры смеси воздуха и топлива внутри камеры сгорания 30. Поэтому, может быть желательным измерение или оценка массового расхода РОГ. Датчики РОГ могут быть расположены внутри каналов РОГ и могут обеспечивать индикацию одного или нескольких из следующих параметров: массовый расход, температура, концентрация O и концентрация отработавшего газа. В некоторых вариантах осуществления, один или более датчиков могут располагаться в канале 240 РОГ-НД для обеспечения индикации одного или нескольких из следующих параметров: давление, температура и воздушно-топливное соотношение отработавшего газа, который направляют на рециркуляцию через канал РОГ-НД. Отработавший газ, отводимый по каналу 240 РОГ-НД, может быть разбавлен свежим впускаемым воздухом в точке смешивания, расположенной на стыке канала 240 РОГ-НД и впускного канала 142. В частности, разбавление РОГ можно регулировать, регулируя клапан 242 РОГ-НД совместно с дроссельным клапаном 230 воздухозаборной системы низкого давления (ВЗС НД) (подробнее показанной на фиг. 3).
Процент разбавления потока РОГ-НД может быть получен на основании выходного сигнала датчика 245, находящегося в газовой струе РОГ. В частности, датчик 245 может быть расположен после клапана 242 РОГ-НД, что обеспечит точное определение разбавления РОГ-НД. Например, датчик 245 может быть датчиком перепада давления РОГ на мерном отверстии, датчиком перепада давления РОГ на клапане или пленочным или проволочным термоанемометрическим расходомером. Для измерения РОГ в основном впускном канале 142 или 144 может быть использован кислородный датчик, например, кислородный датчик 372 типа UEGO.
Контроллер 12 на фиг. 2 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106, порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде чипа постоянного запоминающего устройства 110, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую память 114, и шину данных. Дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, и эти сигналы могут включать в себя параметры массового расхода воздуха (МРВ) на впуске от датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающего агента двигателя (ТОАД) от температурного датчика 116, связанного с охлаждающей рубашкой 118; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140, положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя, сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) отдатчика 124, сигнал воздушно-топливного соотношения (ВТС) в цилиндре от кислородного датчика EGO 128 и сигнала нарушения горения от датчика детонации. Сигнал скорости вращения двигателя (об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 на основании сигнала ПЗ. Сигнал АДК давления в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для обеспечения индикации разрежения или давления во впускном коллекторе.
Носитель информации - постоянное запоминающее устройство 110 может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими собой команды, исполняемые микропроцессорным устройством 106 для реализации способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются.
На фиг. 3, проиллюстрирован пример осуществления системы 300 двигателя 10 (такой как система двигателя на фиг. 1 и 2), включающей в себя несколько рядов цилиндров и систему рециркуляции отработавших газов. Вариант осуществления 300 представляет собой систему двигателя с турбонаддувом, содержащую многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания с двумя турбонагнетателями 320 и 330. В качестве одного из неограничивающих примеров, система 300 двигателя может являться частью движущей системы пассажирского транспортного средства. Система 300 двигателя может получать впускаемый воздух через впускной канал 340. Впускной канал может содержать воздушный фильтр 356 и дроссельный клапан 230 РОГ. Система 300 двигателя может быть разделенной системой, в которой после дроссельного клапана 230 РОГ впускной тракт 340 разветвляется на два параллельных впускных канала, каждый из которых содержит компрессор турбонагнетателя. В частности, по меньшей мере, часть впускаемого воздуха направляют на компрессор 320 турбонагнетателя по первому параллельному впускному каналу 342, а, по меньшей мере, другую часть впускаемого воздуха направляют на компрессор 332 турбонагнетателя 330 по второму параллельному впускному каналу 344 впускного канала 340.
Первую часть всего впускаемого воздуха, сжимаемую компрессором 322, можно подать во впускной коллектор 360 по первому разветвленному параллельному впускному каналу 346. При этом впускные каналы 342 и 346 образуют первую параллельную ветвь воздухозаборной системы двигателя. Аналогичным образом, вторую часть общего впускаемого воздуха двигателя можно сжать компрессором 332, направив затем во впускной коллектор 360 по второму разветвленному параллельному впускному коллектору 348. Таким образом, впускные каналы 344 и 348 образуют вторую параллельную ветвь воздухозаборной системы двигателя. Как показано на фиг. 3, впускаемый воздух из впускных каналов 346 и 348 может быть снова объединен посредством общего впускного канала 349 до достижения впускного коллектора 360, откуда впускаемый воздух может быть подан в двигатель.
Первый дроссельный клапан 230 РОГ может быть размещен во впускном канале двигателя перед первым и вторым параллельными впускными каналами 342 и 344, в то время как второй дроссельный клапан 358 впускаемого воздуха может быть размещен во впускном канале двигателя после первого и второго параллельных впускных каналов 342 и 344, и после первого и второго параллельных разветвленных впускных каналов 346 и 348, например, в общем впускном канале 349.
В некоторых примерах впускной коллектор 360 может содержать датчик 382 давления во впускном коллекторе для оценки давления в коллекторе (АДК) и/или датчик 383 температуры во впускном коллекторе для оценки температуры воздуха в коллекторе (ТВК), причем каждый из датчиков обменивается информацией с контроллером 12. Впускной канал 349 может включать в себя охладитель 354 воздуха наддува (ОВН) и/или дроссель (например, такой как второй дроссельный клапан 358). Положение дроссельного клапана 358 можно регулировать системой управления посредством исполнительного устройства (не показано) дросселя, коммуникативно связанного с контроллером 12. Может иметься противопомпажный клапан 352, предназначенный для избирательного обеспечения рециркуляции потока через ступени компрессора турбонагнетателей 320 и 330 посредством рециркуляционного канала 350. В качестве одного из примеров, противопомпажный клапан 352 может открываться, чтобы пропускать поток через рециркуляционный канал 350 тогда, когда давление впускаемого воздуха перед компрессорами достигнет порогового значения.
Воздушный канал 349 может также содержать кислородный датчик 372 для впускаемого газа. В одном примере, кислородный датчик является датчиком типа UEGO. Кислородный датчик для впускаемого газа может быть предназначен для обеспечения оценки содержания кислорода в свежем воздухе, принимаемом во впускном коллекторе. Кроме того, когда имеется поток РОГ, изменение концентрации кислорода на датчике может быть использовано для определения объема РОГ и для точного управления потоком РОГ. В изображенном примере кислородный датчик 372 размещен до дросселя 358 и после ОВН 354. Однако в альтернативных вариантах осуществления кислородный датчик может быть размещен перед ОВН. Рядом с кислородным датчиком можно разместить датчик 374 давления для оценки впускного давления, при котором принимается выходной сигнал кислородного датчика. Так как выходной сигнал кислородного датчика зависит от впускного давления, требуется получить эталонные показания кислородного датчика при эталонном впускном давлении. В одном из вариантов осуществления за эталонное впускное давление принимают входное давление дросселя (ВДД), и тогда в качестве датчика ВДД используют датчик 374. В альтернативных примерах эталонным впускным давлением является давление в коллекторе (АДК), измеряемое датчиком 382 АДК.
Двигатель 10 может содержать несколько цилиндров 30. В изображенном примере двигатель 10 содержит шесть цилиндров в V-образной конфигурации. В частности, шесть цилиндров скомпонованы в два ряда 313 и 315 по три цилиндра в каждом. В альтернативных примерах, двигатель 10 может содержать два и более цилиндров, например, 3, 4, 5, 8, 10 или более цилиндров. Эти различные цилиндры могут быть разделены на равные количества и скомпонованы в иных конфигурациях, например, V-образной, рядной, прямоугольной и т.д. Каждый из цилиндров 30 может быть выполнен с топливной форсункой 66. В показанном примере топливная форсунка 66 является топливной форсункой прямого впрыска в цилиндр. Тем не менее, в другом примере, топливная форсунка может быть выполнена как форсунка впрыска во впускные каналы.
Впускаемый воздух, подаваемый в каждый цилиндр 30 (здесь также называемый камерой 30 сгорания), через общий впускной канал 349, может быть использован для сжигания топлива, а продукты сгорания после этого могут выводиться через параллельные выпускные каналы, специфичные для каждого ряда. В показанном примере, первый ряд 313 цилиндров двигателя 10 может выводить продукты сгорания через первый параллельный выпускной канал 317, а второй ряд 315 цилиндров может выводить продукты сгорания через второй параллельный выпускной канал 319. Каждый из первого и второго параллельных выпускных каналов 317 и 319 также может содержать турбину турбонагнетателя. В частности, продукты сгорания, выпускаемые через выпускной канал 317, могут быть направлены через выпускную турбину 324 турбонагнетателя 320, которая, в свою очередь, может обеспечить механическую работу для компрессора 322 с помощью вала 326 для сжатия впускаемого воздуха. Альтернативно, некоторая часть отработавших газов, текущих через выпускной канал 317, может быть пущена в обход турбины 324 через перепускной канал 323 турбины под управлением регулятора 328 давления наддува. Аналогичным образом, продукты сгорания, выводимые через выпускной канал 319, могут выводиться через выпускную турбину 334 турбонагнетателя 330, который, в свою очередь может обеспечить механическую работу для компрессора 332 с помощью вала 336 для обеспечения сжатия впускаемого воздуха, проходящего через вторую ветвь впускной системы двигателя. Альтернативно, некоторая часть отработавших газов, протекающих через выпускной канал 319, может быть пущена в обход турбины 334 через перепускной канал 333 турбины под управлением перепускной заслонки 338.
В некоторых примерах выпускные турбины 324 и 334 могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией, причем контроллер 12 может регулировать положение лопаток рабочего колеса (или лопастей) турбины для изменения уровня энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой своему компрессору. В альтернативном варианте, выпускные турбины 324 и 334 могут быть выполнены в виде турбин с регулируемым соплом, и контроллер 12 может регулировать положение сопла турбины для того, чтобы изменять уровень энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой своему компрессору. Например, система управления может быть выполнена с возможностью независимого изменения пространственного положения лопатки или сопла выпускных турбин 324 и 334 посредством соответствующих исполнительных устройств.
Отработавшие газы из первого параллельного выпускного канала 317 могут направляться в атмосферу через разветвленный параллельный выпускной канал 370, в то время как отработавшие газы из второго параллельного выпускного канала 319 могут направляться в атмосферу через разветвленный параллельный выпускной канал 380. Выпускные каналы 370 и 380 могут содержать одно или несколько устройств последующей очистки отработавших газов, например, каталитический нейтрализатор отработавших газов, а также один или более датчиков отработавших газов.
Двигатель 10 также может содержать один или более каналов, или контуров, рециркуляции отработавших газов (РОГ), для обеспечения рециркуляции, по меньшей мере, части отработавшего газа из выпускного коллектора во впускной коллектор. Эти контуры могут включать в себя контуры высокого давления РОГ для обеспечения РОГ высокого давления (РОГ-ВД) и контуры низкого давления РОГ для обеспечения РОГ низкого давления (РОГ-НД). В одном примере, РОГ-ВД может быть обеспечена в отсутствии наддува, обеспечиваемого турбонагнетателями 320, 330, в то время как РОГ-НД может быть обеспечена в присутствии наддува турбонагнетателем, и/или когда температура отработавших газов превышает пороговое значение. В некоторых других примерах, системы РОГ-ВД и РОГ-НД могут быть обеспечены одновременно.
В рассматриваемом примере, двигатель 10 может содержать контур 202 РОГ низкого давления для обеспечения рециркуляции, по меньшей мере, части отработавших газов из первого разветвленного параллельного выпускного канала 370, после турбины 324, в первый параллельный впускной канал 342 перед компрессором 322. В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть аналогичным образом обеспечен второй контур РОГ низкого давления для обеспечения рециркуляции, по меньшей мере, части отработавших газов из второго разветвленного параллельного выпускного канала 380 после турбины 334, во второй параллельный впускной канал 344 перед компрессором 332. Контур 202 РОГ-НД может содержать клапан 204 РОГ-НД для управления потоком РОГ (то есть количеством направляемых на рециркуляцию отработавших газов) по контурам, а также охладитель 206 РОГ для снижения температуры отработавшего газа, протекающего через контур РОГ перед его направлением во впускной тракт двигателя. В определенных условиях, охладитель 206 РОГ можно также использовать для подогрева отработавшего газа, проходящего по контуру 202 РОГ-НД перед тем, как отработавший газ попадет в компрессор, чтобы избавиться от водяных капель, вредящих компрессорам.
Двигатель 10 также может содержать первый контур 208 РОГ высокого давления для направления, по меньшей мере, части отработавших газов из первого параллельного выпускного канала 317 до турбины 324, в первый разветвленный параллельный впускной канал 346 после компрессора 322. Аналогичным образом, двигатель может содержать второй контур РОГ высокого давления (не показан) для направления по меньшей мере части отработавших газов из второго параллельного выпускного канала 318 до турбины 334, во второй разветвленный параллельный впускной канал 348 после компрессора 332. Поток РОГ через контуры 208 РОГ-ВД можно регулировать посредством клапана 210 РОГ-ВД. Таким образом, РОГ-ВД может вводиться после дросселя 358 двигателя для улучшения потоковых характеристик в некоторых рабочих условиях. В альтернативных вариантах, контур (контуры) РОГ-ВД может (могут) содержать охладитель РОГ(не показан).
Порт 302 принудительной вентиляции картера (ПВК) может быть выполнен с возможностью подачи газов вентиляции картера (картерных газов) во впускной коллектор двигателя по второму параллельному впускному каналу 344. В некоторых вариантах осуществления, потоком воздуха ПВК через порт 302 ПВК (например, расходом ПВК), могут управлять с помощью специально выделенного для этой цели клапана порта ПВК). Аналогичным образом, продувочный порт 304 может быть выполнен с возможностью подачи продувочных газов из бака топливной системы к впускному коллектору двигателя по каналу 344. В некоторых вариантах осуществления, потоком продувочного воздуха через продувочный порт 304 могут управлять посредством специально выделенного для этой цели клапана продувочного порта.
Порт 302 принудительной вентиляции картера (ПВК) может быть выполнен с возможностью подачи газов вентиляции картера (картерных газов) во впускной коллектор двигателя по второму параллельному впускному каналу 344. В некоторых вариантах осуществления, потоком воздуха ПВК через порт 302 ПВК (например, расходом ПВК), можно управлять с помощью специально выделенного для этой цели клапана порта ПВК. Аналогичным образом, продувочный порт 304 может быть выполнен с возможностью подачи продувочных газов из бака топливной системы к впускному коллектору двигателя по каналу 344. В некоторых вариантах осуществления, потоком продувочного воздуха через продувочный порт 304 могут управлять посредством специально выделенного для этой цели клапана продувочного порта.
Датчик 232 влажности и датчик 234 давления могут содержаться только в одном из параллельных каналов (здесь, показаны в первом параллельном впускном воздушном канале 342, но не показаны во втором параллельном впускном канале 344), после дроссельного клапана 230 РОГ. В частности, датчик влажности и датчик давления можно установить во впускном канале, не получающем ПВК или продувочный воздух. Датчик 232 влажности может быть выполнен с возможностью оценивания относительной влажности воздуха на впуске. В одном варианте осуществления, датчик 232 влажности является датчиком типа UEGO, выполненным с возможностью оценки относительной влажности впускаемого воздуха по выходному сигналу датчика при одном или нескольких значениях напряжения. Так как продувочный воздух и воздух ПВК могут искажать показания датчика влажности, продувочный порт и порт ПВК размещают в другом впускном канале, чем датчик влажности. В альтернативном варианте они могут быть размещены после датчика влажности. Датчик 234 давления может быть выполнен с возможностью оценки давления впускаемого воздуха. В некоторых вариантах осуществления, в том же самом параллельном впускном канале может содержаться датчик температуры, который располагают после или до дроссельного клапана 230 РОГ.
Впускной кислородный датчик 372 может быть использован для оценки концентрации кислорода на впуске и вычислении объема потока РОГ через двигатель в зависимости от изменения концентрации кислорода на впуске при открытии клапана 204 РОГ. В частности, изменение выходного сигнала датчика при открытии клапана РОГ сравнивают с эталонным значением, при котором датчик работает без РОГ (нулевой уровень). Исходя из изменения (например, уменьшения) содержания кислорода со времени работы без РОГ, можно рассчитать объем потока РОГ, в настоящее время подаваемого в двигатель. Например, при подаче на датчик эталонного напряжения (Vs), датчик выдает ток (1р) накачки. Изменение концентрации кислорода может быть пропорционально изменению тока накачки (delta 1р), который теперь выдает датчик в присутствии РОГ по сравнению с выходным сигналом датчика в отсутствии РОГ (нулевой уровень). Исходя из отклонения оцененного потока РОГ от ожидаемого (или целевого) потока РОГ, можно далее выполнять управление РОГ.
Положение впускных и выпускных клапанов каждого цилиндра 30 может регулироваться посредством гидравлических толкателей клапанов, связанных со штоками клапанов, или посредством механизма переключения профилей кулачков, в котором используются рабочие выступы кулачков. В частности, система 325 привода впускных клапанов может включать в себя один или несколько кулачков и для впускных и/или выпускных клапанов может использовать регулируемую установку фаз кулачкового распределения или регулирование высоты подъема. В альтернативных вариантах осуществления, впускные клапаны могут управляться электрическим исполнительным механизмом клапанов. Аналогичным образом, выпускные клапаны могут управляться кулачковыми приводными системами или электрическим клапанным исполнительным механизмом.
Системой 300 двигателя может управлять, по меньшей мере, частично, система 15 управления, содержащая контроллер 12, и водитель транспортного средства, подающий команду через устройство ввода (не показано). Система 15 управления показана получающей информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых были приведены здесь), и подающей сигналы управления на множество исполнительных устройств 81. В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать в себя датчик 232 влажности, датчик 234 давления воздуха на впуске, датчик 382 АДК, датчик 383 ТВК, датчик 374 ВДД, а также впускной датчик 372 кислорода. В некоторых примерах, общий впускной канал 349 может также содержать датчик температуры на входе дросселя для оценки температуры воздуха в дросселе (ТВД). В других примерах, один или несколько каналов РОГ, для определения характеристик потока РОГ также могут включать в себя датчик давления, датчик температуры, а также пленочные или проволочные термоанемометрические расходомеры. В другом примере, исполнительные устройства 81 могут включать в себя топливную форсунку 66, клапан 210 РОГ-ВД, клапан 204 РОГ-НД, дроссельные клапаны 358 и 230, а также перепускные заслонки 328, 338. Другие исполнительные устройства, например, различные дополнительные клапаны и дроссели, могут быть связаны с различными местами системы 300 двигателя. Контроллер 12 может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные устройства в ответ на результаты обработки входных данных на основе инструкций или запрограммированного в нем кода одного или нескольких алгоритмов. Пример алгоритма управления описывается здесь со ссылкой на фиг. 4.
На фиг. 4 показан пример алгоритма 400 управления системой транспортного средства, показанной на фиг. 1. В частности, способ по фиг. 4 позволяет быстро продуть РОГ низкого давления из системы двигателя, показанной на фиг. 2 и фиг. 3. Контроллер может селективно включать в работу генератор системы двигательного средства для вращения не снабжаемого топливом двигателя в условиях понижения нагрузки с целью быстрого вытеснения находящейся на впуске РОГ свежим впускаемым воздухом. Альтернативно, если аккумуляторная батарея системы способна подзаряжаться, то контроллер может эксплуатировать двигатель в генерирующем режиме с отключенной РОГ с целью замены РОГ во впускном тракте свежим воздухом, используя при этом избыточный крутящий момент от двигателя для зарядки аккумуляторной батареи. В обоих случаях улучшается устойчивость системы двигателя к разбавлению, снижается вероятность пропусков зажигания, а также повышаются пиковые расходы РОГ, которые смогут быть достигнуты при последующей работе в условиях высокой нагрузки.
На шаге 402 производят оценку и/или измерение условий работы двигателя и рабочих параметров транспортного средства. К этому относится, например, следующее: положение педали тормоза, положение педали акселератора, потребность водителя в крутящем моменте, степень заряженности (СЗ (SOC)) аккумуляторной батареи, температура двигателя (Тдв), температура и влажность окружающего воздуха, барометрическое давление (БД) и т.п. В одном примере система гибридного транспортного средства является системой гибридного транспортного средства с разветвлением потоков мощности.
На шаге 404 по оценке условий работы можно определить рабочий режим транспортного средства. Например, по меньшей мере, по оценке потребности водителя в крутящем моменте и степени заряженности аккумуляторной батареи можно определить, следует ли эксплуатировать транспортное средство в чистом режиме двигателя (когда двигатель приводит в движение колеса автомобиля), во вспомогательном режиме (когда аккумуляторная батарея помогает двигателю продвигать транспортное средство) или в чистом электрическом режиме (когда только аккумуляторная батарея продвигает транспортное средство). В одном примере, если требуемый крутящий момент может обеспечиваться только аккумуляторной батареей, то транспортное средство может эксплуатироваться в чистом электрическом режиме. В другом примере, если требуемый крутящий момент не может быть обеспечен аккумуляторной батареей, то транспортное средство может эксплуатироваться в режиме двигателя или во вспомогательном режиме. Транспортное средство, соответственно, может эксплуатироваться в определяемом рабочем режиме.
На шаге 406 можно убедиться в том, что транспортное средство находится в режиме включенного двигателя. Например, может быть подтверждено, что транспортное средство находится в чистом режиме двигателя, когда оно движется только за счет крутящего момента от двигателя. Альтернативно, может быть подтверждено, что транспортное средство находится во вспомогательном режиме, и что оно движется, по меньшей мере, частично, за счет крутящего момента от двигателя. Если чистый режим двигателя не подтверждается, выполнение алгоритма может быть завершено.
На шаге 408 в двигатель можно подать топливо для запуска его в работу, чтобы он генерировал крутящий момент для приведения в движение транспортного средства. Здесь выходной крутящий момент двигателя может соответствовать крутящему моменту, требующемуся для продвижения транспортного средства. В одном примере, исходя из условий работы двигателя, например, из условий значений характеристики «скорость-нагрузка» двигателя, двигатель может работать с наддувом, когда в двигатель с наддувом топливо подают прямым впрыском. Дополнительно, двигатель может работать со включенной РОГ или с наличием потока РОГ. Здесь работа с РОГ включает в себя работу с наличием потока РОГ низкого давления (РОГ-НД). Подача потока РОГ-НД в ходе работы двигателя улучшает экономию топлива за счет сокращения насосной работы, минимизации детонации, повышения КПД горения и снижения обогащения. Работа двигателя с РОГ-НД включает в себя такую работу двигателя, когда открыт клапан РОГ, расположенный в канале РОГ-НД.
В одном из примеров схема работы РОГ-НД может быть фиксированной, при этом РОГ-НД подают с фиксированным расходом относительно расхода воздуха. РОГ-НД содержит охлажденные остатки отработавших газов, направляемых из выпускного коллектора двигателя, в точку после выпускной турбины, во впускной коллектор двигателя, в точку до впускного компрессора.
Фактически, количество РОГ (РОГ-ВД, РОГ-НД или их сочетания), подаваемое на впуск, может основываться на данных таблицы «скорость-нагрузка» двигателя, хранящейся в памяти контроллера 12. В одном примере карта скорости-нагрузки двигателя может содержать по меньшей мере два рабочих режима РОГ-НД, включая фиксированный и переменный режимы. Диапазон фиксированного режима работы может содержать все скорости и нагрузки двигателя в пределах нормального диапазона работы двигателя. Фиксированный режим работы может «выклинивать» РОГ-НД при очень высоких скоростях и нагрузках двигателя, включая полную нагрузку, чтобы избежать конфликта с эксплуатационными характеристиками двигателя. По сравнению с таким режимом, переменный режим РОГ может допускать переменные расходы РОГ в пределах нормального диапазона работы двигателя.
На шаге 410 можно определить, существуют ли условия снижения нагрузки двигателя. В частности, можно определить, имеются ли условия падения потребности в крутящем моменте двигателя и условия снижения потребности в крутящем моменте двигателя. Например, снижение нагрузки/потребности в крутящем моменте двигателя могут быть результатом отпускания педали акселератора водителем. Фактически, при снижении нагрузки/потребности в крутящем моменте двигателя можно уменьшить расход воздуха через двигатель и, соответственно, подачу РОГ-НД в двигатель. Однако из-за большой задержки транспортировки от клапана РОГ-НД до камеры сгорания, РОГ не может быть снижена так скоро, как требуется. В частности, так как канал РОГ-НД отбирает отработавший газ после турбины и подает отработавший газ перед компрессором, имеется большая задержка в продувке РОГ из впускного коллектора. Задержка усугубляется присутствием большого наддуваемого объема (например, шестикратного объема) в объеме двигателя в определенных конфигурациях двигателя. Задержка в продувке приводит к риску нестабильности горения. Например, присутствие большего, чем требуется, разбавления, может повысить вероятность пропусков зажигания.
Принятие фиксированной схемы работы РОГ, когда расход РОГ поддерживают постоянным относительно потока воздуха, помогает смягчить некоторые из проблем, связанных с задержкой продувки. Однако использование фиксированной схемы приводит к работе РОГ при более низких точках нагрузки, когда не достигается какой-либо экономии топлива. А фактически, в некоторых более низких точках характеристики скорость-нагрузка двигателя, работа РОГ-НД приводит к повышенному расходу топлива. Кроме того, воздействию РОГ в условиях низкой нагрузки может быть подвержен компрессор, что приведет к необходимости противодействия коррозии и образованию конденсата. Когда РОГ протекает через охладитель воздуха наддува, может возникать дополнительная конденсация, с которой тоже придется бороться. В некоторых условиях низких нагрузок, для приведения в движение потока РОГ придется также приводить в действие дроссель впуска воздуха низкого давления. Кроме того, точки низкой нагрузки ограничивают фиксированную схему РОГ в точках более высоких нагрузок, так как точки более низких нагрузок являются теми точками, в которой система сжигания наиболее ограничена по разбавлению (РОГ). Например, постоянный режим ограничивает пиковые расходы РОГ, достижимые в областях более высоких значений характеристики «скорость-нагрузка» двигателя. Следовательно, это ограничивает преимущество по экономии топлива, даваемое РОГ-НД.
На фиг. 5 на графике 500 показан пример фиксированной схемы работы РОГ. Как показано, постоянный режим РОГ (EGR), при которой РОГ (EGR) подают с фиксированным расходом относительно расхода воздуха через двигатель, применяют в области 502 характеристики «скорость-нагрузка» двигателя. За пределами области 502, в области 504, РОГ-НД (LP-EGR) не применяют.Хотя подача охлажденной РОГ-НД (LP-EGR) с фиксированным расходом обеспечивает значительную экономию топлива на участках средних значений скорости-нагрузки двигателя (верхняя половина области 502), это преимущество может быть ограниченным. Раз так, то может быть желательным в этой области увеличить подачу РОГ-НД (LP-EGR). Однако в результате большой задержки транспортировки РОГ (EGR), это может быть недостижимым. Дополнительно, фиксированная схема работы по графику 500 приводит к тому, что РОГ-НД (LP-EGR) используют при низких значениях скорости-нагрузки двигателя (нижняя половина области 502), где может возникать повышенный расход топлива. Поэтому, на этом участке может быть желательно вообще не использовать в работе РОГ (EGR). Однако, так как РОГ (EGR) подают в место перед компрессором, в результате чего возникает большая задержка в транспортировке РОГ (EGR), это может оказаться недостижимым.
Авторы изобретения в настоящем документе установили, что продувка РОГ может быть ускорена включением в работу электромотора гибридного транспортного средства с целью вытеснения РОГ во впускном коллекторе свежим впускаемым воздухом. В частности, в ответ на уменьшение потребности в крутящем моменте двигателя или нагрузки в процессе работы двигателя с потоком РОГ, можно прекратить подачу топлива в двигатель, который будет без подачи топлива вращаться посредством электромотора, пока РОГ не будет достаточно продута из впускной системы. В альтернативном варианте, если аккумуляторная батарея системы способна подзаряжаться, то продувка РОГ может быть ускорена отключением РОГ и эксплуатацией двигателя в генераторном режиме с целью вытеснения находящейся во впускной системе РОГ свежим воздухом, и при этом избыточный крутящий момент двигателя будет использоваться для зарядки аккумуляторной батареи системы.
Например, путем ускорения продувки РОГ-НД может быть достигнута схема работы РОГ (EGR), подобная изображенной на графике 550 на фиг. 5. В частности, обеспечив возможность быстрой продувки РОГ-НД при низкой нагрузке, можно будет работать без РОГ-НД областях низких значений характеристики «скорость-нагрузка», которые показаны в области 554. Уменьшая работу охлажденной РОГ-НД при более низких нагрузках, и вместо нее используя горячую внутреннюю РОГ, в этой рабочей области можно улучшить экономию топлива и эксплуатационные качества двигателя. Кроме того, быстро продув и сбросив РОГ до, по существу, нулевых условий РОГ-НД при уменьшающихся нагрузках двигателя, впоследствии, при последующих увеличивающихся нагрузках двигателя можно будет достичь более высоких пиковых расходов РОГ. Например, появится возможность работать с большими расходами РОГ-НД в областях средних значений характеристики «скорость-нагрузка», которые показаны как область 552.
Как показано на фиг. 4, в ответ на уменьшение нагрузки двигателя и потребности в крутящем моменте, на шаге 411 можно оценить и/или измерить степень заряженности (СЗ) аккумуляторной батареи и сравнить ее с пороговым значением заряда. Алгоритм затем определяет, превышает ли степень заряженности батареи пороговое значение. Пороговое значение заряда может быть определено как обеспечивающее возможность небольшого дополнительного времени работы в режиме двигателя с последующей подзарядкой для обеспечения продувки РОГ.
Если степень заряженности батареи превышает пороговое значение, то тогда можно определить, что батарея неспособна подзаряжаться. Соответственно, на шаге 412 в ответ на уменьшающуюся потребность в крутящем моменте прекращают подачу топлива в двигатель, а включают в работу электромотор/генератор гибридного транспортного средства. В результате, пока двигатель выключен, транспортное средство приводится в движение не крутящим моментом двигателя, а крутящим моментом электромотора. На шаге 414, с целью ускорения продувки РОГ-НД из впускного коллектора двигателя, алгоритм включает в себя вращение не снабжаемого топливом двигателя посредством мотора/генератора. Например, не снабжаемый топливом двигатель может вращаться посредством генератора дополнительные 1-3 секунды. Кроме того, в процессе вращения двигателя могут быть полностью открыты клапан РОГ в канале РОГ-НД и впускной дроссель во впускном канале. При полном открытии клапана РОГ и впускного дросселя в процессе вращения двигателя, система РОГ, а также система воздухозабора могут быть продуты от остатков отработавших газов и пополнены свежим впускаемым воздухом.
Вращение электромотором не снабжаемого топливом двигателя предусматривает включение в работу генератора с использованием электрической энергии от аккумуляторной батареи системы, чтобы вращать двигатель с выбранной скоростью вращения двигателя. Двигатель без подачи топлива можно вращать вращаться с выбранной скоростью вращения, которую выбирают на основе той скорости вращения двигателя, которая была до отключения топливных форсунок. Например, контроллер может управлять генератором так, чтобы поддерживать ту скорость вращения двигателя, с которой двигатель вращался непосредственно до отключения топливных форсунок. В другом примере, генератор может вращать не снабжаемый топливом двигатель с той скоростью, которая является функцией (например, долевой) той скорости вращения двигателя, с которой двигатель вращался непосредственно до отключения топливных форсунок. Альтернативно, выбранная скорость вращения двигателя может быть той скоростью, которая будет эффективна как для двигателя, так и для трансмиссии. Следовательно, время, которое потребуется для полной продувки РОГ, будет функцией скорости вращения двигателя и положения дросселя.
В альтернативном примере, не снабжаемый топливом двигатель может вращаться со скоростью, зависящей от скорости движения транспортного средства. Например, скорость вращения двигателя может быть задана как калиброванное значение, хранящееся в памяти контроллера в виде справочной таблицы, которое находят по скорости движения транспортного средства. Еще в одном примере, двигатель можно вращать со скоростью, получаемой по скорости движения транспортного средства и угловой скорости (или пределу угловой скорости) вращающихся компонентов планетарной передачи. Чтобы двигатель мог вращаться с выбранной скоростью крутящим моментом электромотора, могут быть отрегулированы настройки электромотора/генератора. В некоторых вариантах, для вращения двигателя с выбранной скоростью могут быть задействованы и генератор, и электромотор. В других вариантах осуществления может быть достаточным использовать для этого только генератор.
В еще одном примере, не снабжаемый топливом двигатель можно вращать со скоростью, соответствующей, по меньшей мере, скорости прокручивания коленчатого вала двигателя. В дополнение к ускорению продувки РОГ, это позволяет быстро запустить двигатель в случае изменения намерений водителя (например, когда водитель отпускает педаль, а затем вскоре после этого снова нажимает на педаль). Например, в ответ на индикацию изменения намерений водителя, контроллер может начать подачу топлива в двигатель и разогнать двигатель от скорости прокручивания коленчатого вала до скорости, соответствующей требующемуся водителю крутящему моменту.
Еще в других примерах, не снабжаемый топливом двигатель можно вращать со скоростью, которая позволит продуть РОГ как можно быстрее. В этом варианте скорость вращения двигателя может выбираться по уровню РОГ во впускном тракте на момент времени, когда снизилась потребность в крутящем моменте двигателя (например, когда водитель отпустил педаль). Например, скорость вращения двигателя может быть ненадолго увеличена до максимальной допустимой скорости двигателя, что не влияет на выходной крутящий момент, но позволяет продуть РОГ как можно быстрее. В еще одном примере не снабжаемый топливом двигатель можно вращать со скоростью, которая позволит продувать РОГ медленнее. Например, отпускание водителем педали акселератора и снижение нагрузки двигателя/потребности в крутящем моменте могут случиться при движении транспортного средства под гору. Водитель может обозначить длительный участок хода под гору нажатием кнопки на приборной панели транспортного средства или посредством интерактивного дисплея на центральной консоли транспортного средства. Обозначая длительный ход под гору, водитель может указать, что двигатель может быть отключен на более длительное время. Соответственно, в процессе хода под гору, не снабжаемый топливом двигатель может вращаться посредством генератора таким образом, чтобы продувка РОГ могла быть завершена к моменту окончания движения под гору.
В других примерах, вместо того, чтобы вращать двигатель до продувки РОГ постоянно, его можно вращать без подачи топлива в прерывистом режиме. Например, в процессе движения под гору, двигатель можно в импульсном режиме вращать посредством генератора для продувки РОГ.
На шаге 416 можно определить, достаточно ли РОГ была продута из впускного коллектора двигателя. Например, можно определить, находятся ли параметры РОГ (расход, объем, концентрация, уровень и т.п.) ниже пороговых значений. В одном из примеров для оценки концентрации РОГ на впуске может быть использован впускной кислородный датчик, такой как датчик 372, показанный на фиг.3. При этом, чтобы сделать вывод, что разбавление РОГ повышается, можно использовать падение концентрации кислорода во впускном тракте. В одном примере, пороговое значение получают, исходя из устойчивости двигателя к РОГ в условиях сниженной нагрузки двигателя. Например, при повышении устойчивости к РОГ пороговое значение можно увеличить.
Если РОГ-НД (LP-EGR) не ниже порогового значения, тогда контроллер может продолжать вращать не снабжаемый топливом двигатель посредством электромотора/генератора до тех пор, пока РОГ не будет достаточно продута. Если РОГ ниже порогового значения, тогда на шаге 420 алгоритм предусматривает вращение двигателя до его остановки. Например, двигатель может вращаться до остановки посредством электромотора, а затем двигатель может оставаться отключенным, пока не будут возникнут условия для его перезапуска. Между этими моментами времени, транспортное средство может продолжать движение за счет крутящего момента электромотора. При этом имеется возможность сброса расхода РОГ-НД (например, до нуля) таким образом, что при перезапуске двигателя, можно будет реализовать известный, более высокий расход РОГ-НД для повышения КПД двигателя в самой важной области средних нагрузок характеристики «скорость-нагрузка».
На шаге 430 можно определить, выполняются ли условия перезапуска двигателя. Например, двигатель может быть перезапущен в ответ на одно или несколько из следующего: степень заряженности аккумуляторной батареи ниже порогового уровня заряда; получение запроса на кондиционирование воздуха, потребность водителя в крутящем моменте превышает пороговое значение и т.п.
Если условия перезапуска двигателя не выполняются, то двигатель может оставаться отключенным, а транспортное средство может продолжать приводиться в движение посредством электромотора. Или же, на шаге 432, в ответ на выполнение условий перезапуска двигателя, двигатель может быть перезапущен и подача топлива к нему может быть возобновлена. При этом, когда двигатель будет запущен, может быть обеспечена возможность РОГ, при этом можно достичь более высоких расходов потока РОГ, так как двигатель был уже продут.
На шаге 411, если степень заряженности аккумуляторной батареи ниже порогового значения, тогда можно определить, что батарея еще способна заряжаться. Следовательно, продувку РОГ можно осуществлять, кратковременно эксплуатируя транспортное средство в режиме генератора. В частности, на шаге 422 алгоритм предусматривает отключение РОГ в ответ на снижение нагрузки двигателя. Отключение РОГ включает в себя закрытие клапана РОГ (EGR), связанного с каналом РОГ-НД, для отключения дальнейшей рециркуляции остатков отработавших газов из выпускного коллектора после турбины, во впускной коллектор до компрессора.
На шаге 424 алгоритм предусматривает эксплуатацию двигателя с отключенной РОГ и с выходным крутящим моментом двигателя, превышающим требуемый крутящий момент. То есть, пока впускной канал двигателя не будет достаточно продут, двигатель может продолжать вращение с подачей топлива, вырабатывая крутящий момент, избыточный относительно того, что требуется для продвижения транспортного средства. При работе снабжаемого топливом двигателя при закрытом клапане РОГ, свежий впускаемый воздух, поступающий в воздухозаборную систему, может вытеснить находящуюся на впуске РОГ, ускоряя продувку РОГ. В одном из примеров примере снабжаемому топливом двигателю дают проработать с закрытым клапаном РОГ в течение 1-3 секунд.
Также на шаге 424 алгоритм предусматривает зарядку аккумуляторной батареи системы за счет избыточного выходного крутящего момента двигателя. То есть, аккумуляторная батарея системы заряжается выработанным при работе двигателя с отключенной РОГ выходным крутящим моментом двигателя, избыточным относительно требуемого крутящего момента. Зарядка аккумуляторной батареи может включать в себя включение в работу связанного с аккумуляторной батареей генератора с использованием избыточного выходного крутящего момента двигателя. В одном примере двигателю дают проработать в генерирующем режиме в течение 1-3 секунд.
Эксплуатация двигателя с выходным крутящим моментом двигателя, превышающим требуемый, включает в себя работу двигателя со скоростью вращения, которая зависит от одного или более из следующего: степень заряженности аккумуляторной батареи и уровень РОГ во впускном тракте двигателя во время снижения потребности в крутящем моменте. Например, скорость двигателя может зависеть от способности батареи подзаряжаться. То есть, по мере того, как разница между степенью заряженности аккумуляторной батареи и пороговым значением заряда увеличивается (то есть, по мере повышения способности батареи к подзарядке), скорость вращения, с которой работает двигатель, можно увеличивать. Скорость вращения двигателя может также оцениваться, исходя из уровня РОГ во впускном тракте двигателя на момент времени, когда водитель отпускает педаль. Например, если уровень РОГ при отпускании педали акселератора увеличивается, то может потребоваться больше продувки, следовательно, скорость вращения двигателя может быть увеличена. В других примерах, скорость вращения двигателя можно также регулировать в зависимости от скорости движения транспортного средства.
На шаге 426, как и на шаге 416 можно определить, достаточно ли РОГ-НД была продута из впускного коллектора двигателя. Например, можно определить, находится ли РОГ (расход, объем, концентрация, уровень и т.д.) во впускном тракте ниже порогового значения. Пороговое значение может зависеть от устойчивости двигателя к РОГ в условиях сниженной нагрузки двигателя.
Если РОГ-НД не ниже порогового значения, тогда контроллер может продолжить эксплуатацию двигателя с подачей топлива, с отключенной РОГ, с генерированием избыточного крутящего момента двигателя и с сохранением этого избыточного крутящего момента в виде заряда аккумуляторной батареи системы до тех пор, пока РОГ не будет достаточно продута. На шаге 428, когда РОГ во впускном тракте ниже порогового значения, алгоритм предусматривает прекращение подачи топлива в двигатель и вращение его до остановки. Затем двигатель может оставаться отключенным, пока не будут возникнут условия его перезапуска. Между этими моментами времени транспортное средство может продолжать движение за счет крутящего момента электромотора/генератора. При этом имеется возможность сброса расхода РОГ-НД (например, до нуля) таким образом, чтобы при перезапуске двигателя можно было бы реализовать известный, более высокий расход РОГ-НД для повышения КПД двигателя в самой важной области средних нагрузок характеристики «скорость-нагрузка».
От шага 428 алгоритм переходит к шагу 430, чтобы определить, выполняются ли условия перезапуска двигателя, и чтобы перезапустить двигатель в случае, если условия выполняются, После перезапуска двигателя может быть обеспечена РОГ, причем могут быть достигнуты более высокие значения расхода РОГ, так как двигатель был уже продут.
Таким образом, на шагах 422 - 428, во время отпускания педали акселератора при работе двигателя с РОГ при степени заряженности батареи ниже порогового значения заряда, можно зарядить аккумуляторную батарею путем эксплуатации двигателя с отключенной РОГ до тех пор, пока уровень РОГ во впускном тракте двигателя не станет ниже порогового значения, и при этом двигатель будет вырабатывать крутящий момент, превышающий требуемый. При этом работа двигателя с РОГ включает в себя работу двигателя при открытом (например, полностью открытом) клапане РОГ, связанным с каналом РОГ низкого давления, а работа двигателя с отключенной РОГ включает в себя работу с закрытым (например, полностью закрытым) клапаном РОГ. Работа двигателя и зарядка аккумуляторной батареи могут быть прекращены после того, как уровень РОГ во впускном тракте двигателя станет ниже порогового значения.
Следует понимать, что хотя показанный на фиг.4 алгоритм показывает выбор между тем, чтобы продувать РОГ-НД в системе гибридного транспортного средства путем вращения не снабжаемого топливом двигателя посредством генератора и тем, чтобы эксплуатировать двигатель с подачей топлива и отключенной РОГ при зарядке аккумуляторной батареи в зависимости от степени заряженности (или СЗ) аккумуляторной батареи системы, в альтернативных вариантах, контроллер может быть выполнен с возможностью выбора в зависимости от уровня РОГ-НД во впускном тракте двигателя в условиях снижения нагрузки двигателя/потребности в крутящем моменте двигателя. Например, если уровень РОГ-НД во время отпускания водителем педали акселератора будет выше, то контроллер может выбрать продувку путем вращения не снабжаемого топливом двигателя посредством генератора. Или же, если уровень РОГ-НД во время отпускания водителем педали акселератора будет ниже, то контроллер может выбрать продувку способом эксплуатации снабжаемого топливом двигателя в режиме генератора с отключенной РОГ (EGR). Но все-таки в других примерах контроллер может быть выполнен с возможностью выбора в качестве опции продувки по умолчанию вращение не снабжаемого топливом двигателя посредством генератора. Затем контроллер по входному сигналу водителя может селективно отключать установленную по умолчанию опцию продувки опцией продувки в генераторном режиме.
Следует понимать, что хотя показанный на фиг.4 алгоритм показывает продувку РОГ в ответ на снижение нагрузки двигателя/потребности в крутящем моменте двигателя (например, из-за отпускания водителем педали акселератора), в альтернативных вариантах продувка РОГ может быть инициирована в предположении отключения двигателя. Например, исходя из условий эксплуатации транспортного средства, его контроллер может определить неизбежность отключения двигателя и может начать продувку РОГ до того, как это предполагаемое отключение двигателя произойдет. При этом продувка РОГ может быть выполнена независимо от входного сигнала от водителя, например, независимо от отпускания водителем педали акселератора или от запроса водителя. Напротив, продувка РОГ может быть выполнена, исходя из условий эксплуатации транспортного средства (например, скорости движения транспортного средства, влажности окружающего воздуха и т.п.), которые могут определить частоту отключения и перезапуска двигателя. Инициирование продувки РОГ в предположении отключения двигателя снижает дополнительные задержки продувки.
Таким образом, РОГ-НД можно быстро продуть и сбросить уровни РОГ в условиях снижения потребности в крутящем моменте двигателя. Быстрая продувка снижает риски нарушения стабильности горения, возникающие при затяжном присутствии РОГ в условиях низкой нагрузки. Кроме того, сброс уровней РОГ позволяет реализовать более высокие расходы РОГ при увеличении потребности в крутящем моменте двигателя до значений, соответствующих средним нагрузкам.
В одном из примеров система гибридного транспортного средства содержит двигатель, содержащий впускной тракт и выпускной тракт; впускной дроссель; электромотор/генератор, связанные с аккумуляторной батареей; и колеса транспортного средства, приводимые в движение за счет крутящего момента от одного или более из следующего: двигатель и электромотор. Система гибридного транспортного средства также содержит топливную форсунку прямого впрыска, связанную с цилиндром двигателя; турбонагнетатель, содержащий впускной компрессор, приводимый в движение выпускной турбиной; и канал РОГ для обеспечения РОГ из выпускного тракта после турбины, к впускному тракту до компрессора с помощью клапана РОГ. Система транспортного средства может содержать контроллер с машиночитаемыми командами для того, чтобы при сбросе газа на работающем с протекающей РОГ двигателе отключать топливную форсунку, полностью открывать и клапан РОГ (EGR), и впускной дроссель, а также, используя крутящий момент от электромотора, обеспечивать требующийся водителю крутящий момент и вращать не снабжаемый топливом двигатель в течение промежутка времени, которое потребуется, чтобы РОГ в двигателе стала ниже порогового значения. При этом вращение, пока РОГ-НД в двигателе не станет ниже порогового значения включает в себя вращение до тех пор, пока величина РОГ-НД во впускном коллекторе двигателя не станет ниже порогового значения, зависящего от требуемого крутящего момента. В одном из примеров вращение до снижения РОГ-НД в двигателе ниже порогового значения включает в себя вращение до тех пор, пока поток РОГ-НД не станет нулевым. Вращение двигателя включает в себя вращение двигателя со скоростью, которая равна или больше скорости прокручивания коленчатого вала двигателя. Контроллер может также содержать команды для того, чтобы по истечении промежутка времени, вращать двигатель до его остановки и не включать его, продолжая использовать крутящий момент электромотора для обеспечения требуемого крутящего момента.
В другом примере контроллер вышеописанного гибридного транспортного средства содержит машиночитаемые команды для того, чтобы при отпускании водителем педали акселератора при работающем с протекающей РОГ двигателе оценивать степень заряженности аккумуляторной батареи; и, если оценочная степень заряженности аккумуляторной батареи будет ниже порогового значения заряда - закрывать клапан РОГ, эксплуатировать двигатель с закрытым клапаном РОГ в течение промежутка времени, пока РОГ в двигателе не опустится ниже порогового значения, чтобы двигатель при этом вырабатывал крутящий момент, превышающий требуемый, а также чтобы избыточный крутящий момент при работе двигателя с закрытым клапаном РОГ использовался для зарядки аккумуляторной батареи. При этом работа двигателя с закрытым клапаном РОГ может включать в себя вращение двигателя со скоростью, зависящей от одного или более из следующего: степень заряженности батареи при отпускании педали акселератора и уровень РОГ во впускном тракте при отпускании педали. Кроме того, работа двигателя с закрытым клапаном РОГ, пока РОГ в двигателе не станет ниже порогового значения, может включать в себя работу двигателя до тех пор, пока поток РОГ не станет нулевым. Контролер может содержать также команды для того, чтобы в случае, если оценочная степень заряженности аккумуляторной батареи будет выше порогового заряда, отключать топливную форсунку; полностью открывать клапан РОГ и впускной дроссель; а также, используя крутящий момент от генератора, обеспечивать требующийся водителю крутящий момент и вращать не снабжаемый топливом двигатель до тех пор, пока РОГ в двигателе не станет ниже порогового значения.
Примеры действий по продувке РОГ рассматриваются со ссылкой на фиг. 6. В частности, схема 600 показывает скорость двигателя на графике 602, крутящий момент электромотора на графике 604, РОГ-НД на графике 606, впрыск топлива на графике 608, степень заряженности (СЖ) аккумуляторной батареи на графике 610 и положение клапана РОГ-НД на графике 614.
До момента времени t1 гибридное транспортное средство могло работать, получая на колеса большую часть крутящего момента от двигателя и меньшую часть крутящего момента - от электромотора. Соответственно, двигатель может вращаться с подачей топлива (график 608), а скорость двигателя будет соответствовать работе в области от средних до высоких нагрузок (график 602), и лишь небольшая помощь будет оказываться электромотором (график 604). При работе в области от средних до высоких нагрузок, РОГ-НД может протекать (график 606), например, по фиксированной схеме, при которой РОГ обеспечивается с фиксированным расходом относительно расхода воздуха. В частности, может быть открыт клапан РОГ-НД (график 614). В показанном примере, клапан РОГ-НД) показан как двухпозиционный клапан, который можно переключать между полностью открытым и полностью закрытым положениями. Однако в других примерах открытие клапана РОГ может переменно регулироваться в зависимости от потребности в РОГ-НД. В течение работы двигателя до момента времени t1, степень заряженности аккумуляторной батареи может быть выше порогового значения 612, а батарея может быть неспособна подзаряжаться (график 610).
В момент времени t1 водитель может отпустить педаль, что приведет к снижению нагрузки двигателя до условий низкой нагрузки. В ответ на уменьшение потребности в крутящем моменте от двигателя может быть уменьшена подача РОГ в двигатель. При этом, если клапан РОГ-НД был отрегулирован (например, закрыт) для уменьшения РОГ, из-за того, что подачу РОГ осуществляют в точку до компрессора, может возникнуть большая задержка подачи, и РОГ не сможет уменьшиться так быстро, как необходимо. Например, РОГ может уменьшаться, как показано пунктирной линией на отрезке 609а. Это приведет к присутствию излишнего разбавления во впускном коллекторе двигателя в условиях низкой нагрузки, что увеличивает вероятность пропусков зажигания и проблем со стабильностью горения.
Чтобы улучшить продувку РОГ-НД в условиях низкой нагрузки и обеспечить возможность подачи в двигатель минимальной (например, нулевой) РОГ в условиях низкой нагрузки, РОГ может быть быстро продута с использованием помощи от генератора системы. При этом продувка с помощью генератора может потребоваться из-за того, что степень заряженности аккумуляторной батареи превышает пороговое значение 612. В частности, в момент времени t1 впрыск топлива в двигатель отключают, что ведет к падению скорости двигателя. Кроме того, выходная мощность электромотора/генератора повышается, чтобы обеспечить крутящий момент электромотора, достаточный для продвижения транспортного средства и обеспечения требующегося водителю крутящего момента, с обеспечением при этом достаточного крутящего момента электромотора для вращения не снабжаемого топливом двигателя. Таким образом, если электромотор/генератор не работали, то двигатель может замедлить свое вращение до остановки, что показано пунктирной линией отрезка 603. При вращении не снабжаемого топливом двигателя посредством электромотора/генератора, клапан РОГ-НД может оставаться полностью открытым. Кроме того, может оставаться полностью открытым впускной дроссель (не показан). Это позволит быстро заменить РОГ в воздухозаборной системе свежим впускаемым воздухом.
Вращение не снабжаемого топливом двигателя включает в себя вращение двигателя со скоростью 601 вращения двигателя. Скорость 601 вращения двигателя может быть скоростью прокручивания коленчатого вала двигателя. Альтернативно, скорость 601 вращения двигателя может соответствовать скорости вращения двигателя до отключения топливной форсунки или может быть ее функцией. Но не исключено, что скорость 601 вращения двигателя может соответствовать скорости вращения двигателя, которая наиболее эффективна для двигателя и для трансмиссии. При этом двигатель может вращаться посредством электромотора в промежуток времени между моментами t1 и t2, пока РОГ-НД не окажется на минимальном уровне 611 РОГ или ниже него. В альтернативном примере, уровень 611 РОГ может не включать в себя вообще никакого потока РОГ(EGR), так что в условиях низкой нагрузки двигателя РОГ-НД обеспечиваться не будет.
В момент времени t2, когда РОГ будет достаточно продута, двигателю дают возможность остановиться. Кроме того, закрывают клапан РОГ-НД. После этого, двигатель поддерживают выключенным до момента выполнения условий его перезапуска (в момент времени t3). Пока этого не произошло, то есть между моментами времени t2 и t3, можно отрегулировать работу электромотора таким образом, чтобы электромотор вырабатывал достаточный крутящий момент для продвижения транспортного средства. В промежутке времени между моментами t1 и t3, когда двигатель не работает, а крутящий момент электромотора используется для продвижения транспортного средства и/или вращения не снабжаемого топливом двигателя, может упасть С3 аккумуляторной батареи. Например, в момент времени t3 С3 аккумуляторной батареи может упасть ниже порогового значения 612.
В момент времени t3, в ответ на выполнение условий перезапуска двигателя (например, при увеличении потребности водителю в крутящем моменте), может быть возобновлен впрыск топлива в двигатель, и крутящий момент двигателя может быть увеличен для продвижения им транспортного средства. В это же время может быть уменьшен крутящий момент электромотора, так как транспортное средство движется в большей степени за счет крутящего момента двигателя. Хотя в проиллюстрированном примере крутящий момент электромотора просто снижен, в альтернативном примере, его выработка может быть прекращена вообще. Также в момент времени t3 снова открывают клапан РОГ-НД для восстановления РОГ на время работы двигателя. Далее, так как РОГ-НД была сброшена в момент времени t2, после ее повторного включения при более высоких нагрузках в момент времени t3 можно будет обеспечивать более высокие пиковые расходы РОГ-НД.
Эксплуатация транспортного средства с работающим двигателем и наличием РОГ может продолжаться до момента времени t4. То есть, между моментами времени t3 и t4 может пройти достаточно времени (показано пунктирными линиями). В момент времени t4 гибридное транспортное средство может работать в чистом режиме двигателя, когда вся потребность колес в крутящем моменте обеспечивается двигателем. Снабжаемый топливом двигатель может вращаться со скоростью, соответствующей работе в области от средних до высоких нагрузок с наличием РОГ-НД (и с открытым клапаном РОГ-НД). Например, РОГ-НД может обеспечиваться по фиксированной схеме с фиксированным расходом РОГ относительно потока воздуха. При работе двигателя в момент времени t4, степень заряженности аккумуляторной батареи может быть ниже порогового значения 612, и аккумуляторная батарея может быть способна к подзарядке.
В момент времени t5, как и в момент времени t1 водитель может отпустить педаль, что приведет к снижению нагрузки двигателя до условий низкой нагрузки. В ответ на уменьшение нагрузки двигателя может быть уменьшена подача РОГ в двигатель. В частности, для уменьшения РОГ закрывают клапан РОГ-НД. Однако даже с закрытием клапана РОГ, из-за того что подачу РОГ осуществляют в точке до компрессора, может возникать большая задержка транспортировки, и РОГ может не уменьшиться так скоро, как требуется. Например, РОГ может уменьшаться, как показано пунктирной линией на отрезке 609b. Это приведет к присутствию излишнего разбавления во впускном коллекторе двигателя в условиях низкой нагрузки, что обостряет риск пропусков зажигания и проблем со стабильностью горения.
Чтобы улучшить продувку РОГ-НД в условиях низкой нагрузки и обеспечить возможность подачи в двигатель минимальной (например, нулевой) РОГ в условиях низкой нагрузки, РОГ может быть быстро продута путем эксплуатации системы гибридного транспортного средства в генерирующем режиме. При этом продувка за счет работы двигателя в генерирующем режиме может потребоваться из-за того, что степень заряженности аккумуляторной батареи будет ниже порогового значения 612, и аккумуляторная батарея будет способна подзаряжаться. В частности, в момент времени t5 подачу топлива в двигатель и его работу не останавливают, но РОГ отключают. Впрыск топлива в двигатель регулируют так, чтобы двигатель вырабатывал крутящий момент сверх требующегося для продвижения транспортного средства и удовлетворения потребности водителя в крутящем моменте. При этом двигатель заставляют работать с более высокой скоростью 605, чем та, которая иначе потребовалась бы (показана пунктирной линией сегмента 607) для продвижения транспортного средства. Путем эксплуатации двигателя с более высокой скоростью при закрытом клапане РОГ, РОГ в воздухозаборной системе может быть быстро вытеснена свежим впускаемым воздухом, что позволяет быстрее продуть РОГ. Вырабатываемый двигателем избыточный крутящий момент затем используют для подзарядки аккумуляторной батареи. Следовательно, после момента времени t5 степень заряженности аккумуляторной батареи может начать расти.
Работа двигателя для выработки избыточного крутящего момента включает в себя вращение двигателя со скоростью 605. Скорость двигателя 605 может рассчитываться, исходя из уровня РОГ-НД в момент отпускания педали акселератора (в момент времени t5), а также от степени заряженности аккумуляторной батареи в момент отпускания педали акселератора. По мере снижения степени заряженности аккумуляторной батареи двигатель можно вращать с большей скоростью 605 (относительно скорости 607, которая иначе бы требовалась просто для продвижения транспортного средства), и более высокие уровни избыточного крутящего момента могут вырабатываться для продувки РОГ, так как аккумуляторная батарея будет способна принимать больший заряд. Аналогичным образом, по мере увеличения уровня РОГ-НД и большей потребности в продувке, скорость 605 двигателя можно еще больше увеличивать относительно скорости 607 двигателя.
Двигатель работает с отключенной РОГ и выработкой избыточного крутящего момента в течение отрезка времени между t5 и t6, пока РОГ-НД не будет достаточно продута. Например, двигатель можно продолжать эксплуатировать со скоростью 605, пока РОГ-НД не станет равна или меньше минимального уровня 611 РОГ. В альтернативном примере, уровень 611 РОГ может включать в себя отсутствие потока РОГ, чтобы в условиях низкой нагрузки двигателя РОГ-НД не обеспечивалась бы вообще. Также на отрезке времени между t5 и t6 степень заряженности аккумуляторной батареи может продолжать повышаться до тех пор, пока она не станет больше порогового значения 612 к моменту времени t6.
В момент времени t6, когда РОГ достаточно продута, двигателю дают возможность остановиться. В частности, двигатель останавливают, прекращая подачу в него топлива. После этого двигатель оставляют неработающим, пока не выполнятся условия для его перезапуска (в момент времени t7). На промежутке времени между t6 и U работает электромотор транспортного средства, вырабатывающий крутящий момент, достаточный для продвижения транспортного средства.
В момент времени t7, в ответ на наступление условий перезапуска двигателя (например, вследствие увеличения потребности водителя в крутящем моменте), можно возобновить подачу топлива в двигатель и повысить крутящий момент двигателя для продвижения транспортного средства. В то же время можно уменьшить крутящий момент электромотора (например, вообще прекратить его выработку), чтобы транспортное средство двигалось только за счет крутящего момента двигателя. Далее, так как РОГ-НД была сброшена в момент времени t6, после ее повторного включения при более высоких нагрузках, в момент времени t7 можно будет обеспечивать более высокие пиковые расходы РОГ-НД.
Таким образом, в процессе первого выключения двигателя из работы с РОГ, контроллер может отключить впрыск топлива и вращать не снабжаемый топливом двигатель посредством электромотора до тех пор, пока РОГ не опустится ниже порогового значения. По сравнению с этим, в процессе второго выключения двигателя из работы с РОГ, контроллер может отключить РОГ и обеспечить работу двигателя с подачей в него топлива до тех пор, пока РОГ не опустится ниже порогового значения, заряжая при этом аккумуляторную батарею избыточным крутящим моментом двигателя. При этом, при первом выключении двигателя, когда его вращают, не снабжая топливом, крутящий момент электромотора используют для продвижения транспортного средства и вращения двигателя, в то время как при втором выключении двигателя, когда двигатель вращается, будучи снабжаемый топливом, крутящий момент двигателя используют для продвижения транспортного средства и зарядки аккумуляторной батареи. Кроме того, при первом выключении двигателя, степень заряженности аккумуляторной батареи выше порогового заряда, в то время как во время второго выключения двигателя степень заряженности аккумуляторной батареи ниже порогового заряда. При первом выключении двигателя, его вращают без топлива со скоростью, которую определяют, исходя из скорости двигателя, которая была до отключения подачи топлива, в то время как при втором выключении двигателя, снабжаемому топливом двигателю дают вращаться со скоростью, которая зависит от уровня РОГ до отключения РОГ.
Таким образом, в выбранных условиях снижения нагрузки двигателя/потребности в крутящем моменте двигателя, можно успешно использовать крутящий момент электромотора гибридного транспортного средства для продувки РОГ в области низкой нагрузки двигателя и улучшить подачу РОГ в областях средней нагрузки двигателя. Управляя скоростью вращения электромотора для селективного вращения двигателя после прекращения подачи топлива, можно быстро продуть РОГ, оставшуюся в наддуваемом объеме двигателя. В других условиях снижения нагрузки двигателя, способность к зарядке аккумуляторной батареи системы гибридного транспортного средства может быть успешно использована для продувки РОГ в области низкой нагрузки двигателя. При обеспечении сохранения избыточного крутящего момента в аккумуляторной батарее, двигателю можно эксплуатировать на более высоких скоростях вращения (и с более высокой выходной мощностью) при отключенной РОГ, что позволяет быстро заменить РОГ в воздухозаборной системе свежим воздухом. За счет ускорения продувки РОГ можно быстрее снижать расходы РОГ-НД в условиях низкой нагрузки. Например, в условиях низкой нагрузки расходы РОГ-НД могут быть переустановлены. Это снижает вероятность пропусков зажигания и нестабильности горения из-за присутствия избыточного разбавления в условиях низкой нагрузки. Ускоренная продувка также позволяет реализовать более высокие расходы РОГ-НД после перезапуска двигателя. То есть, это позволяет использовать двигатель в области наивысшего КПД. В частности, КПД двигателя может быть существенно улучшен в области средних нагрузок. Взаимодействие форсированного наддувом двигателя и гибридной системы с разделением потоков мощности также позволяет улучшить потенциал РОГ-НД по экономии топлива и снижает потери по расходам РОГ, такие как, например, протекание РОГ-НД в условиях низкой нагрузки и более низкие достижимые пиковые расходы РОГ в условиях от средних до высоких нагрузок при работе по фиксированной схеме РОГ. В целом, улучшаются эксплуатационные качества транспортного средства и топливная экономичность двигателя.
Отметим, что раскрытые в настоящем документе примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться в энергонезависимом запоминающем устройстве в виде исполняемых команд. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять программный код, подлежащий занесению в энергонезависимое запоминающее устройство машиночитаемого носителя информации в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем документе схемы и алгоритмы по сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не имеют ограничительного характера, так как возможны различные их модификации. Например, вышеизложенный подход может быть применен к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются входящими в предмет настоящего изобретения.