СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНОМ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР КЛАПАНА
SYSTEM AND METHOD (EMBODIMENTS) OF CONTROLLING VALVE RECIRCULATION OF EXHAUST GASES OF TEMPERATURE DIFFERENCE VALVE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для системы рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Для снижения регламентируемых выбросов в атмосферу и улучшения топливной экономичности в системах двигателя могут применять рециркуляцию отработавших газов из системы вывода отработавших газов во впускную систему двигателя (впускной канал), и этот процесс называется рециркуляция отработавших газов (РОГ). Для измерения и/или управления РОГ, система РОГ, такая как система РОГ низкого давления, может включать в себя разнообразные датчики. В качестве одного примера, впускная система двигателя может включать в себя датчик содержания компонента впускного газа, например, датчик кислорода, который может использоваться в условиях без РОГ для определения содержания кислорода в свежем впускном воздухе. В условиях с РОГ, датчик можно использовать для логического вывода РОГ по изменению концентрации кислорода в результате добавления РОГ в качестве разбавителя. Один пример такого датчика кислорода во впускном воздухе показан Матсубара (Matsubara) и др. в US 6,742,379. Однако точность оценок РОГ по данным датчика кислорода во впускном воздухе может снижаться при работе двигателя с наддувом и когда задействована продувка, и через впускную систему протекают углеводороды. Поток РОГ тогда можно оценить с использованием альтернативных датчиков РОГ. Например, в системе РОГ может также содержаться датчик перепада давления (ПД) на клапане, расположенный между входом и выходом клапана РОГ, и предназначенный для оценивания потока РОГ по перепаду давления на клапане РОГ и проходному сечению клапана РОГ. Оценки потока РОГ затем можно использовать для регулирования положения клапана РОГ, чтобы тем самым регулировать количество РОГ, подаваемое в двигатель.
В качестве одного примера, проходное сечение клапана может изменяться при изменении температуры клапана РОГ по причине изменения температуры газов РОГ. Точнее, изменение проходного сечения клапана может быть вызвано температурным расширением или сжатием клапана РОГ. Это изменение проходного сечения клапана РОГ может влиять на оценку потока РОГ, то есть, и на управление РОГ, построенное на измерениях системы перепада давления на клапане (ПДНК), включающей в себя датчик ПД. Авторы настоящего изобретения выяснили, что ошибка оценок потока РОГ способом ПДНК может увеличиваться при увеличении разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ.
В одном примере, вышеописанные проблемы можно устранить способом регулирования клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) на основе оценки потока РОГ, причем поток РОГ оценивают по перепаду давления на клапане РОГ и отрегулированному проходному сечению клапана, которое определяют на основе первой разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ. Таким образом, можно определить изменения проходного сечения клапана РОГ из-за термического расширения или сжатия, и последующие оценки потока РОГ корректировать по скорректированному проходному сечению клапана, тем самым повышая точность оценок потока РОГ и использующего их управления двигателем.
В качестве одного примера, можно определить вторую разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ, когда клапан РОГ закрыт.Разность между второй разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ и первой разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ можно использовать для нахождения изменения проходного сечения клапана. Изменение проходного сечения клапана РОГ можно использовать для коррекции оценок площади клапана РОГ. Скорректированные оценки площади клапана РОГ можно использовать для определения последующих оценок потока РОГ.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически изображен пример системы двигателя, включающей в себя датчик кислорода во впускном воздухе и систему рециркуляции отработавших газов.
На фиг. 2 показана блок-схема способа оценивания потока РОГ с использованием датчика кислорода во впускном воздухе или датчика перепада давления в зависимости от условий работы двигателя.
На фиг. 3 показана блок-схема выдачи индикации о скоплении сажи на клапане РОГ и определения скорректированного по скоплению сажи проходного сечения клапана РОГ.
На фиг. 4 показана схема, иллюстрирующая изменения оценок потока РОГ, выполненных с использованием датчика кислорода во впускном воздухе и датчика перепада давления в изменяющихся условиях работы двигателя.
На фиг. 5 показана блок-схема способа распознавания изменений проходного сечения клапана РОГ, происходящих в результате изменения разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ.
На фиг. 6 показана схема способа распознавания разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ при закрытом положении клапана РОГ.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам определения изменения проходного сечения клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) для оценивания потока РОГ. В одном примере, проходное сечение клапана РОГ может изменяться в результате скопления сажи на клапане РОГ и/или изменения разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ. Двигатель с турбонаддувом, такой, как показан на фиг. 1, может содержать датчик кислорода во впускном воздухе, размещенный во впускном канале двигателя, и датчик перепада давления на клапане (ПД), размещенный в канале РОГ. И датчик ПД, и датчик кислорода во впускном воздухе могут использоваться для оценивания потока РОГ, проходящего через систему РОГ низкого давления. Поток РОГ можно регулировать клапаном РОГ, который, будучи открытым, позволяет отработавшим газам направляться обратно во впускной канал из точки ниже по потоку от турбины в точку выше по потоку от компрессора. Как показано на фиг. 4, в зависимости от условий работы двигателя поток РОГ можно оценивать, используя датчик кислорода во впускном воздухе и/или датчик перепада давления. Когда клапан РОГ открыт и РОГ протекает по каналу РОГ, для определения величины потока РОГ можно использовать перепад давления на клапане РОГ и размер проходного отверстия клапана РОГ. Для определения подъема клапана РОГ, и, следовательно, для оценки площади проходного отверстия клапана РОГ, можно использовать датчик положения, а датчик ПД может выдавать информацию о перепаде давления на клапане РОГ. Как описано со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6, точность оценки степени открытия клапана РОГ может быть повышена учетом термического расширения клапана РОГ в результате высоких температур РОГ. То есть, взятые совместно, измерения от датчика положения клапана РОГ и датчика ПД, могут быть использованы для обеспечения оценки массового расхода воздуха РОГ. Однако с течением времени на клапане РОГ может скапливаться сажа и уменьшать эффективное проходное сечение отверстия клапана. Без применения способа оценивания скопления сажи, оценки потока РОГ могут становиться все менее точными по мере того, как все больше сажи будет скапливаться на клапане РОГ.
Как показано на фиг. 2, определение того, что использовать для оценивания расходов РОГ - измерения датчика кислорода во впускном воздухе или измерения системы ПДНК (включающей в себя датчик перепада давления на клапане РОГ), может зависеть от параметров работы двигателя, таких как продувка, наддув и массовый расход впускного воздуха. Описанный со ссылкой на фиг. 3 способ обеспечивает методику оценивания скопления сажи на клапане РОГ, что позволяет повышать точность оценок потока РОГ. При использовании датчика кислорода во впускном воздухе поток РОГ может быть оценен путем сравнения содержания кислорода во впускном воздухе при открытом клапане РОГ с базовым уровнем при закрытом клапане РОГ. По мере скопления сажи, полученную по показаниям датчика кислорода во впускном воздухе оценку потока РОГ можно сравнить с оценкой потока РОГ, полученной от датчика положения и датчика ПД (которые здесь совместно также называются системой ПДНК). На фиг. 3 также показано, как разность оценок потока РОГ, полученных от датчика кислорода и от датчика ПД совместно с датчиком положения, можно затем использовать для улучшения оценки скопления сажи на клапане РОГ. Учитывая изменение эффективного проходного сечения клапана из-за скопления сажи, можно регулировать последующие, получаемые по показаниям датчиков ПД и положения оценки потока РОГ, корректируя их по найденному количеству скопившейся сажи.
На фиг. 1 в качестве примера схематически изображена система 100 двигателя с турбонаддувом, содержащая многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания с двумя турбонагнетателями 120 и 130, которые могут быть идентичными. В качестве одного неограничивающего примера, система 100 двигателя может входить в состав движительной системы пассажирского транспортного средства. Хотя здесь это и не отображено, без выхода за пределы настоящего изобретения могут быть использованы и другие конфигурации двигателя, например, двигатель с одним турбонагнетателем.
Система 100 двигателя по меньшей мере частично может управляться контроллером 12 и входным воздействием от оператора 190 транспортного средства через устройство 192 ввода. В данном примере, устройство 192 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 194 положения педали, вырабатывающий пропорциональный сигнал ПП (положения педали). Контроллер 12 может быть микрокомпьютером, содержащим: микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, (например, чип постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) и шину данных. ПЗУ электронной среды хранения может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими собой долговременные инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством для реализации описываемых ниже алгоритмов, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются здесь. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью приема информации от некоторого количества датчиков 165 и отсылки управляющих сигналов на некоторое количество исполнительных устройств 175 (разнообразные примеры которых описываются здесь). Другие исполнительные устройства, например, некоторое количество дополнительных клапанов и дроссельных заслонок, могут быть связаны с различными точками системы 100 двигателя. Контроллер 12 может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы по обработанным входным данным в соответствии с запрограммированными в нем инструкцией или кодом по одному или нескольким алгоритмам. Примеры алгоритмов управления раскрываются здесь со ссылкой на фиг. 2 - фиг. 3 и фиг. 5 - фиг. 6.
Система 100 двигателя может получать впускной воздух через впускной канал 140. Как показано на фиг. 1, впускной канал 140 может содержать воздушный фильтр 156 и дроссельную заслонку 115 воздухозаборной системы (ВЗС). Положение дроссельной заслонки 115 ВЗС может регулировать система управления посредством исполнительного устройства 117, с возможностью обмена информацией связанного с контроллером 12.
По меньшей мере часть впускного воздуха можно направлять к компрессору 122 турбонагнетателя 120 по первой ветви впускного канала 140, обозначенной 142, и по меньшей мере часть впускного воздуха можно направлять к компрессору 132 турбонагнетателя 130 по второй ветви впускного канала 140, обозначенной 144. То есть, система 100 двигателя содержит систему 191 ВЗС низкого давления (сокращенно обозначаемую ВЗС НД) выше по потоку от компрессоров 122 и 132, и систему 193 ВЗС высокого давления (сокращенно обозначаемую как ВЗС ВД) ниже по потоку от компрессоров 122 и 132.
Тракт (например, выталкивающая трубка) 198 системы ПВК принудительной вентиляции картера может связывать картер (не показан) со второй ветвью 144 впускного канала таким образом, чтобы газы из картера можно было управляемо вентилировать из картера. Кроме того, испарения из бачка поглощения паров топлива (не показан) могут вентилироваться во впускной канал через тракт 195 продувки топливных паров, связывающий бачок поглощения паров топлива со второй ветвью 144 впускного канала.
Первая порция из всего объема впускного воздуха может быть сжата посредством компрессора 122, откуда ее можно подать по впускному воздушному каналу 146 во впускной коллектор 160. То есть, впускные каналы 142 и 146 формируют собой первую ветвь системы впуска воздуха в двигатель. Аналогичным образом, вторая порция из всего объема впускного воздуха может быть сжата компрессором 132, откуда ее по впускному воздушному каналу 148 можно подать во впускной коллектор 160. То есть, впускные каналы 144 и 148 формируют собой вторую ветвь системы впуска воздуха в двигатель. Как показано на фиг. 1, впускной воздух из впускных каналов 146 и 148 через общий впускной канал 149 может быть воссоединен перед тем, как он достигнет впускного коллектора 160, откуда его можно подавать в двигатель. В некоторых примерах, впускной коллектор 160 может содержать датчик 182 давления во впускном коллекторе для оценивания ДВК (давления в коллекторе) и/или датчик 183 температуры во впускном коллекторе для оценки ТВК (температуры в коллекторе), причем каждый из указанных датчиков может обмениваться информацией с контроллером 12. В иллюстрируемом примере, впускной канал 149 также содержит ОВН (охладитель воздуха наддува) 154 и дроссельную заслонку 158. Положение дроссельной заслонки 158 может регулировать система управления посредством исполнительного устройства 157 дроссельной заслонки, с возможностью обмена информацией связанного с контроллером 12. Как показано, дроссельная заслонка 158 во впускном канале 149 может располагаться ниже по потоку от ОВН 154 и может быть выполнена с возможностью регулирования расхода потока впускного газа, поступающего в двигатель 10.
Как показано на фиг. 1, перепускной клапан 152 компрессора (ПКК) может быть установлен в канале 150 ПКК, а ПКК 155 может быть установлен в канале 151 ПКК. В одном примере, клапаны ПКК 152 и ПКК 155 могут быть электронными пневматическими перепускными клапанами компрессора (ЭППКК). Управление клапанами ПКК 152 и 155 может вестись для того, чтобы создавать условия стравливания давления во впускной системе при работе двигателя под наддувом. Находящийся выше по потоку конец канала 150 ПКК может быть связан с впускным каналом 148 ниже по потоку от компрессора 132, а находящийся ниже по потоку конец канала ПКК 150 может быть связан с впускным каналом 144 выше по потоку от компрессора 132. Аналогичным образом, находящийся выше по потоку конец канала ПКК 151 может быть связан с впускным каналом 146 ниже по потоку от компрессора 122, а находящийся ниже по потоку конец канала ПКК 151 может быть связан с впускным каналом 142 выше по потоку от компрессора 122. В зависимости от положения каждого из ПКК, сжатый соответствующим компрессором воздух может быть рециркулирован во впускной канал выше по потоку от компрессора (например, во вторую ветвь 144 впускного канала для компрессора 132 и в первую ветвь 142 впускного канала для компрессора 122). Например, ПКК 152 может открываться для рециркулирования сжатого воздуха в место выше по потоку от компрессора 132 и/или ПКК 155 может открываться для рециркулирования сжатого воздуха в место выше по потоку от компрессора 122 для стравливания давления во впускной системе в выборочных условиях с целью снижения эффектов помпажа компрессора. Клапаны ПКК 155 и ПКК 152 могут управляться системой управления либо в активном, либо в пассивном режимах.
Как показано, во впускном канале 142 имеется датчик 196 давления на входе компрессора (ДВХК), а во впускном канале 149 имеется датчик 169 давления в ВСЗ ВД (воздухозаборной системе высокого давления). Однако, в других предполагаемых вариантах осуществления, датчики 196 и 169 могут быть установлены в других местах систем ВЗС НД и ВЗС ВД соответственно. Кроме других функций, датчик ДВХК 196 может использоваться для определения давления ниже по потоку от клапана 121 РОГ.
Двигатель 10 может содержать некоторое количество цилиндров 14. В иллюстрируемом примере, двигатель 10 содержит шесть цилиндров, расположенных в V-образной конфигурации. В частности, шесть цилиндров расположены в два ряда 13 и 15, причем каждый ряд включает в себя три цилиндра. В альтернативных примерах, двигатель 10 может содержать два или более цилиндров, например, 3, 4, 5, 8, 10 или более цилиндров. Эти разнообразные цилиндры могут быть разделены поровну и расположены в различных конфигурациях, таких как V-образная, рядная, прямоугольная и т.п. Каждый цилиндр 14 может быть выполнен с топливной форсункой 166. В иллюстрируемом примере, топливная форсунка 166 является форсункой прямого впрыска в цилиндр. Тем не менее, в других примерах, топливная форсунка 166 может быть выполнена в виде форсунки впрыска во впускные каналы.
Подаваемый по общему впускному каналу 149 к каждому цилиндру 14 (также называемому камерой 14 сгорания) впускной воздух может быть использован для сжигания топлива, а продукты горения затем могут быть выведены через выпускные каналы, особые для каждого ряда цилиндров. В иллюстрируемом примере, первый ряд 13 цилиндров двигателя 10 может выводить продукты горения через общий выпускной канал 17, а второй ряд 15 цилиндров может выводить продукты горения через общий выпускной канал 19.
Положение впускных и выпускных клапанов каждого цилиндра 14 может изменяться посредством толкателей с гидравлическим приводом, связанных со штангами клапанов, или посредством механических поршней, в которых используются кулачки с рабочими выступами. В рассматриваемом примере, по меньшей мере впускные клапаны каждого из цилиндров 14 могут управляться кулачками с использованием системы кулачкового привода. В частности, система 25 кулачкового привода впускного клапана может включать в себя один или более кулачков, и может использовать изменение фаз кулачкового распределения или высоты подъема клапана для впускных и/или выпускных клапанов. В альтернативных осуществлениях, впускные клапаны могут управляться электрической системой привода клапанов. Аналогичным образом, выпускные клапаны могут иметь гидравлический или электрический привод. В другом возможном альтернативном осуществлении, кулачки могут быть нерегулируемыми.
Продукты горения, выбрасываемые двигателем 10 по выпускному каналу 17, могут быть направлены через выпускную турбину 124 турбонагнетателя 120, который, в свою очередь, посредством вала 126 может сообщать механическую работу компрессору 122 для того, чтобы сжимать впускной воздух. Альтернативно, протекающие через выпускной канал 17 отработавшие газы целиком или полностью могут быть пущены в обход выпускной турбины 124 через перепускной канал 123 турбины, причем этим процессом управляет регулятор 128 давления наддува. Положение (заслонки) регулятора 128 давления наддува может изменяться исполнительным устройством (не показано) под управлением контроллера 12. В качестве одного неограничивающего примера - контроллер 12 может изменять положение (заслонки) регулятора 128 давления наддува посредством пневматического исполнительного устройства, управляемого соленоидным клапаном. Например, соленоидный клапан может получать сигнал на задействование регулятора 128 давления наддува посредством пневматического исполнительного устройства, причем сигнал будет вырабатываться по разности давлений воздуха между впускным каналом 142, расположенным выше по потоку от компрессора 122, и впускным каналом 149, расположенным ниже по потоку от компрессора 122. В других примерах, для приведения в действие регулятора 128 давления наддува могут использовать другие подходы, а не соленоидный клапан.
Аналогичным образом, продукты горения, выбрасываемые двигателем 10 по выпускному каналу 19, могут быть направлены через выпускную турбину 134 турбонагнетателя 130, который, в свою очередь, посредством вала 136 может сообщать механическую работу компрессору 132 для того, чтобы сжимать впускной воздух, протекающий по второй ветви системы впуска двигателя. Альтернативно, протекающие через выпускной канал 19 отработавшие газы целиком или полностью могут быть пущены в обход выпускной турбины 134 через перепускной канал 133 турбины, причем этим процессом управляет регулятор 138 давления наддува. Положение (заслонки) регулятора 138 давления наддува может изменяться исполнительным устройством (не показано) под управлением контроллера 12. В качестве одного неограничивающего примера - контроллер 12 может изменять положение (заслонки) регулятора 138 давления наддува посредством пневматического исполнительного устройства, управляемого соленоидным клапаном. Например, соленоидный клапан может получать сигнал на задействование регулятора 138 давления наддува посредством пневматического исполнительного устройства, причем сигнал будет вырабатываться по разности давлений воздуха между впускным каналом 144, расположенным выше по потоку от компрессора 132, и впускным каналом 149, расположенным ниже по потоку от компрессора 132. В других примерах, для приведения в действие регулятора 138 давления наддува могут использовать другие подходы, а не соленоидный клапан.
В некоторых примерах, выпускные турбины 124 и 134 могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией, причем контроллер 12 может регулировать положение лопастей (или лопаток) рабочего колеса турбины с целью изменения уровня энергии, получаемой из потока отработавших газов и передаваемой соответствующему компрессору. Альтернативно, выпускные турбины 124 и 134 могут быть выполнены в виде турбин с регулируемым соплом, причем контроллер 12 может регулировать положение сопла турбины с целью изменения уровня энергии, получаемой из потока отработавших газов и передаваемой соответствующему компрессору. Например, система управления может быть выполнена с возможностью независимого изменения положения лопаток или сопла выпускных турбин 124 и 134 через соответствующие исполнительные устройства.
Продукты горения, выбрасываемые цилиндрами через выпускной канал 19, могут направляться в атмосферу через выпускной канал 180 ниже по потоку от выпускной турбины 134, в то время как продукты горения, выбрасываемые через выпускной канал 17, могут направляться в атмосферу через выпускной канал 170 ниже по потоку от турбины 124. Выпускные каналы 170 и 180 могут содержать одно или несколько устройств доочистки выхлопа, таких как каталитический нейтрализатор, а также один или более датчиков отработавших газов. Например, как показано на фиг. 1, выпускной канал 170 может включать в себя устройство 129 снижения токсичности выбросов, установленное ниже по потоку от выпускной турбины 124, а выпускной канал 180 может содержать устройство 127 снижения токсичности выбросов, установленное ниже по потоку от выпускной турбины 134. Устройства 127 и 129 снижения токсичности выбросов могут быть устройствами СКВ (селективного каталитического восстановления), ТКН (трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами), улавливателями NOx, другими разнообразными устройствами снижения токсичности выбросов или сочетаниями вышеперечисленных устройств. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, в процессе работы двигателя 10, устройства 127 и 129 снижения токсичности выбросов могут регенерировать путем, например, эксплуатации по меньшей мере одного цилиндра двигателя с особым воздушно-топливным отношением.
Система 100 двигателя также может содержать одну или несколько систем рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркулирования по меньшей мере части отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор. Эти системы могут включать в себя одну или несколько систем РОГ высокого давления для обеспечения РОГ высокого давления (РОГ ВД) и один или несколько контуров РОГ низкого давления для обеспечения РОГ низкого давления (РОГ НД). В одном примере, РОГ ВД может быть обеспечена в отсутствие наддува от турбонагнетателей 120, 130, в то время как РОГ НД может быть обеспечена в присутствии турбонагнетательного наддува и/или когда температура отработавших газов превышает свое пороговое значение. В других примерах возможно обеспечение и РОГ ВД и РОГ НД одновременно.
В иллюстрируемом примере, система 100 двигателя может включать в себя систему 108 РОГ низкого давления (НД). Система 108 РОГ НД направляет требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 170 во впускной канал 142. В иллюстрируемом осуществлении, РОГ направляют через канал 197 РОГ из места ниже по потоку от выпускной турбины 124 во впускной канал 142 в точку смешивания, расположенную выше по потоку от компрессора 122. Объем РОГ, обеспечиваемый впускному каналу 142, может варьироваться контроллером 12 посредством клапана 121 РОГ, связанного с системой 108 РОГ НД. В примере осуществления, показанном на фиг. 1, система 108 РОГ НД включает в себя охладитель 113 РОГ, расположенный выше по потоку от клапана 121 РОГ. Охладитель 113 РОГ может отводить тепло от рециркулируемых отработавших газов, например, к хладагенту двигателя. Система РОГ НД также может включать в себя систему ПДНК (перепада давления на клапане или перепада давления (ПД)). В одном примере, можно оценивать расход РОГ по системе ПДНК, включающей в себя датчик 125 ПД, регистрирующий перепад давления между находящейся выше по потоку частью клапана 121 РОГ и находящейся ниже по потоку частью клапана 121 РОГ. Расход РОГ (например, расход РОГ НД), определенный системой ПДНК, может также определяться температурой РОГ, зарегистрированной датчиком 135 температуры, расположенным ниже по потоку от клапана 121 РОГ, и по площади открытия клапана РОГ, зарегистрированной датчиком 131 подъема клапана РОГ. В другом примере, расход РОГ могут оценивать по выходным сигналам измерительной системы РОГ, включающей в себя датчик 168, кислорода во впускном воздухе (здесь называемым КВВ), датчик массового расхода воздуха (не показан), датчик 182 абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) и датчик 183 температуры в коллекторе. В некоторых примерах, для определения, контролирования и регулирования расхода РОГ могут использоваться обе измерительные системы РОГ (то есть, система ПДНК и измерительная система РОГ, содержащая датчик 168 кислорода во впускном воздухе).
В альтернативном варианте осуществления изобретения, система двигателя может включать в себя вторую систему РОГ НД (не показана), направляющую требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 180 во впускной канал 144. В другом альтернативном осуществлении, система двигателя может включать в себя обе описанные выше системы РОГ НД (одна из которых направляет отработавшие газы из выпускного канала 180 во впускной канал 144, а вторая из которых направляет отработавшие газы из выпускного канала 170 во впускной канал 142).
Еще в одном варианте осуществления, хотя он и не показан на фиг. 1, система 100 двигателя может также включать в себя систему РОГ высокого давления, которая может направлять нужную часть отработавших газов из общего выпускного канала 17, выше по потоку от турбины 124, во впускной коллектор 160, ниже по потоку от впуской дроссельной заслонки 158.
Клапан 121 РОГ может содержать корпус и шток (не показаны), причем указанный шток имеет возможность так двигаться внутри корпуса клапана 121 РОГ, чтобы можно было регулировать степень открытия клапана 121 РОГ в зависимости от взаимного расположения штока и корпуса. Клапан 121 РОГ может быть выполнен с возможностью регулирования объема и/или расхода отработавших газов, отводимых через канал РОГ для достижения требуемого процентного разбавления РОГ впускного заряда, поступающего в двигатель, причем впускной заряд с большим процентным разбавлением РОГ имеет большее отношение рециркулированных отработавших газов к воздуху, чем впускной заряд с меньшим процентным разбавлением РОГ. Кроме положения клапана 121 РОГ, следует понимать, что на процентное разбавление РОГ впускного заряда могут влиять и положение дроссельной заслонки 115 ВЗС и положения других исполнительных устройств. Например, положение дроссельной заслонки ВЗС может увеличивать перепад давления на системе РОГ НД, позволяя большему потоку РОГ НД поступать в систему впуска. В результате, это может повысить процентное разбавление РОГ, при том, что меньший поток РОГ НД во впускную систему может уменьшить процентное разбавление РОГ (например, процентное содержание РОГ). Соответственно, разбавление РОГ впускного заряда может регулироваться посредством управления одним или более из следующего: положение клапана РОГ и положение дроссельной заслонки ВЗС, а также прочими параметрами. То есть, регулирование одного или более из следующего: клапан 121 РОГ и дроссельная заслонка 115 ВЗС, может регулировать объем (или расход) потока РОГ и, следовательно, процентное содержание РОГ в массовом потоке воздуха (например, воздушном заряде, поступающем во впускной коллектор).
Двигатель 10 может также содержать один или несколько датчиков кислорода, расположенных в общем впускном канале 149. То есть, один или более датчиков кислорода могут называться датчиками кислорода во впускном воздухе. В иллюстрируемом осуществлении датчик 168 кислорода во впускном воздухе расположен выше по потоку от дроссельной заслонки 158 и ниже по потоку от ОВН 154. Тем не менее, в других вариантах осуществления, датчик 168 кислорода во впускном воздухе может быть расположен в другом месте вдоль по длине впускного канала 149, например, выше по потоку от ОВН 154. Датчик 168 кислорода во впускном воздухе (КВВ) может быть датчиком кислорода с переменного напряжения (ПН), или другим датчиком, пригодным для обеспечения информации о концентрации кислорода и концентрации РОГ в воздухе впускного заряда (например, воздухе, протекающем по общему впускному каналу 149). В одном примере, датчик 168 кислорода во впускном воздухе может быть датчиком кислорода во впускном воздухе, с использованием в качестве измерительного элемента подогреваемого элемента. В процессе работы, ток накачки датчика кислорода во впускном воздухе может нести в себе информацию о количестве кислорода, содержащегося в потоке газа.
Рядом с датчиком 168 кислорода во впускном воздухе может быть расположен датчик 172 давления, предназначенный для оценки давления на впуске, при котором получают выходной сигнал датчика кислорода. Так как на выходной сигнал датчика кислорода влияет давление на впуске, при эталонном давлении на впуске можно получить эталонный выходной сигнал датчика кислорода. В одном примере, эталонным давлением на впуске является давление на входе дроссельной заслонки (ДВДЗ), когда датчиком ДВДЗ является датчик 172 давления. В альтернативных примерах, эталонным давлением на впуске может быть ДВК (давление в коллекторе), измеряемое датчиком 182 ДВК.
В дополнение к тем датчикам, которые были указаны выше, система 100 двигателя может содержать разнообразные датчики 165. На фиг. 1 показано, что общий впускной канал 149 может содержать датчик 173 температуры на входе дроссельной заслонки (ТВДЗ) для оценки температуры воздуха на дроссельной заслонке (ТСТ). Кроме того, хотя это и не отображено здесь, каждый из впускных каналов 142 и 144 может содержать датчик массового расхода воздуха, или же датчик массового расхода воздуха может быть расположен в общем впускном канале 140.
В состав только одного из параллельных впускных каналов может быть включен датчик 189 влажности. На фиг. 1 показано, что датчик 189 влажности расположен во впускном канале 142 (например, в той ветви впускного канала, в которой не проходит поток ПВК и продувочный поток), выше по потоку от ОВН 154 и выхода канала 197 РОГ НД во впускной канал 142 (то есть в соединении между каналом 197 РОГ НД и впускным каналом 142, где РОГ НД поступает во впускной канал 142). Датчик 189 влажности может быть выполнен с возможностью оценивания относительной влажности впускного воздуха. В одном варианте осуществления, датчик 189 влажности является датчиком УДКОГ (универсальным датчиком кислорода в отработавших газах), выполненным с возможностью оценивания влажности впускного воздуха по выходному сигналу датчика при одном или нескольких значениях напряжения. Так как продувочный воздух и воздух ПВК могут искажать показания датчика влажности, продувочное окно и окно ПВК располагают не в том впускном канале, в котором расположен датчик влажности.
Датчик 168 кислорода во впускном воздухе может использоваться для оценивания концентрации кислорода во впускном воздухе и логического вывода количества протекающего через двигатель потока РОГ из изменения концентрации кислорода во впускном воздухе при открытии клапана 121 РОГ. В частности, изменение выходного сигнала датчика при открытии клапана 121 РОГ сравнивают с эталонной точкой, в которой датчик работает без РОГ (нулевая точка). По изменению (например, уменьшению) количества кислорода с момента работы без РОГ, можно рассчитать поток РОГ, в настоящее время подаваемый в двигатель. Например, при подаче на датчик эталонного напряжения (Vs), датчик выдает ток (Ip) накачки. Изменение концентрации кислорода может быть пропорциональным изменению (delta Ip) тока накачки, выдаваемого датчиком в присутствии РОГ по сравнению с выходным сигналом датчика в отсутствии РОГ (нулевая точка). По отклонению оценочного потока РОГ от ожидаемого (или целевого) потока РОГ можно осуществлять управление РОГ.
Оценку нулевой точки датчика 168 кислорода во впускном воздухе можно выполнять во время существования условий холостого хода, при которых минимальны колебания впускного давления, а в воздухозаборную систему низкого давления не подается воздуха ПВК или продувочного воздуха. Кроме того, адаптацию на холостом ходу можно выполнять периодически, например, при первых возникающих после запуска двигателя условиях холостого хода, с целью компенсации влияния на выходной сигнал датчика эффектов старения датчика и нестабильности показаний датчиков.
Альтернативно, оценку нулевой точки датчика кислорода во впускном воздухе можно выполнять в условиях, когда в двигатель не подается топливо, например, при отсечке топлива в режиме замедления (ОТРЗ). Выполняя адаптацию в условиях ОТРЗ, в добавок к снижению факторов шума, те, что были достигнуты при адаптации на холостом ходу, можно уменьшить вариации показаний датчика из-за протечек через клапан РОГ.
Таким образом, показанная на фиг. 1 система обеспечивает систему для двигателя, содержащую: турбонагнетатель с впускным компрессором и выпускной турбиной, канал рециркуляции отработавших газов (РОГ) низкого давления, связывающий выпускной канал ниже по потоку от выпускной турбины и впускной канал выше по потоку от впускного компрессора, причем канал РОГ низкого давления содержит клапан РОГ и систему перепада давления на клапане (ПДНК) для измерения потока РОГ, датчик кислорода во впускном воздухе, расположенный на впуске двигателя ниже по потоку от канала РОГ низкого давления, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для выдачи индикации деградации проходного сечения клапана РОГ по разности между первой оценкой потока, определенной по выходному сигналу датчика ПД, и второй оценкой потока РОГ, определенной по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе в процессе работы двигателя с незадействованной продувкой, незадействованным наддувом, когда массовый поток воздуха не достигает порогового уровня. Датчик кислорода во впускном воздухе также может быть размещен во впускном коллекторе двигателя, а машиночитаемые инструкции также включают в себя инструкции для регулирования третьей оценки потока РОГ, причем третья оценка потока РОГ опеделяют по выходному сигналу датчика ПД при работе двигателя при выполнении одного или более из следующих условий: продувка задействована, наддув задействован, массовый поток превышает пороговый уровень, в зависимости от разности между первой оценкой потока РОГ и второй оценкой потока РОГ.
На фиг. 2 показана блок-схема способа 200 оценивания потока РОГ в системе РОГ низкого давления с использованием датчика кислорода во впускном воздухе (такого, как показанный на фиг. 1 датчик 168 КВВ) и/или датчика ПД (например, показанного на фиг. 1 датчика 125 ПД) системы ПДНК в зависимости от условий работы двигателя. Инструкции для выполнения способа 200 могут храниться в памяти контроллера двигателя, такого как показанный на фиг. 1 контроллер 12. Кроме того, способ 200 может выполняться контроллером. Контроллер может оценивать массовый расход РОГ, используя датчик ПД, измеряющий перепад давления на клапане РОГ, и датчик положения клапана (например, датчик 131 подъема клапана РОГ). Тем не менее, как было разъяснено выше, по мере скопления на клапане РОГ сажи, оценка массового расхода РОГ способом ПДНК может становиться все менее точной. То есть, в некоторых условиях, для обеспечения оценки расхода РОГ с повышенной точностью может использоваться датчик КВВ. Датчик КВВ может также использоваться для определения оценки скопления сажи на клапане РОГ. Из-за того, что в определенных условиях работы двигателя (например, при работе двигателя с наддувом, при превышении массовым расходом воздуха порогового уровня) в измерениях датчика КВВ может возникать значительная ошибка, датчик КВВ может использоваться не все время. То есть, способ 200 дополнительно включает в себя определение того, когда для оценивания массового расхода РОГ следует использовать датчик КВВ. Способ 200 также включает в себя сравнение оценки потока РОГ, полученной от датчика КВВ, с оценкой потока РОГ, полученной от системы ПДНК. Это может обеспечить точную оценку потока РОГ от системы ПДНК с улучшенной точностью входного сигнала проходного сечения клапана РОГ от системы ПДНК. Способ 200 начитается этапом 202, и контроллер (например, контроллер 12) оценивает и/или измеряет условия работы двигателя по данным обратной связи от некоторого количества датчиков. К условиям работы двигателя могут относиться температура двигателя, частота вращения и нагрузка двигателя, массовый расход впускного воздуха, давление в коллекторе, положение клапана РОГ, положение клапана продувки и т.п.
0
2
Способ 200 переходит на этап 204, где контроллер выясняет, присутствует ли РОГ, используя для этого данные обратной связи от датчика положения (например, датчика 131 положения клапана РОГ) о положении положения клапана РОГ. В другом примере, контроллер может определить задействование РОГ по тому, что поток РОГ будет ненулевым. То есть, поток РОГ может считаться присутствующим, если РОГ течет по каналу РОГ низкого давления (например, по каналу 197 РОГ) от выпускного канала к впускному каналу. Если контроллер выяснит, что клапан РОГ закрыт и что РОГ отключена, тогда способ 200 переходит на этап 206, где контроллер задействует датчик (КВВ) кислорода во впускном воздухе (например, показанный на фиг. 1 датчик 168 КВВ) для замера уровня кислорода во впускном воздухе. Датчик КВВ выполнен с возможностью подачи базового эталонного напряжения (V) на пару электродов, которая откачивает кислород из внутренней полости или накачивает кислород во внутреннюю полость и генерирует ток накачки, который может быть использован для того, чтобы логически вывести значение уровня кислорода (то есть, парциальное давление О) в потоке впускного воздуха. В одном осуществлении, датчик КВВ может быть датчиком кислорода с переменным напряжением (ПН). Если на этапе 204 контроллер определит, что РОГ включена, тогда контроллер переходит на этап 208 для выяснения того, отключены ли продувка и наддув.
На этапе 208 контроллер выясняет, отключены ли продувка и наддув, а на этапе 214 выясняет, находится ли массовый расход воздуха ниже своего порогового значения, причем все это нужно для того, чтобы выяснить - что использовать для оценивания потока РОГ - выходные сигналы от датчика КВВ, или от датчиков ПД и положения клапана РОГ. На этапе 208 контроллер выясняет, отключены ли продувка и наддув. Когда двигатель работает не под наддувом, датчик КВВ может обеспечить более точную оценку расхода РОГ, чем датчик ПД способом ПДНК. Тем не менее, если оценивание РОГ выполняют, используя выходные сигналы КВВ в условиях, когда задействована продувка бачка поглощения паров топлива и/или вентиляция картера (например, задействован поток ПВК), выходной сигнал датчика КВВ может быть испорчен дополнительными углеводородами, текущими к датчику. То есть, при работе двигателя под наддувом, более точную оценку потока РОГ может дать датчик ПД. Выходной сигнал датчика КВВ может быть испорчен главным образом в условиях наддува из-за того, что засасываемые углеводороды реагируют с кислородом окружающего воздуха на чувствительном элементе датчика кислорода во впускном воздухе. Этим снижается (локальная) концентрация кислорода, измеряемая датчиком. Так как выходной сигнал датчика и изменение концентрации кислорода используют для получения разбавления впускного воздушного заряда рециркуляцией отработавших газов, снижение концентрации кислорода, показываемое датчиком кислорода во впускном воздухе в присутствии воздуха продувки и/или ПВК, может быть неправильно интерпретировано как дополнительное разбавление. То есть, если контроллер на этапе 208 выяснит, что включены продувка или наддув, тогда способ 200 перейдет на этап 210 и контроллер выполнит оценку массового расхода РОГ, используя систему ПДНК, содержащую датчик перепада давления (ПД) (например, датчик 125 перепада давления) и датчик положения (например, датчик 131 подъема клапана РОГ). Массовый расход РОГ может быть пропорционален площади поперечного сечения проходного отверстия клапана РОГ и перепаду давления на клапане РОГ (определяемому датчиком ПД). Оценку площади поперечного сечения (например, проходного сечения) проходного отверстия клапана РОГ можно рассчитать по смещению клапана РОГ (например, по подъему клапана), измеряемому датчиком положения, по известному проходному сечению клапана РОГ с применением поправочного коэффициента подъема клапана. Известное проходное сечение клапана РОГ является площадью стандартного проходного сечения клапана перпендикулярно направлению потока РОГ через клапан. Поправочный коэффициент подъема клапана может повысить точность оценки проходного сечения за счет учета термических воздействий на расширение клапана РОГ. Например, этот способ термокомпенсации может включать в себя использование найденной разности температур между штоком и корпусом клапана для оценивания изменения известного (или ожидаемого) проходного сечения клапана РОГ, как описывается подробно далее по тексту со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6. Оценку площади поперечного сечения проходного отверстия клапана РОГ (например, проходного сечения клапана РОГ перпендикулярно направлению потока через клапан) вместе с оцененным перепадом давления на клапане по показаниям датчика ПД можно использовать для оценивания массового расхода РОГ (этот способ здесь называется ПДНК). После того, как будет оценен массовый расход РОГ, контроллер на этапе 212 регулирует работу двигателя по оцененному массовому расходу РОГ. Например, если оцененный массовый расход РОГ будет меньше требуемого, контроллер может подать команду на большее открытие клапана РОГ, чтобы позволить большему количеству отработавших газов попасть обратно во впускной канал (например, общий впускной канал 149). Требуемый расход РОГ может быть определен контроллером по условиям работы двигателя, например, по нагрузке и частоте вращения двигателя.
Если на этапе 208 контроллер выяснит, что продувка и наддув отключены, тогда он перейдет на этап 214 для того, чтобы выяснить, превышает ли массовый расход впускного воздуха свое пороговое значение, используя для этого данные обратной связи от датчика массового расхода, размещенного во впускном канале двигателя. Оценивание потока РОГ по выходному сигналу датчика КВВ может включать в себя умножение выходного сигнала датчика на коэффициент, определяемый массовым расходом воздуха, чтобы преобразовать выходной сигнал в расход РОГ или в процентную долю потока. При этом, в одном примере пороговый массовый расход воздуха может определяться тем массовым расходом воздуха, при котором ошибка в оценке потока РОГ по показаниям датчика КВВ превышает приемлемый уровень (или поднимается выше ошибки оценивания потока РОГ по способу ПДНК). При расчете массы РОГ с использованием датчика КВВ и массового расхода воздуха, на оценку массы РОГ влияет точность измерения массового расхода воздуха. Соответствующая ошибка массового расхода в оценке массового потока РОГ может быть меньше при меньших массовых расходах воздуха. Пороговый массовый расход воздуха может быть выбран таким образом, чтобы ошибка массового потока воздуха была меньше по сравнению с оценкой массового потока РОГ.
Если на этапе 214 массовый поток воздуха окажется меньше своего порогового значения, тогда датчик КВВ может обеспечить более точную оценку массового расхода РОГ, чем система ПДНК. Поэтому контроллер может перейти на этап 216 и оценить расход РОГ с использованием датчика КВВ. Как описано со ссылкой на фиг. 1, датчик кислорода во впускном воздухе может подать эталонное напряжение, которое может выработать выходной сигнал в виде тока (Ip) накачки, который можно использовать для определения концентрации кислорода в окружающем газе в общем впускном канале 149. Затем контроллер может оценить концентрацию РОГ во впускном воздухе по изменению концентрации кислорода во впускном воздухе при открытии клапана РОГ (например, клапана 121 РОГ) и включении РОГ относительно контрольной точки, в которой клапан РОГ был закрыт, и РОГ была отключена. Другими словами, контроллер может оценить поток РОГ, исходя из изменения (например, уменьшения) концентрации кислорода, найденной при работающей РОГ относительно того времени, когда двигатель работал без РОГ. Затем на этапе 218 контроллер может отрегулировать работу двигателя по оцененному массовому расходу РОГ. Например, если оцененный массовый расход РОГ будет меньше требуемого расхода, контроллер может подать команду на большее открытие клапана РОГ, чтобы позволить большему количеству отработавших газов попасть обратно во впускной канал (например, общий впускной канал 149). Кроме того, контроллер может направить больше отработавших газов через канал 197 РОГ. Требуемый расход РОГ может быть определен контроллером по условиям работы двигателя, например, по нагрузке и частоте вращения двигателя.
Альтернативно, если массовый расход впускного воздуха превышает свое пороговое значение, оценки массового расхода РОГ с использованием датчика КВВ могут ухудшиться. Как было рассмотрено выше, для того, чтобы оценить массовый поток РОГ, контроллер может преобразовать оцененную датчиком КВВ концентрацию РОГ в массовый расход РОГ, умножив массовый расход впускного воздуха на отношение концентраций РОГ к впускному воздуху. Другими словами, ошибки оценки потока РОГ могут расти по величине при умножении на большие значения массового расхода впускного воздуха. То есть, неточность оценки потока РОГ может увеличиваться при повышении уровней воздушного потока. Если на этапе 214 уровни массового расхода впускного воздуха будут превышать свое пороговое значение, тогда оценивание массового расхода РОГ может быть точнее применением способа ПДНК, чем по показаниям датчика КВВ. То есть, если на этапе 214 контроллер определит, что массовый расход впускного воздуха превышает свое пороговое значение, тогда контроллер на этапе 210 может оценить массовый расход РОГ, используя систему ПДНК. Затем, на этапе 212 контроллер может отрегулировать работу двигателя по оцененному массовому расходу РОГ. Например, если оцененный массовый расход РОГ будет меньше требуемого расхода, контроллер может подать команду на большее открытие клапана РОГ, чтобы позволить большему количеству отработавших газов попасть обратно во впускной канал (например, общий впускной канал 149). Требуемый расход РОГ может быть определен контроллером по параметрам работы двигателя, например, по нагрузке двигателя, температуре двигателя и т.п., что подробно рассмотрено со ссылкой на фиг. 1.
Как было описано выше, контроллер может оценивать массовый расход РОГ с использованием датчика КВВ столь долго, сколь долго будут отключены продувка и наддув, а массовый расход впускного воздуха будет не достигать своего порогового значения. В противном случае, для оценивания массового расхода РОГ может быть использована система ПДНК. То есть, в одном из примеров, при работе двигателя без наддува, датчик КВВ может обеспечить более точную, чем система ПДНК оценку массового расхода РОГ. После того, как либо с помощью датчика КВВ, либо с помощью системы ПДНК будет оценен массовый расход РОГ, контроллер на этапах 218 и 212 соответственно регулирует работу двигателя по оцененному массовому расходу РОГ. В одном осуществлении, контроллер может отрегулировать работу двигателя, увеличив или уменьшив количество РОГ, открывая или закрывая клапан РОГ для достижения требуемого расхода РОГ. Если оцененный массовый расход РОГ меньше требуемого расхода, контроллер может подать команду на увеличение открытия клапана РОГ для пропуска большего потока РОГ. С другой стороны, если оцененная РОГ окажется больше требуемой, контроллер может подать команду на уменьшение степени открытия клапана РОГ для уменьшения потока РОГ.
В способе 200, после того как работа двигателя будет отрегулирована по оцененному на этапе 218 массовому расходу РОГ с использованием датчика КВВ, контроллер переходит на этап 220 для выяснения того, не настало ли время для распознавания площади клапана РОГ. Распознавание площади клапана РОГ может быть способом повышения точности оценок массового расхода РОГ тогда, когда может быть нежелательным использование датчика КВВ, например, при работе двигателя под наддувом, и вместо этого датчика использовать систему ПДНК. Как подробно раскрыто со ссылкой на фиг. 3, распознавание площади клапана может подразумевать коррекцию оценки проходного сечения клапана РОГ путем сравнения двух оценок потока РОГ, - одной, полученной по выходным сигналам датчика КВВ, и второй, полученной по выходным сигналам системы ПДНК. Так как распознавание площади клапана требует данных измерений от датчика КВВ, оно может иметь место только при работе двигателя без наддува при одновременном отключении продувки, при соблюдении условия нахождения массового расхода впускного воздуха ниже своего порогового значения. Контроллер может назначать моменты для распознавания площади клапана по предустановленным интервалам времени между событиями распознавания площади клапана. В одном осуществлении, интервал времени между событиями распознавания площади клапана может представлять собой некоторое количество рабочих циклов двигателя. То есть, контроллер может определить, что момент для запуска последовательности очередного распознавания площади клапана наступает тогда, когда с момента последнего события распознавания площади клапана двигатель выполнит предустановленное количество рабочих циклов. Тем не менее, как было указано выше, распознавание площади клапана может происходить только тогда, когда двигатель работает без наддува, а массовый расход впускного воздуха находится ниже своего порогового уровня. Еще в одном осуществлении, интервал времени между событиями распознавания площади клапана может быть длительностью использования двигателя. Еще в одном варианте осуществления, интервал времени может быть периодом времени. То есть, важно отметить, что в процессе работы двигателя распознавание площади клапана РОГ может происходить неоднократно, и при каждом таком событии выдается поправочный коэффициент для оценивания эффективного проходного сечения клапана РОГ, причем каждая коррекция ошибки клапана может заменять собой коррекцию, полученную на предшествующем событии распознавания площади клапана.
Если контроллер определит, что настало время для распознавания площади клапана РОГ (например, проходного сечения клапана РОГ), способ 200 перейдет на этап 224 и контроллер выработает оценку массового расхода РОГ с использованием системы ПДНК (посредством описанного выше метода ПДНК) и сравнит ее с оценкой массового расхода РОГ, полученной по показаниям датчика КВВ. Разница между двумя оценками может быть использована для коррекции ожидаемых оценок проходного сечения клапана РОГ (исходя из данных датчика подъема клапана РОГ и любых других коррекций подъема) и может указывать на количество скопившейся на клапане РОГ сажи, что будет разъяснено далее по тексту со ссылкой на фиг. 3. В частности, из-за скопления сажи на клапане РОГ, оценки расхода РОГ, полученные с использованием датчика КВВ, могут быть меньше, чем оценки, полученные с использованием системы ПДНК. Сажа может загромождать детали в проходном отверстии клапана РОГ и уменьшать эффективное проходное сечение клапана. Уменьшение проходного сечения может привести к снижению массовых расходов РОГ в общем впускном канале 149, в котором может быть размещен датчик кислорода. Разность между двумя оценками массового расхода РОГ затем может быть использована контроллером для определения скорректированного проходного сечения клапана РОГ. То, как контроллер определяет скорректированное проходное сечение клапана РОГ, более подробно раскрыто со ссылкой на фиг. 3. Если разность между двумя оценками массового расхода РОГ превысит свое пороговое значение, тогда контроллер может выдать индикацию о том, что на клапане РОГ скопилась сажа.
Если на этапе 220 контроллер определит, что с момента последнего события распознавания площади клапана не истекло предустановленное время, тогда на этапе 222 контроллер продолжает эксплуатацию двигателя без выполнения распознавания смещения клапана РОГ. Затем, при использовании способа ПДНК для определения потока РОГ с целью управления двигателем может быть использован поправочный коэффициент проходного сечения клапана РОГ, полученный в предшествующем событии распознавания смещения клапана.
Способ 200 может также включать в себя способ для двигателя, включающий в себя индикацию скопления сажи на клапане рециркуляции отработавших газов (РОГ) по разности потока РОГ, оцененного в течение существования первого условия, когда двигатель работает без наддува, с помощью датчика кислорода во впускном воздухе и с помощью датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ. Разность потока РОГ является разностью между первым потоком РОГ, оцененным по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе в течение существования первого условия, и вторым потоком РОГ, оцененным с помощью датчика давления на клапане РОГ в течение существования первого условия, причем датчик давления является датчиком перепада давления (ПД) на клапане. Способ может также включать в себя оценивание второго потока РОГ по выходному сигналу датчика ПД и проходному сечению клапана РОГ, причем проходное сечение клапана РОГ оценивают по известному поперечному сечению клапана РОГ и положению клапана РОГ, определяемому по выходному сигналу датчика положения клапана РОГ. Первое условие также включает в себя то, что продувка должна быть отключена, и чтобы массовый расход воздуха в двигатель был ниже порогового уровня. При этом способ 200 также включает в себя, когда двигатель работает без наддува, продувка отключена, а массовый поток воздуха в двигатель ниже порогового уровня, регулирование работы двигателя на основе потока РОГ, оцененному с использованием датчика кислорода во впускном воздухе, а не датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ. Способ 200 также включает в себя определение изменения проходного сечения клапана РОГ по разности потока РОГ, причем ожидаемое проходное сечение клапана РОГ и первый расход РОГ оценивают в течение существования первого условия, и при этом ожидаемое проходное сечение клапана РОГ опеделяют на основе выходного сигнала датчика положения клапана РОГ и коррекции подъема клапана РОГ, причем коррекция подъема клапана РОГ распознается в процессе выполнения алгоритма распознавания концевого стопорного положения и термокомпенсации клапана РОГ.
По изменению эффективного проходного сечения клапана РОГ может быть выдана индикация скопления сажи на клапане РОГ. Способ 200 может включать в себя выдачу индикации скопления сажи на клапане РОГ по превышению своего порогового значения изменением проходного сечения клапана РОГ. В другом примере, способ может также включать в себя выдачу индикации скопления сажи на клапане РОГ по превышению своего порогового значения скоростью изменения проходного сечения клапана РОГ.
Способ 200 может также включать в себя определение скорректированного проходного сечения клапана РОГ по найденному изменению проходного сечения клапана РОГ и ожидаемому проходному сечению клапана РОГ и в течение существования второго условия, когда поток РОГ оценивают с использованием датчика ПД по выходному сигналу датчика ПД и скорректированному проходному сечению клапана РОГ. Второе условие включает в себя одно или более из следующего: двигатель работает под наддувом, задействована продувка, массовый расход воздуха в двигатель превышает пороговый уровень.
На фиг. 3 показан способ 300 выдачи индикации скопления сажи на клапане РОГ и определения скорректированного проходного сечения клапана РОГ. Инструкции для выполнения способа 300 могут храниться в памяти контроллера двигателя, такого как показанный на фиг. 1 контроллер 12. Кроме того, способ 300 может выполняться контроллером.
Способ 300 может начинаться переходом с этапа 224 способа 200. То есть, способ 300 начинается этапом 302, на котором контроллер оценивает массовый расход РОГ с использованием датчика КВВ и системы ПДНК клапана РОГ. Как было описано выше со ссылкой на фиг. 2, контроллер может рассчитать массовый поток РОГ (например, расход или процентную долю потока РОГ), сравнив концентрации кислорода во впускном воздухе, оцененные датчиком кислорода при отрытом клапане РОГ (например, клапане 121 РОГ) и включенной РОГ, с теми концентрациями, которые были в контрольной точке, когда клапан РОГ был закрыт, а РОГ была отключена. Контроллер может оценить массовый расход РОГ с использованием системы ПДНК по оценкам перепада давления на клапане РОГ и проходного сечения клапана. Данные о перепаде давления на клапане может выдавать датчик ПД. Данные о смещении (например, подъеме) клапана РОГ может выдавать датчик положения, связанный с клапаном РОГ. Это позволяет оценить проходное сечение клапана РОГ по положению клапана РОГ, известному поперечному проходному сечению клапана и компенсации (например, поправке) термического расширения и/или сжатия клапана РОГ (например, из-за разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ), как подробно раскрывается далее по тексту со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6.
После того, как на этапе 302 контроллер оценит массовый расход РОГ по показаниям датчика КВВ и системы ПДНК, на этапе 304 он производит регулировку оценки РОГ, выполненной по показаниям ПДНК, внося поправку на задержку, вызванную удалением местоположения датчика КВВ. Другими словами, задержка может быть задержкой измерения, обусловленной расположением датчика КВВ и клапана РОГ в разных местах относительно друг друга. Как раскрыто со ссылкой на фиг. 2, оценка расхода РОГ по показаниям ПДНК может отличаться от оценки расхода РОГ по показаниям датчика КВВ. Это различие может быть по меньшей мере вызвано тем, что датчик КВВ и система ПДНК измеряют разные отработавшие газы, или оно может быть результатом систематической ошибки в одной из измерительных систем. Если скопление сажи на клапане РОГ уменьшает эффективное проходное сечение клапана РОГ, то система ПДНК может систематически завышать оценку расхода РОГ. Задача способа 300 состоит в том, чтобы оценить систематическую ошибку системы ПДНК и распознать поправочный коэффициент площади клапана, который можно было бы использовать для получения более точных оценок проходного сечения клапана РОГ и, следовательно, оценок потока РОГ. При этом, для того, чтобы судить о точности системы ПДНК, сравнивая ее оценку массового расхода РОГ с оценкой по показаниям датчика КВВ, важно, чтобы датчик КВВ и система ПДНК измеряли в один и тот же момент времени одни и те же отработавшие газы. Как видно по фиг. 1, отработавшие газы от канала 197 РОГ до общего впускного канала 149 должны пройти некоторое расстояние. То есть, понадобится некоторое время, чтобы отработавшие газы, выходящие из клапана РОГ в канале РОГ, достигли датчика КВВ, размещенного в общем впускном канале 149. Чтобы и на клапане РОГ и на датчике КВВ измерялись одни и те же отработавшие газы, в оценки РОГ по показаниям ПДНК и/или датчика КВВ может потребоваться внести поправку на задержку по времени. То есть, контроллер может задержать оценку расхода РОГ по показаниям ПДНК до выполнения оценки расхода РОГ по показаниям датчика КВВ для учета времени, которое потребуется отработавшим газам, чтобы пройти от клапана РОГ до датчика кислорода во впускном воздухе. Тем самым можно добиться, чтобы результирующие оценки потока РОГ по показаниям датчика ПД (системы ПДНК) и датчика КВВ относились к одним и тем же газам РОГ.
В одном примере контроллер может брать одновременные измерения и от системы ПДНК, и от датчика КВВ. В одном осуществлении контроллер затем может вносить в измерения датчика КВВ поправочный коэффициент на задержку по времени. Поправочный коэффициент на задержку по времени может определяться оценочным временем, которое может потребоваться отработавшим газам, чтобы пройти от клапана РОГ до общего впускного канала, и это время может определяться скоростями воздушного потока. В другом осуществлении, контроллер может вносить предустановленный поправочный коэффициент на задержку по времени в измерение системы ПДНК. Поправочный коэффициент на задержку по времени может определяться оценочным временем, которое может потребоваться отработавшим газам, чтобы пройти от клапана РОГ до общего впускного канала, и это время может определяться скоростями воздушного потока. Например, в переходных режимах происходит изменение положения клапана РОГ и перепада давления (ПД) на клапане РОГ. Массовый расход РОГ, рассчитанный в конкретный момент, необходимо сравнить с массовым расходом РОГ, измеренным датчиком КВВ. Для того чтобы можно было сравнивать одни и те же потоки РОГ, измеренный системой ПДНК расход РОГ необходимо задержать на время, которое потребуется данному замеру РОГ для того, чтобы достичь датчика КВВ.
В другом примере, контроллер может задержать по времени оценку РОГ по показаниям датчика КВВ относительно оценки РОГ по показаниям системы ПДНК. Другими словами, измерение РОГ в месте расположения датчика КВВ может немного запаздывать по времени относительно измерений ПД и положения клапана, выполненных на клапане РОГ. Оценка расхода РОГ, выполняемая датчиком КВВ может немного запаздывать для учета того времени, которое требуется отработавшим газам, чтобы дойти от клапана РОГ до датчика кислорода во впускном воздухе. То есть контроллер может сделать два оценивания расхода РОГ, выполненные в разное время, но основанные на измерениях одних и тех же отработавших газов. Точное разнесение по времени двух измерений может быть определено контроллером по массовому расходу впускного воздуха, давлению (давлению наддува) и температуре. Следовательно, при больших расходах длительность задержки между двумя измерениями может быть меньше, чем при меньших расходах.
В другом примере, контроллер может записать несколько измерений и с системы ПДНК, и с датчика КВВ за период времени, когда РОГ работает при работающем без наддува двигателе. Затем по оцененной скорости воздушного потока контроллер может определить количество времени, которое требуется отработавшим газам, чтобы от клапана РОГ дойти до датчика кислорода во впускном воздухе. Затем контроллер может определить, какие из измерений, выполненных системой ПДНК и датчиком КВВ, соответствуют одним и тем же измеренным отработавшим газам. Для конкретного измерения ПДНК контроллер может сначала определить время, когда это измерение было выполнено, добавить время, требующееся отработавшим газам для того, чтобы дойти до датчика кислорода во впускном воздухе, а затем определить, какое из измерений датчика КВВ было выполнено в получившееся более позднее время. Затем контроллер может использовать эти два измерения для получения двух оценок массового потока РОГ.
Переходя далее на этап 306, контроллер может определить ошибку расхода РОГ по разности между оценками потока РОГ по показаниям датчика КВВ и системы ПДНК. На этапе 306 может быть сделано предположение, что оценка расхода РОГ по показаниям датчика КВВ точнее оценки расхода РОГ по показаниям системы ПДНК. То есть, оценка расхода по показаниям датчика КВВ считается фактическим оцененным расходом РОГ. Как было разъяснено выше, это допущение является разумным для условий работы двигателя без наддува, когда расходы впускного воздуха находятся ниже порогового расхода. Оценка расхода РОГ, полученная от системы ПДНК, может иметь пониженную точность из-за скопления на клапане РОГ сажи. В этом случае, расход РОГ по показаниям датчика КВВ может быть меньше расхода, полученного по показаниям системы ПДНК. Ошибкой расхода РОГ будет расход РОГ по показаниям РОГ, вычтенный из оценки РОГ по показаниям системы ПДНК. После оценивания ошибки расхода РОГ, на этапе 310 контроллер определяет изменение проходного сечения клапана РОГ по ошибке расхода РОГ. Контроллер может разделить ошибку расхода РОГ на оценку расхода РОГ по показаниям датчика КВВ, чтобы получить ошибку в процентах для оценки расхода РОГ по показаниям ПДНК. Затем, умножив ошибку в процентах для оценки расхода РОГ по ПДНК на проходное сечение клапана РОГ (например, на ожидаемое или известное проходное сечение клапана РОГ), можно получить оценку изменения проходного сечения клапана РОГ в результате скопления сажи. Проходное сечение клапана РОГ может быть той же самой оценкой проходного сечения клапана РОГ, что использовалась в расчете расхода РОГ по показаниям ПДНК. В другом осуществлении, контроллер может оценить проходное сечение клапана РОГ после оценивания расхода клапана РОГ. По изменению проходного сечения клапана РОГ контроллер затем на этапе 312 может определить скорректированное проходное сечение клапана РОГ. Скорректированное проходное сечение клапана РОГ может представлять собой разность между оцененным проходным сечением, полученным от датчика положения клапана РОГ (например, датчика подъема клапана РОГ) и оцененным изменением проходного сечения клапана. Как было разъяснено со ссылкой на фиг. 2, скопление сажи на клапане РОГ может уменьшить проходное сечение клапана РОГ и привести к тому, что расход, оцененный по показаниям датчика КВВ, будет меньше расхода, оцененного по показаниям системы ПДНК. То есть, изменение проходного сечения клапана может быть напрямую связано с количеством сажи, скопившейся на клапане РОГ, и может использоваться для индикации количества сажи, скопившейся на клапане РОГ.
После того, как на этапе 312 будет распознана площадь клапана РОГ, способ 300 затем переходит на этап 314 и контроллер использует скорректированное проходное сечение клапана РОГ для дальнейших оценок расхода РОГ по показаниям ПДНК и регулирует РОГ по скорректированным оценкам расхода РОГ. Если контроллер использует скорректированное проходное сечение клапана РОГ для оценивания расхода РОГ, и если этот расход будет отличаться от требуемого расхода, то контроллер может отрегулировать работу двигателя для того, чтобы привести расход РОГ в соответствие с требуемым расходом. В одном примере, если расход РОГ будет меньше требуемого расхода, контроллер может подать команду на большее открытие клапана РОГ для того, чтобы больше отработавших газов рециркулировалось во впускной канал. Дополнительно котроллер может увеличить количество отработавших газов, попадающих в канал 197 РОГ. Требуемый расход может определяться параметрами работы двигателя, такими как нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, температура двигателя, температура отработавших газов и т.п. по данным измерений некоторого количества датчиков двигателя. При этом, когда для оценивания расхода РОГ контроллер использует выходные сигналы от системы ПДНК, он для этого может использовать скорректированное проходное сечение клапана РОГ. Как отмечалось со ссылкой на фиг. 2, контроллер может постоянно обновлять скорректированное проходное сечение клапана РОГ при поступлении новых оценок расхода РОГ, выполненных по показаниям датчика КВВ. По мере продолжения работы двигателя сажа может продолжать скапливаться на клапане РОГ. Если скопление сажи достигнет достаточно высоких уровней, то точность оценки расхода РОГ по показаниям системы ПДНК может снижаться и дальше. Разность между требуемым и фактическим потоками РОГ может быть также большей при более высоких уровнях скопления сажи из-за неточных оценок расхода РОГ. На этапе 316 контроллер выясняет, не превышает ли ошибка проходного сечения клапана РОГ своего порогового значения. В одном примере, ошибка проходного сечения клапана РОГ может представлять собой разность между фактическим проходным сечением клапана РОГ (определяемым выходным сигналом датчика положения клапана РОГ) и скорректированным проходным сечением клапана РОГ. В другом примере, ошибка проходного сечения клапана РОГ может определяться ошибкой расхода РОГ. Если контроллер определит, что ошибка клапана РОГ превышает свое пороговое значение, тогда он перейдет на этап 320 для индикации деградации клапана РОГ и/или для запуска алгоритма очистки клапана.
В одном осуществлении, пороговая ошибка клапана РОГ может определяться разностью между ошибкой проходного сечения клапана РОГ и самой последней найденной ошибкой проходного сечения клапана РОГ. Как было разъяснено со ссылкой на фиг. 2, контроллер может непрерывно обновлять ошибку площади клапана по поступающим от датчика КВВ новым оценкам расхода РОГ. То есть, если ошибка площади клапана РОГ будет превышать самую последнюю найденную ошибку площади клапана РОГ более, чем на пороговое значение, то контроллер может индицировать деградацию клапана РОГ и/или запустить алгоритм очистки клапана. В другом осуществлении, пороговая ошибка клапана РОГ может определяться разностью между ошибкой площади клапана РОГ и грубой оценкой проходного сечения клапана РОГ, сделанной только по положению клапана РОГ и известной площади клапана без использования коррекции ошибки потока клапана РОГ. Грубая оценка проходного сечения клапана РОГ может быть первой оценкой проходного сечения клапана, сделанная до скопления какого-либо количества сажи и распознавания площади клапана. Контроллер может занести в архив грубую оценку на время работы двигателя. Грубая оценка может также генерироваться каждый раз, когда для оценивания проходного сечения используют систему ПДНК, и когда после этого может быть применена коррекция ошибки потока клапана РОГ. Другими словами, проходное сечение сначала может быть определено по положению клапана РОГ и известной площади клапана. Затем, для коррекции оценки проходного сечения может быть применена ошибка клапана РОГ. Контроллер может сравнить оценку площади клапана РОГ перед внесением коррекции ошибки клапана с оценкой площади клапана РОГ после коррекции ошибки клапана. Если разность между двумя оценками площади клапана превысит пороговое значение, то контроллер может перейти на этап 320. Порог можно также рассматривать как пороговое количество скопившейся на клапане РОГ сажи, так как изменение площади клапана РОГ может быть напрямую связано со скоплением сажи на этом клапане. В другом осуществлении пороговое значение может определяться скоростью изменения оценки площади клапана РОГ. Если скорость изменения проходного сечения, оцененная ошибкой РОГ, поднимется выше порогового значения, тогда контроллер может перейти на этап 320.
На этапе 320 контроллер может выдать индикацию деградации клапана РОГ. Индикация может быть выведена на дисплей обратной связи пользователя, например, на переключатель с подсветкой на приборной доске. Дополнительно или альтернативно контроллер может запустить алгоритм очистки клапана, который может быть использован для уменьшения количества сажи, скопившейся на клапане РОГ. Еще в одном примере, индикация деградации клапана РОГ может включать в себя установку диагностического кода.
Если на этапе 316 контроллер определит, что ошибка площади клапана РОГ не превышает порогового значения, тогда контроллер переходит на этап 318 и продолжает эксплуатацию клапана РОГ без выдачи индикации о его деградации и/или без запуска алгоритма его очистки.
Способ 300 включает в себя оценивание изменения проходного сечения клапана РОГ в результате скопления сажи. В одном примере, найденное изменение проходного сечения клапана РОГ может быть использовано для коррекции расхода РОГ, оцененного способом ПДНК. Способ также может включать в себя выдачу индикации деградации клапана РОГ и/или запуск алгоритма очистки клапана РОГ в случае, если скопление сажи достигнет своего порогового уровня, что определяют по ошибке площади клапана РОГ, изменению проходного сечения клапана РОГ, и/или по скорости изменения проходного сечения клапана РОГ, и/или по ошибке расхода РОГ.
На фиг. 3 представлен способ для двигателя, включающий в себя: в течение существования выборочных условий, сравнение первого потока рециркуляции отработавших газов (РОГ), оцененного по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе, со вторым потоком РОГ, оцененным по перепаду давления на клапане РОГ, и по результатам данного сравнения выдачу индикации о скоплении сажи на клапане РОГ. Сравнение первого потока РОГ со вторым потоком РОГ включает в себя распознавание ошибки проходного сечения клапана РОГ по разности между первым потоком РОГ и вторым потоком РОГ. Выдача индикации о скоплении сажи на клапане РОГ включает в себя индицирование деградации клапана РОГ из-за сажи, причем деградация определяется тем, что распознанная ошибка проходного сечения превышает пороговое значение. Способ также может включать в себя в течение последующей эксплуатации двигателя, когда поток РОГ оценивают по перепаду давления на клапане РОГ, регулирование оценки потока РОГ по распознанной ошибке проходного сечения. Перепад давления на клапане РОГ может измеряться датчиком перепада давления (ПД), установленного параллельно клапану РОГ. Выдача индикации о скоплении сажи на клапане РОГ включает в себя одно или более из следующего: установку диагностического кода, запуск алгоритма очистки клапана РОГ и оповещение оператора транспортного средства о том, что клапан РОГ деградировал и требует обслуживания. Выборочные условия могут включать в себя такие условия, когда двигатель работает без наддува, продувка отключена, и когда массовый расход воздуха меньше порогового уровня. Выдача индикации о скоплении сажи включает в себя одно или более из следующего: запуск алгоритма очистки, оповещение оператора транспортного средства о деградации клапана РОГ и установку диагностического кода.
Определение отрегулированного проходного сечения дополнительно основано на втором изменении проходного сечения из-за скопления сажи на клапане РОГ. Способ может включать в себя определение второго изменения проходного сечения по разности потоков РОГ оцененных в течение существования первого условия, когда двигатель работает не под наддувом, датчиком кислорода во впускном воздухе и датчиком давления, установленного параллельно клапану РОГ. Определение второго изменения проходного сечения дополнительно основано на ожидаемом проходном сечении клапана РОГ и первом потоке РОГ, оцененном с использованием датчика кислорода во впускном воздухе в течение существования первого условия, причем ожидаемое проходное сечение клапана РОГ опеделяют на основе выходного сигнала датчика положения клапана РОГ и коррекции подъема клапана РОГ, причем коррекцию подъема клапана РОГ распознают в процессе выполнения алгоритма распознавания концевого стопорного положения и термокомпенсации клапана РОГ. Способ может также включать в себя выдачу индикации о скоплении сажи на клапане РОГ, если второе изменение проходного сечения превысит пороговый уровень.
На фиг. 4 представлена схема того, как можно оценить поток РОГ в изменяющихся условиях работы двигателя. В частности, на схеме 400 графиком 402 показано изменение потока РОГ по показаниям системы ПДНК на клапане РОГ, графиком 404 показано изменение потока РОГ по показаниям датчика КВВ. На схеме 400 графиком 406 показана ошибка расхода РОГ, графиком 408 показано оцененное количество сажи, скопившейся на клапане РОГ, графиком 410 показан массовый расход впускного воздуха, графиком 412 показан статус наддува двигателя, и графиком 414 показан статус продувки. Ошибка расхода клапана РОГ существенно является разностью оценок расходов РОГ, выполненных по показаниям системы ПДНК и датчика КВВ, как было подробно описано со ссылкой на фиг. 3. То есть, ошибка расхода клапана РОГ является ошибкой в оценке расхода РОГ по показаниям ПДНК, определяемой разностью между оценками расхода РОГ по показаниям датчика КВВ и системы ПДНК. Как описано для способа со ссылкой на фиг. 3, из ошибки расхода РОГ можно вывести количество скопления сажи. В частности, ошибку расхода РОГ можно использовать для оценивания ошибки проходного сечения клапана РОГ, так как ошибка расхода РОГ может быть вызвана изменением проходного сечения клапана РОГ в результате скопления сажи. Ошибку проходного сечения клапана РОГ затем можно использовать для того, чтобы логически вывести количество скопившейся сажи. Массовый расход впускного воздуха может быть измерен датчиком массового расхода воздуха. Статус наддува и продувки может регулироваться контроллером (например, контроллером 12). То есть, контроллер может определять уровни продувки по положению продувочного клапана в продувочном канале (например, в тракте 195 продувки топливных паров). Контроллер может определять уровни наддува по рабочему статусу турбин, компрессоров, или по командам, подаваемым турбонагнетателю.
Как было описано выше со ссылкой на фиг. 2 и фиг. 3, в двигателе с турбонаддувом для оценивания массового расхода РОГ можно использовать как систему ПДНК, так и датчик КВВ. Одновременное использование и ПДНК и КВВ для оценивания массовых расходов РОГ возможно только в определенных условиях работы, так как показания датчика искажаются тогда, когда включен наддув, продувка и т.п., что было рассмотрено со ссылкой на фиг. 2. То есть, в зависимости от условий работы двигателя, оценки расхода РОГ от системы ПДНК и датчика КВВ могут иметь изменяющиеся уровни точности. Например, когда массовый расход впускного воздуха превышает свое пороговое значение, система ПДНК может обеспечить более точные оценки расхода РОГ по сравнению с датчиком КВВ. Тем не менее, при незадействованном наддуве двигателя и в отсутствие продувки, а также когда массовый расход впускного воздуха меньше своего порогового значения, измерения датчика КВВ могут обеспечить более точные оценки массового расхода РОГ по сравнению с системой ПДНК. В зависимости от условий работы двигателя контроллер может определить, какая из оценок массового расхода РОГ будет точнее - по показаниям ПДНК или по показаниям датчика КВВ. В другом осуществлении контроллер для оценивания расхода РОГ может использовать комбинацию оценок расхода РОГ. То есть, если контроллер определит, что наддув и продувка не задействованы, и массовый расход впускного воздуха меньше своего порогового значения, то контроллер может использовать оценку РОГ по показаниям датчика КВВ для коррекции и повышения точности оценок расхода РОГ, сделанных по показаниям системы ПДНК. Таким образом, воспользовавшись измерениями КВВ при работе двигателя в выборочных условиях (например, без наддува, без продувки и при низком массовом расходе впускного воздуха), можно повысить качество оценок массового расхода РОГ, определяемых при любых условиях работы двигателя. Это особенно полезно ввиду того, что по мере скопления сажи на клапане РОГ, оценки расхода РОГ по показаниям системы ПДНК будут все менее и менее точными, так как сажа будет уменьшать проходное сечение клапана. То есть, используя датчик КВВ в качестве контрольной точки, можно исправить оценки расхода РОГ по показаниям системы ПДНК, чтобы учесть в них уменьшение проходного сечения клапана в результате скопления сажи. Если количество скопившейся сажи достигнет критического порога, тогда может быть запущен алгоритм очистки клапана или оператору транспортного средства может быть выдана индикация о скоплении сажи.
До момента t1 времени наддув включен (график 412) (например, двигатель работает под наддувом), продувка (график 414) отключена, а массовый расход впускного воздуха не достигает своего порогового значения Т1 (график 410). Так как задействован наддув, оценивание потока РОГ по показаниям датчика КВВ (график 404) не выполняют, что видно по тому, что кривая графика 404 до момента t1 отсутствует. Ошибка расхода клапана РОГ может находиться на первом уровне Е1 (график 406). Первый уровень Е1 может быть ошибкой расхода клапана РОГ, оцененной на предыдущем распознавании площади клапана. Скопление сажи может находиться на первом уровне S1, соответствующем уровню Е1 ошибки проходного сечения клапана РОГ. В момент t1 времени наддув отключают, но массовый расход впускного воздуха поднимается выше своего порогового значения Т1. При этом контроллер продолжает оценивать массовый расход РОГ с использованием системы ПДНК, не принимая во внимание выходные сигналы датчика КВВ. Так как измерения датчика КВВ в расчет не берутся, не может быть выполнено нового распознавания площади клапана, и поэтому не может быть новых оценок ошибки расхода клапана РОГ или скопления сажи. То есть, до и после момента t1 времени ошибка расхода клапана РОГ и скопления сажи остаются одними и теми же на уровнях Е1 и S1 соответственно.
В момент t2 времени включают продувку, и массовый расход впускного воздуха падает обратно ниже порога Т1. Контроллер продолжает игнорировать измерения датчика КВВ, и поэтому ошибка расхода клапана РОГ и оценки скопления сажи остаются без изменения. В момент t3 времени массовый расход впускного воздуха поднимается выше порога Т1 и включается наддув. Продувка тоже остается включенной. Контроллер продолжает игнорировать измерения датчика КВВ, и оценка скопления сажи остается на первом уровне S1, а ошибка расхода клапана РОГ остается на уровне Е1. Важно отметить, что три параметра работы двигателя (массовый расход впускного воздуха, наддув и продувка) могут иметь статус «включено» или иметь значение выше порогового уровня в любой комбинации. То есть, сколь долго будут включены или наддув, или продувка, или массовый расход впускного воздуха будет выше Т1, контроллер будет продолжать игнорировать измерения датчика КВВ, и оценки скопления сажи, а также ошибка расхода клапана РОГ будут оставаться неизменными.
В момент t4 массовый расход впускного воздуха падает ниже порога Т1, и происходит отключение как продувки, так и наддува. То есть, в момент t4 контроллер может оценить поток РОГ, используя выходной сигнал датчика КВВ (график 404). В этой точке, оценки массового расхода РОГ получают как от датчика КВВ, так и от системы ПДНК. Контроллер может сравнить эти две оценки потока РОГ и оценить ошибку расхода клапана РОГ, как описано в способе, показанном на фиг. 3. Так как до момента t4 датчик КВВ могли не использовать для оценивания потока РОГ, на клапане РОГ могло скопиться некоторое количество сажи, что видно по поднятию графика 408 с первого уровня S1 на более высокий второй уровень S2. Скопление сажи может делать неточными оценки расхода РОГ по показаниям системы ПДНК, в частности, в оценивании проходного сечения клапана РОГ. Соответственно, в момент t4 на графике 406 ошибка расхода РОГ повышается с первой ошибки Е1 до более высокой второй ошибки Е2.
В промежутке времени между моментами t4 и t5 наддув и продувка остаются отключенными, а массовый расход впускного воздуха остается ниже Т1. В течение этого времени продолжают выполнять оценки массового расхода РОГ по показаниям датчика КВВ, но они могут расходиться с оценками массового расхода РОГ, получаемыми по показаниям системы ПДНК. Это может быть обусловлено увеличением скопления сажи на клапане РОГ между t4 и t5. При этом, чем больше сажи скапливается на клапане РОГ, тем больше может увеличиваться разность между оценками массового расхода РОГ, выполненными по показаниям датчика КВВ и системы ПДНК. Как видно по графикам 406 и 406, между t4 и t5 скопление сажи устойчиво растет, и это отражается в ошибке расхода клапана РОГ. Затем, в момент t5 контроллер корректирует оценку площади клапана РОГ способом, описанным со ссылкой на фиг. 3. Благодаря коррекции, массовый расход РОГ, оцененный по показаниям системы ПДНК, становится более точным и приближается к значению, получаемому по показаниям датчика КВВ. При этом, в момент t5 ошибка расхода клапана РОГ снижается с более высокого уровня Е4 до более низкого уровня, аналогичного уровню Е1. Тем не менее, сажа продолжает скапливаться. В момент t5, несмотря на то, что скопление сажи продолжает расти, контроллер использует измерения датчика КВВ в качестве контрольной точки для коррекции оценок расхода клапана РОГ, получаемых с помощью системы ПДНК. В частности, контроллер может использовать разность оценок расхода РОГ, полученных по показаниям датчика КВВ и системы ПДНК для вывода значения ошибки в оценках проходного сечения клапана РОГ. Так как проходное сечение клапана РОГ используют для оценивания расхода по показаниям системы ПДНК, возникающие в результате скопления сажи ошибки проходного сечения клапана РОГ могут вызвать ошибки в оценках расхода РОГ по показаниям системы ПДНК. То есть, несоответствия между оценками расхода РОГ по показаниям датчика КВВ и системы ПДНК могут быть отнесены к ошибкам оценок проходного сечения клапана РОГ, возникающим в результате скопления сажи на клапане РОГ. Соответственно, ошибку расхода клапана РОГ можно использовать для вывода ошибки проходного сечения клапана РОГ. За счет учета изменения проходного сечения клапана РОГ из-за скопления сажи на этом клапане повышается точность оценок расхода РОГ по показаниям системы ПДНК.
С течением времени, в момент t6 массовый расход впускного воздуха повышается выше порогового значения Т1. Как видно по графику 404, в момент t6 контроллер прекращает использовать выходные сигналы датчика КВВ для оценивания расхода РОГ. Система ПДНК продолжает выполнять измерения (график 402), и для оценки массового расхода РОГ контроллер использует скорректированное проходное сечение клапана РОГ, оцененное по ошибке расхода РОГ в момент t5 времени. При этом ошибка расхода клапана РОГ после момента t6 остается неизменной, так как для сравнения с оценками по показаниям системы ПДНК не используется каких-либо новых измерений датчика КВВ. Аналогично, после момента t6 сажа может продолжать скапливаться на клапане РОГ, но, без точных измерений КВВ контроллер может быть неспособен измерять и/или оценивать уровни сажи. То есть, по графику 408 видно, что оцениваемые контроллером уровни сажи остаются неизменными после момента t6 времени.
В момент t7 массовый расход впускного воздуха снижается ниже порогового уровня Т1, а наддув и продувка остаются отключенными. То есть, в момент t7 контроллер может оценить расход РОГ по выходным сигналам датчика КВВ. Оценки массового расхода РОГ, выполненные по показаниям датчика КВВ, могут быть меньше оценок, полученных по показаниям системы ПДНК. Соответственно, в результате несоответствия друг другу двух оценок массового расхода РОГ, ошибка расхода клапана РОГ повышается с уровня, аналогичного Е1, до более высокого уровня Е3. Оцененное контроллером скопление сажи повышается с более низкого уровня S3 до более высокого уровня S4 из-за различия оценок расхода, выполненных по показаниям датчика КВВ и системы ПДНК. С момента t7 до момента t8 оценки массового расхода РОГ по показаниям датчика КВВ и системы ПНДК расходятся друг относительно друга из-за повышенного скопления сажи на клапане РОГ, то есть, из-за повышенной ошибки в оценке площади клапана РОГ по показаниям системы ПДНК. Ошибка расхода клапана РОГ устойчиво повышается до тех пор, пока в момент t8 контроллер не исправит оценку проходного сечения клапана РОГ способом, описанным со ссылкой на фиг. 3, как он это уже делал в момент t5. С скорректированной площадью клапана РОГ, оценка массового расхода РОГ по показаниям системы ПДНК более точно соответствует оценке по показаниям датчика КВВ. Ошибка расхода клапана РОГ снижается до более низкого уровня, аналогичного Е1. В то же самое время сажа продолжает скапливаться. При этом в моменты t5 и t8 контроллер запускает алгоритм распознавания площади клапана и корректирует оценку площади клапана РОГ от системы ПДНК, так что оценка массового расхода РОГ от системы ПДНК более точно совпадает с оценкой от датчика КВВ.
С течением времени, в момент t9 скопление сажи достигает порогового значения Т2. Как раскрыто в способе со ссылкой на фиг. 3, в момент t9 контроллер может выдать оператору транспортного средства индикацию о том, что произошла деградация клапана РОГ, или в ответ на достижение скоплением сажи порогового значения Т2 может запустить алгоритм очистки клапана. Если контроллер оповещает оператора транспортного средства о деградации клапана РОГ, то скопление сажи может продолжать увеличиваться после момента t9 времени. Тем не менее, если контроллер запустит алгоритм очистки клапана, тогда сажа может быть удалена с клапана РОГ, и уровни сажи могут упасть до более низкого уровня S5, аналогичного уровню S1. После момента t9, массовый расход впускного воздуха остается ниже порогового уровня Т1, а наддув и продувка остаются отключенными. При этом, измерения датчика КВВ продолжают использоваться для оценивания массового расхода РОГ, а сажа скапливается на клапане РОГ. Соответственно, ошибка расхода клапана РОГ увеличивается, а оценки массового расхода РОГ по показаниям системы ПДНК и датчика КВВ могут отличаться друг от друга.
Схема 400 показывает, как контроллер может оценивать массовые расходы РОГ в зависимости от условий работы двигателя. В одном варианте осуществления, когда справедливо одно или более из следующего: массовый расход впускного воздуха превышает свое пороговое значение, включен наддув или задействована продувка, контроллер может оценивать массовый расход РОГ, используя только систему ПДНК. В условиях, когда массовый расход впускного воздуха меньше своего порогового значения, наддув отключен, и продувка не задействована, контроллер для оценивания массового расхода РОГ может использовать датчик КВВ ввиду более высокой точности датчика КВВ в этих условиях. В других вариантах осуществления, контроллер может оценивать поток РОГ, используя и датчик КВВ и систему ПДНК; тем не менее, контроллер затем может решить, какую из оценок использовать, исходя из относительной точности измерений, которая определяется условиями работы двигателя, такими как уровень наддува, уровень продувки и/или массовый расход воздуха. Для того чтобы судить о величине ошибки в оценках потока РОГ по системе ПДНК, контроллер может сравнить оценки массового потока РОГ по системе ПДНК с оценками по датчику КВВ. Затем контроллер может исправить оценки расхода РОГ по системе ПДНК по оценкам, полученным с помощью датчика КВВ. В процессе использования двигателя, ошибка в оценках массового расхода по системе ПДНК может увеличиваться в результате скапливания сажи на клапане РОГ. Скопление сажи может влиять на оценки проходного сечения клапана РОГ, то есть и на оценки потока РОГ. Используя измерения датчика КВВ в качестве контрольной точки для сравнения, оценки расхода РОГ по системе ПДНК можно исправить, учтя сужение проходного сечения клапана РОГ в результате скопления сажи. Кроме того, когда скопление сажи достигнет своего порогового уровня, контроллер может сигнализировать о деградации клапана РОГ и/или он может запустить алгоритм очистки клапана для того, чтобы счистить сажу с клапана РОГ.
На фиг. 5 представлен способ 500 распознавания изменений проходного сечения клапана РОГ, происходящих из-за изменений перепада температуры между штоком и корпусом клапана РОГ. При увеличении перепада температуры между корпусом и штоком клапана РОГ, поперечное проходное сечение клапана РОГ может изменяться из-за термического расширения или сжатия, результатом чего становится увеличение ошибки проходного сечения клапана РОГ, то есть, и оценки потока РОГ способом ПДНК. Более точные оценки проходного сечения клапана РОГ могут повысить точность оценок расхода РОГ с использованием системы ПДНК. Таким образом, способ 500 может обеспечить средства более точного оценивания расхода РОГ с использованием системы ПДНК. Как было описано выше со ссылкой на фиг. 2 и фиг. 3, система ПДНК может оценивать расход РОГ по перепаду давления на клапане РОГ (например, клапане 121 РОГ), и проходному сечению клапана РОГ. Проходное сечение клапана РОГ можно оценить по положению клапана РОГ (определяемому датчиком подъема) и известному поперечному проходному сечению клапана РОГ. По термическому расширению клапана РОГ способ 500 выдает поправочный коэффициент для оценивания проходного сечения клапана РОГ. Инструкции для выполнения клапана РОГ могут храниться в памяти контроллера двигателя, такого как показанный на фиг. 1 контроллер 12. Кроме того, способ 500 может быть выполнен контроллером.
Способ 500 начинается этапом 502, на котором контроллер оценивает и/или измеряет параметры работы двигателя. Параметры работы двигателя могут оцениваться по данным обратной связи от некоторого количества датчиков, и могут включать в себя: температуру двигателя, частоту вращения и нагрузку двигателя, массовый расход впускного воздуха, давление в коллекторе и т.п.
Контроллер продолжает выполнение способа на этапе 504, на котором выясняет, не настало ли время для распознавания термокомпенсации клапана РОГ. Распознавание термокомпенсации клапана может включать в себя оценивание изменения проходного сечения клапана РОГ по изменению разности температур между штоком и корпусом клапана, что будет раскрыто далее по тексту. Контроллер может определить момент для распознавания термокомпенсации по тому, сколько времени прошло с момента самого последнего события распознавания термокомпенсации. То есть, контроллер может запустить распознавание термокомпенсации клапана по истечению предустановленного времени с момента самого последнего события распознавания термокомпенсации. Предустановленное время может быть количеством рабочих циклов двигателя, длительностью использования двигателя, периодом времени. То есть, если предустановленное время не истечет после самого последнего события распознавания термокомпенсации, то контроллер может определить, что термокомпенсации не требуется, и может перейти на этап 506. На этапе 506 для оценок потока РОГ по показаниям ПДНК, контроллер может использовать ранее определенную поправку проходного сечения клапана РОГ с предшествующего события распознавания термокомпенсации клапана. Эта ранее определенная поправка проходного сечения клапана РОГ может затем быть использована в способах по фиг. 2 и фиг. 3 для более точного оценивания потока РОГ способом ПДНК.
ESL
VLV
VLV
Если с момента самого последнего события распознавания термокомпенсации истекло предустановленное время, то контроллер может определить, что настало время для распознавания термокомпенсации и перейти на этап 508. На этапе 508 по температуре РОГ контроллер оценивает разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ. В частности, разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ может храниться в памяти контроллера в виде функции температуры РОГ. Зависимость разности температур между штоком и корпусом клапана от температуры РОГ может быть предустановленной по результатам заводских испытаний. Температура РОГ может оцениваться датчиком температуры (например, датчиком 135 температуры) или выше по потоку, или ниже по потоку от клапана РОГ. Температуру, зарегистрированную датчиком температуры, можно отрегулировать по положению датчика температуры относительно клапана РОГ. Отработавшие газы при прохождении по выпускному каналу (например, каналу 197 РОГ) могут охлаждаться, и поэтому температура, зарегистрированная датчиком ниже по потоку от клапана РОГ, может быть ниже фактической температуры отработавших газов, проходящих через клапан РОГ. И наоборот, датчик температуры, расположенный выше по потоку, может регистрировать температуру отработавших газов, более высокую, чем на клапане РОГ. Степень изменения температуры отработавших газов от места расположения клапана РОГ до места расположения датчика температуры может быть предустановлена по результатам заводских испытаний и может зависеть от потока РОГ. То есть, температуру отработавших газов, регистрируемую датчиком температуры, могут модифицировать, чтобы она представляла собой температуру отработавших газов на клапане РОГ. Располагая оценками температуры РОГ, контроллер может оценить разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ по известной зависимости разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ от температуры РОГ. Полученную разность температур можно затем модифицировать на основе потока РОГ. Таким образом, разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ может определяться температурой РОГ и потоком РОГ. Затем, на этапе 510 контроллер может найти разность температур (ΔT) между штоком и корпусом клапана РОГ при закрытом положении клапана РОГ, соответствующую существенно той-же температуре РОГ, которая используется для нахождения ΔT на этапе 508. Точнее, на этапе 508 разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ находят при текущей температуре РОГ. Когда-бы не закрывался клапан РОГ (например, закрывался полностью, так, чтобы через канал РОГ отсутствовал бы поток РОГ), контроллер может занести в память разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ в виде функции от температуры РОГ, что подробно будет описано далее по тексту со ссылкой на фиг. 6. В результате, контроллер сможет извлечь (например, найти в памяти) разность температур между штоком и корпусом клапана, соответствующую той же самой температуре РОГ, при которой на этапе 508 была оценена ΔT.
VLV
ESL
VLV
ESL
Затем способ может перейти на этап 512, и контроллер может определить изменение проходного сечения клапана РОГ по разности между ΔT и ΔT и по коэффициенту термического расширения. В частности, контроллер может умножить разность между ΔT и ΔT на коэффициент термического расширения, чтобы в результате выдать оценку изменения проходного сечения клапана РОГ. В одном примере, коэффициент термического расширения может быть предустановленным в зависимости от типа материала, из которого состоит клапан РОГ.
После того, как будет найдено изменение проходного сечения клапана РОГ, контроллер может перейти на этап 514 и найти скорректированное проходное сечение клапана РОГ для использования в последующих оценках расхода РОГ по показаниям системы ПДНК. То есть, скорректированное проходное сечение клапана РОГ может быть определено по изменению проходного сечения клапана РОГ. В частности, как было описано выше со ссылкой на фиг. 2, проходное сечение клапана РОГ может быть определено по положению клапана РОГ (которое определяется датчиком подъема клапана РОГ) и по известному поперечному проходному сечению клапана РОГ. Тем не менее, из-за термического расширения клапана РОГ, проходное сечение клапана РОГ может отличаться от проходного сечения, найденного по положению и известной площади клапана РОГ. То есть, использовав изменения проходного сечения клапана из-за термического расширения клапана РОГ, можно повысить точность оценки проходного сечения клапана РОГ, чтобы она приблизилась к фактическому проходному сечению клапана РОГ, и точнее отражала эффективный расход через клапан. Следовательно, при определении проходного сечения клапана РОГ контроллер может учитывать как эффект термического расширения клапана, так и количество скопившейся на клапане сажи. При этом контроллер может оценить первый поправочный коэффициент площади клапана РОГ по термическому расширению клапана РОГ. Также контроллер может определить второй поправочный коэффициент площади клапана РОГ по отложению сажи на клапане РОГ. Объединяя два поправочных коэффициента площади клапана РОГ, контроллер может определить совокупный поправочный коэффициент площади клапана РОГ. Тем самым можно повысить точность оценок площади клапана РОГ, которые затем могут быть использованы для получения более точных оценок потока РОГ способом ПДНК, как было описано выше со ссылкой на фиг. 2. В частности, оценка площади клапана РОГ и измеряемый датчиком ПД перепад давления на клапане РОГ могут быть использованы для того, чтобы вывести расход РОГ.
Таким образом, способ эксплуатации двигателя может включать в себя следующие этапы: регулируют клапан рециркуляции отработавших газов (РОГ) на основе оценки потока РОГ, причем оценку потока РОГ определяют по перепаду давления на клапане РОГ и отрегулированному проходному сечению клапана, причем отрегулированное проходное сечение клапана определяют по первой разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ. Перепад давления на клапане РОГ может быть оценен с помощью датчика давления, установленного параллельно клапану РОГ, причем датчик давления является датчиком перепада давления (ПД) на клапане, а отрегулированное проходное сечение клапана дополнительно определяют на основе известного поперечным сечением клапана РОГ и положением клапана РОГ, причем положение клапана РОГ измеряется датчиком положения клапана РОГ (например, датчиком подъема клапана). Отрегулированное проходное сечение клапана регулируют по известному поперечному проходному сечению клапана РОГ и выходному сигналу датчика положения клапана РОГ. Способ также может включать в себя этап, на котором определяют отрегулированное проходное сечение клапана по первому изменению проходного сечения, определяемому первой разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ и поправочным коэффициентом на термическое расширение клапана РОГ. Способ также может включать в себя этап, на котором при каждом событии закрытия клапана определяют вторую разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ при закрытом положении клапана, и сохранение найденной при закрытом положении клапана второй разности температур в памяти контроллера. Первое изменение проходного сечения дополнительно основано на разности между первой разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ и второй разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ при закрытом положении клапана РОГ. Способ также может включать в себя этап, на котором оценивают первую разность температур по температуре и расходу газа РОГ, протекающего через клапан РОГ.
В другом примере, способ эксплуатации двигателя может также включать в себя определение поправки подъема клапана РОГ по изменению разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ при закрытии и открытии клапана, причем разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ опеделяют на основе измеряемой вблизи клапана РОГ температурой РОГ и потоком РОГ.
В другом примере способ эксплуатации двигателя включает в себя следующие этапы: оценивают поток рециркуляции отработавших газов (РОГ) по перепаду давления на клапане РОГ и совокупному проходному сечению клапана, распознают первый поправочный коэффициент проходного сечения клапана по первой разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ, и регулируют совокупное проходное сечение клапана по первому распознанному поправочному коэффициенту проходного сечения. Распознавание первого поправочного коэффициента проходного сечения клапана включает в себя сохранение первого поправочного коэффициента проходного сечения клапана в памяти контроллера и повторение распознавания первого поправочного коэффициента проходного сечения клапана после некоторого периода времени, причем период времени включает в себя одно или более из следующего: продолжительность эксплуатации двигателя и количество рабочих циклов двигателя. Распознавание первого поправочного коэффициента проходного сечения клапана включает в себя оценивание первой разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ на основе потока РОГ и температуры отработавших газов, протекающих через клапан РОГ. Распознавание первого поправочного коэффициента проходного сечения клапана включает в себя умножение разности между первой разностью температур и второй разностью температур на коэффициент термического расширения клапана РОГ, причем коэффициент термического расширения является коэффициентом термического расширения подъема клапана на градус разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ. Способ эксплуатации двигателя также включает в себя этап, на котором распознают второй поправочный коэффициент проходного сечения клапана по разности между первым потоком РОГ, оцененным по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе, и вторым потоком РОГ, оцененным по перепаду давления на клапане РОГ в процессе работы двигателя с выключенной продувкой, выключенным наддувом и массовым расходом воздуха ниже порогового уровня, причем указанный способ дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют совокупное проходное сечение по первому поправочному коэффициенту проходного сечения и второму поправочному коэффициенту проходного сечения. Оценивание потока РОГ включает в себя оценивание потока РОГ по перепаду давления на клапане РОГ и совокупному проходному сечению клапана в течение существования первого условия, когда включено одно или более из продувки двигателя и наддува двигателя, и когда массовый расход впускного воздуха превышает свое пороговое значение. Способ также включает в себя этап, на котором оценивают поток РОГ по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе, а не по перепаду давления на клапане РОГ в течение существования второго условия, когда продувка и наддув двигателя отключены, а массовый расход впускного воздуха меньше своего порогового значения.
В другом примере, система двигателя включает в себя: турбонагнетатель с впускным компрессором и выпускной турбиной, канал рециркуляции отработавших газов (РОГ) низкого давления, связывающий выпускной канал ниже по потоку от выпускной турбины и впускной канал выше по потоку от впускного компрессора, причем канал РОГ низкого давления содержит клапан РОГ и датчик перепада давления (ПД) для оценивания потока РОГ, датчик кислорода во впускном воздухе, расположенный на впуске двигателя ниже по потоку от канала РОГ низкого давления; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для регулирования клапана РОГ на основе потока РОГ, оцененного по выходному сигналу датчика ПД и на основе отрегулированного проходного сечения клапана, которое опеделяют на основе первой разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ и второй разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ при закрытом положении клапана РОГ. Также датчик кислорода во впускном воздухе двигателя размещен во впускном коллекторе двигателя, и при этом отрегулированное проходное сечение клапана также определяется разностью между первой оценкой потока РОГ по выходному сигналу датчика ПД и второй оценкой потока РОГ по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе, выполненной при работе двигателя с отключенными наддувом и продувкой, когда массовый расход воздуха меньше своего порогового значения. Система двигателя также может содержать датчик температуры, размещенный вблизи клапана РОГ внутри канала РОГ низкого давления, и при этом первая и вторая разности температур определяются выходным сигналом датчика температуры и потоком РОГ.
ESL
ESL
На фиг. 6 показан способ оценивания разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ при закрытом положении клапана (процесс, который здесь также называется «распознаванием концевого стопорного положения»). Способ 600 обеспечивает средства для оценивания разности (ΔT.) температур между штоком и корпусом клапана РОГ, когда клапан РОГ закрыт. При этом, как было описано выше со ссылкой на фиг. 5, разность (ΔT) может быть использована для повышения точности оцениваемого изменения проходного сечения клапана РОГ, происходящего из-за термического расширения клапана РОГ.
Способ 600 начинается этапом 602, на котором контроллер оценивает и/или измеряет параметры работы двигателя. Параметры работы двигателя могут оцениваться по данным обратной связи от некоторого количества датчиков, и могут включать в себя: температуру двигателя, частоту вращения и нагрузку двигателя, массовый расход впускного воздуха, давление в коллекторе, положение клапана РОГ и т.п.
В зависимости от условий работы двигателя, контроллер затем на этапе 604 может выяснить, не закрывается ли клапан РОГ. В частности, контроллер может определить, закрывается ли клапан РОГ по положению клапана РОГ, выдаваемому датчиком положения клапана (например, датчиком 131 подъема клапана РОГ). В одном осуществлении, контроллер может постоянно следить за клапаном РОГ таким образом, чтобы при каждом событии закрытия клапана переходить на этап 608. Если контроллер выясняет, что клапан не закрывается, тогда контроллер может перейти на этап 606. В другом осуществлении, контроллер может не переходить на этап 608 при каждом событии закрытия клапана. Вместо этого, контроллер может переходить на этап 608 только тогда, когда клапан РОГ закрывается и истекает период времени. В противном случае, контроллер может переходить на этап 606. Период времени может представлять собой количество событий закрытия клапана, временной интервал, количество рабочих циклов двигателя и т.п. Поэтому, даже если контроллер выяснит, что клапан закрывается, но при этом еще не истек период времени, контроллер может перейти на этап 606. На этапе 606 положение клапана РОГ может модулироваться в зависимости от требуемого расхода РОГ, который определяется параметрами работы двигателя (например, температурой двигателя, температурой отработавших газов, массовым расходом впускного воздуха и т.п.).
ESL
ESL
ESL
ESL
ESL
VLV
Тем не менее, если на этапе 604 клапан РОГ закрывается и период времени истек, тогда контроллер может определить разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ по показаниям датчика температуры (например, датчика 135 температуры РОГ). Например, контроллер может найти разность температур между штоком и корпусом клапана РОГ по температуре РОГ и/или потоку РОГ, а затем сохранить эту разность температур как ΔT. Когда клапан РОГ закрывается, рассчитанная разность температур используется в качестве величины, подлежащей сохранению как ΔT После определения ΔT на этапе 608, контроллер может перейти на этап 610 и сохранить найденные на этапе 608 значения ΔT и температуры РОГ в памяти контроллера (например, в справочной таблице). При этом, хранящиеся в контроллере значения ΔT могут быть доступными для сравнения со значениями ΔT с целью определения поправки на термическое расширение для оценок проходного сечения клапана РОГ согласно способу, описанному со ссылкой на фиг. 5.
Таким образом, способ может включать в себя оценивание расхода РОГ по выходным сигналам системы ПДНК и датчика кислорода во впускном воздухе. И система ПДНК, содержащая датчик перепада давления (ПД) вместе с датчиком положения клапана РОГ, и датчик кислорода во впускном воздухе можно использовать для получения отдельных оценок массового расхода РОГ. Использовать датчик кислорода во впускном воздухе для получения оценки массового расхода воздуха РОГ можно в таких условиях работы двигателя, когда продувка не задействована, наддув отключен, а массовый расход впускного воздуха ниже своего порогового значения. Затем оценку массового расхода воздуха РОГ, полученную по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе, можно сравнить с оценкой потока РОГ, полученной по выходным сигналам системы ПДНК, и определить то, сколько сажи скопилось на клапане РОГ, тем самым обеспечив повышенную точность оценки массового расхода воздуха РОГ.
Система ПДНК может оценивать массовый расход РОГ по перепаду давления на клапане РОГ, измеряемому датчиком ПД, и по площади отверстия (для прохода потока РОГ) клапана РОГ. Площадь проходного отверстия клапана РОГ может быть оценена по положению клапана, выдаваемому датчиком положения (например, датчиком подъема клапана РОГ), известному поперечному проходному сечению клапана и по поправочному коэффициенту на термическое расширение клапана, который учитывает расширение клапана под воздействием высокой температуры РОГ. Поперечное проходное сечение (например, отверстие для прохода потока РОГ) может изменяться в зависимости от разности температур между штоком и корпусом клапана. То есть, площадь отверстия клапана РОГ может меняться в зависимости от изменения разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ при закрытии и открытии клапана и в зависимости от коэффициента термического расширения.
Таким образом, технический эффект определения проходного сечения РОГ, скорректированного по скоплению сажи на клапане РОГ (путем сравнения оценок потока РОГ по показаниям датчика кислорода во впускном воздухе и системы ПДНК) и по термическому расширению или сжатию клапана РОГ (определяемому разностью температур между штоком и корпусом клапана РОГ) состоит в определении более точной оценки потока РОГ, позволяющей более точно управлять РОГ и дающей дополнительные возможности управления двигателем. Кроме того, величина скопления сажи на клапане РОГ может быть оценена и использована для запуска алгоритма очистки клапана или для оповещения оператора транспортного средства о том, что уровень сажи достиг своего порогового значения. Используя расход РОГ, полученный по показаниям датчика кислорода, в качестве контрольной точки, можно повысить точность оценок расхода РОГ по показаниям системы ПДНК за счет учета сужения проходного сечения в результате скопления сажи на клапане РОГ. Другой технический эффект достигается регулированием расхода РОГ в зависимости от разницы температур между штоком и корпусом клапана РОГ, когда он открыт и закрыт.Проходное отверстие клапана может изменяться в зависимости от разности температур между штоком и корпусом клапана. При этом площадь проходного отверстия клапана может быть модифицирована в зависимости от изменения разности температур между штоком и корпусом клапана РОГ при открытии и закрытии клапана и в зависимости от коэффициента термического расширения. Следовательно, расход РОГ можно отрегулировать так, чтобы он был более близок к требуемому расходу РОГ, чтобы тем самым повысить к.п.д. двигателя.
В другом представлении, способ эксплуатации двигателя включает в себя: в течение существования выборочных условий, сравнение первого потока рециркуляции отработавших газов (РОГ), оцененного по выходному сигналу датчика кислорода во впускном воздухе, со вторым потоком РОГ, оцененным по перепаду давления на клапане РОГ; и по результатам сравнения выдачу индикации о скоплении сажи на клапане РОГ.
Еще в одном представлении, способ эксплуатации двигателя включает в себя: в течение существования выборочных условий, распознавание ошибки проходного сечения клапана РОГ по разности оценок потока РОГ, полученных по показаниям датчика кислорода во впускном воздухе и по показаниям датчика перепада давления на клапане (ПД), установленного параллельно клапану РОГ; и по распознанному проходному сечению выдачу индикации о деградации клапана РОГ в результате скопления сажи. Способ также включает в себя, в течение последующей эксплуатации двигателя, когда РОГ оценивают по показаниям датчика ПД, регулирование оценки РОГ, полученной способом ПДНК, по распознанной ошибке проходного сечения.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут реализовываться системой управления, включающей в себя контроллер, в комбинации с разнообразными датчиками, исполнительными устройствами и прочей аппаратной частью двигателя. 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 разнообразные 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 изображать код, программируемый в запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем, в которой указанные действия реализуются путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты в комбинации с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя 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 включенными в предмет настоящего изобретения.