РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее раскрытие относится к способу для управления устройством турбонагнетателя двигателя внутреннего сгорания с электрическим приводом и пружиной.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели могут использовать турбонагнетатель для улучшения плотности выходного крутящего момента/мощности двигателя. В одном из примеров турбонагнетатель может включать в себя компрессор и турбину, соединенные приводным валом, где турбина присоединена к стороне выпускного коллектора, а компрессор присоединен к стороне впускного коллектора. Таким образом, турбина с приводом от выхлопной системы подает энергию на компрессор, чтобы увеличивать давление во впускном коллекторе (например, наддув или давление наддува) и увеличивать поток воздуха в двигатель. Наддув может регулироваться посредством настройки количества газа, попадающего в турбину, например, с помощью регулятора давления наддува. Клапан регулятора давления наддува может управляться на основании условий эксплуатации для достижения требуемого наддува. В одном из примеров клапан регулятора давления наддува может быть электронным регулятором давления наддува, управляемым ассоциативно связанным электрическим приводом. Электрический привод возбуждается для изменения положения регулятора давления наддува, тем самым регулируя количество газа, достигающего турбины, и добиваясь требуемого наддува. В некоторых двигателях с уменьшенными габаритами и массой, чьи объемы были уменьшены для улучшения экономии топлива, турбонагнетатель включен в состав для покрытия потерь эксплуатационных качеств, обусловленных уменьшением габаритов и массы.
В некоторых примерах электрический привод используется для управления положением клапана регулятора давления наддува. Электрический привод, например, может быть электродвигателем, который передает линейную силу на тягу. Тяга может непосредственно приводить в действие клапан регулятора давления наддува или, в качестве альтернативы, тяга может быть присоединена к поворотному элементу, который передает вращательное движение на клапан регулятора давления наддува.
В уровне техники известна конструкция регулятора давления наддува, раскрытая в патенте США US5729980 A, опубликованном 24.03.1998, озаглавленном Internal combustion engines. Данный регулятор давления наддува содержит клапан регулятора давления наддува, расположенный вдоль выпускного коллектора и привод, оперативно присоединенный к клапану регулятора давления наддува. Однако раскрытая конструкция регулятора давления наддува не содержит смещающий элемент, присоединенный к клапану регулятора давления наддува, который прикладывает закрывающее усилие к клапану регулятора давления наддува и предварительно нагружен в полностью закрытом положении. Вследствие этого, если характеристики привода ухудшаются, и он не может прикладывать достаточное закрывающее усилие к клапану, то клапан может неплотно закрываться.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали проблему у таких подходов, использующих электрические приводы для управления положением клапана регулятора давления наддува. В двигателях с уменьшенными габаритами и массой потеря управления клапаном регулятора давления наддува, обусловленная подвергнутым ухудшению характеристик приводом, может служить причиной, чтобы недостаточный наддув подавался в двигатель. В этом случае двигатель может не выдавать требуемого уровня крутящего момента и выходной мощности. Таким образом, степень уменьшения габаритов и массы двигателя может ограничиваться вследствие проблем ухудшения характеристик регулятора давления наддува. Например, потеря управления клапаном регулятора давления наддува может служить причиной, чтобы недостаточный наддув подавался в двигатель, в частности, когда клапан регулятора давления наддува толкается в частично открытое положение вследствие давления потока отработавших газов и сил потока. В этом случае подвергнутый ухудшению характеристик привод не может прикладывать достаточное закрывающее усилие к клапану.
Предусмотрены системы и способы для компенсации подвергнутого ухудшению характеристик электрического привода, оперативно присоединенного к клапану регулятора давления наддува. Например, способ может включать в себя настройку привода регулятора давления наддува, присоединенного к клапану регулятора давления наддува на выпуске двигателя, для управления уровнем наддува двигателя у двигателя, настройка основана на силе, добавляемой смещающим элементом.
В одном из примеров пружина присоединена к электрическому приводу регулятора давления наддува, пружина поддерживает клапан регулятора давления наддува в закрытом положении вплоть до порогового давления. При работе без ухудшения характеристик, электрический привод перемещается в открытое положение первым током и перемещается в закрытое положение вторым током, в дополнение к смещению по направлению к закрытому положению посредством пружины.
Таким образом, посредством присоединения пружины к электрическому приводу регулятора давления наддува и поддержания клапана регулятора давления наддува в закрытом положении вплоть до порогового давления в коллекторе с помощью смещающего усилия пружины (например, предварительной нагрузки пружины), достаточный наддув может выдаваться в двигатель, а требуемая выходная мощность двигателя может гарантироваться, даже если электрический привод ухудшил характеристики. Кроме того, вследствие приложения закрывающего усилия посредством пружины, размер электрического привода может быть уменьшен, снижая энергопотребление. Подвергнутые уменьшению габаритов и массы двигатели также могут не применять или уменьшать задание размеров, чтобы учитывать ухудшение характеристик регулятора давления наддува.
Более конкретно, в настоящей заявке раскрыт регулятор давления наддува, содержащий: клапан регулятора давления наддува, расположенный вдоль выпускного коллектора; привод, оперативно присоединенный к клапану регулятора давления наддува; и смещающий элемент, присоединенный к клапану регулятора давления наддува, причем смещающий элемент прикладывает закрывающее усилие к клапану регулятора давления наддува и предварительно нагружен в полностью закрытом положении.
В дополнительном аспекте смещающий элемент является пружиной.
В другом дополнительном аспекте пружина имеет жесткость пружины, которая выбрана, чтобы позволить достаточное нарастание наддува.
В еще одном дополнительном аспекте смещающий элемент поддерживает клапан регулятора давления наддува в полностью закрытом положении вплоть до порогового давления.
Также раскрыт способ, состоящий в том, что настраивают привод регулятора давления наддува, присоединенного к клапану регулятора давления наддува на выпуске двигателя, для управления уровнем наддува двигателя у двигателя, настройка основана на силе, добавляемой смещающим элементом.
В дополнительном аспекте настройка заключается в том, что настраивают ток, подаваемый на привод, смещающий элемент включает в себя пружину, пружина подвергнута предварительной нагрузке при полностью закрытом регуляторе давления наддува.
В другом дополнительном аспекте настройка заключается в том, что настраивают напряжение, подаваемое на привод, смещающий элемент включает в себя пружину, пружина подвергнута предварительной нагрузке при полностью закрытом регуляторе давления наддува.
В еще одном дополнительном аспекте настройка заключается в том, что настраивают относительную длительность включения, подаваемую на привод, смещающий элемент включает в себя пружину, пружина подвергнута предварительной нагрузке при полностью закрытом регуляторе давления наддува.
В еще одном дополнительном аспекте настройка дополнительно заключается в том, что подают первый ток, когда клапан регулятора давления наддува перемещается в полностью открытое положение, и подают второй ток, когда клапан регулятора давления наддува перемещается в полностью закрытое положение.
В еще одном дополнительном аспекте первый ток является большим, чем второй ток, оба тока вырабатывают силу в одном и том же направлении.
Кроме того раскрыт способ управления регулятором давления наддува турбонагнетателя двигателя посредством электрического привода, состоящий в том, что: в первом, полностью закрытом положении, подают первый ток; во втором, частично открытом положении, подают второй ток, больший, чем первый; и в третьем открытом положении, большем, чем второе, подают третий ток, больший чем второй.
Дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что в первом, полностью закрытом положении, настраивают первый ток в ответ на условия эксплуатации.
В другом дополнительном аспекте первый ток увеличивается в первом полностью закрытом положении в ответ на увеличение давления в выпускном коллекторе, причем, регулятор давления наддува остается в первом полностью закрытом положении.
В еще одном дополнительном аспекте первый ток уменьшается в первом полностью закрытом положении в ответ на уменьшение давления в выпускном коллекторе, причем, регулятор давления наддува остается в первом полностью закрытом положении.
В еще одном дополнительном аспекте условия эксплуатации включают в себя одно или более из давления на выпуске, числа оборотов двигателя, нагрузки двигателя, запаздывания зажигания и топливо-воздушного соотношения.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что подают ток в ответ на мгновенное положение.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что, в режиме работы с ухудшенными характеристиками, ограничивают нагрузку двигателя.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что: определяют силу смещения; определяют результирующую силу потока; и определяют усилие приведения в действие регулятора давления наддува прибавлением результирующей силы потока к усилию пружины.
В еще одном дополнительном аспекте требуемое положение клапана регулятора давления наддува отображается в относительную длительность включения регулятора давления наддува для данного усилия приведения в действие регулятора давления наддува.
В еще одном дополнительном аспекте регулятор давления наддува настраивается посредством того, что настраивают относительную длительность включения, подаваемую на электрический привод из контроллера.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания, когда воспринимается в одиночку или в связи с прилагаемыми чертежами.
Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта патентования, объем которого однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный объект патентования не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает структурную схему двигателя с турбонаддувом, включающего в себя регулятор давления наддува.
Фиг. 2 показывает примерный регулятор давления наддува в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ для управления турбонагнетателем посредством регулятора давления наддува.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ для управления регулятором давления наддува, ассоциативно связанным с турбонагнетателем.
Фиг. 5 показывает протокол для определения усилия приведения в действие регулятора давления наддува.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В двигателях с наддувом приводы электронного регулятора давления наддува могут выдавать точный выходной сигнал, чтобы добиваться подачи требуемого наддува в двигатель. Ухудшение характеристик у электрического привода, например, вследствие потери мощности, может ослаблять точное управление клапаном регулятора давления наддува и ограничивать мощность/крутящий момент на выходе двигателя. Если привод ухудшает характеристики, когда клапан регулятора давления наддува находится в частично открытом положении, например, отвечающий требованиям наддув может не подаваться в двигатель, который, в таком случае, не может выдавать требуемую выходную мощность. Такая проблема особенно применима к подвергнутым уменьшению габаритов и массы двигателям, чьи размеры уменьшены для улучшения экономии топлива. В подвергнутых уменьшению габаритов и массы двигателях турбонагнетатель может быть включен в состав для покрытия потерь эксплуатационных качеств, обусловленных уменьшением габаритов и массы. Если электрический привод, управляющий турбонагнетателем, ухудшает характеристики, наддув может в недостаточной мере обеспечиваться для двигателя, и двигатель не может выдавать требуемую выходную мощность. Такие подвергнутые уменьшению габаритов и массы двигатели поэтому, масштабируются, чтобы учитывать ухудшение характеристик привода регулятора давления наддува, ограничивая степень уменьшения габаритов и массы и, таким образом, выигрыш по экономии топлива. С другой стороны, если привод ухудшает характеристики, когда клапан регулятора наддува находится в полностью закрытом положении, наддув может выдаваться в двигатель в количестве, большем, чем требуется, давая в результате обедненное сгорание и ухудшенные выбросы.
Предусмотрены различные системы и способы для компенсации подвергнутого ухудшению характеристик привода регулятора давления наддува. В одном из вариантов осуществления пружина присоединена к электрическому приводу регулятора давления наддува, пружина поддерживает клапан регулятора давления наддува в закрытом положении вплоть до порогового давления в коллекторе. Во время работы электрический привод перемещается в открытое положение первым током и перемещается в закрытое положение вторым током. Фиг. 1 - структурная схема двигателя с турбонаддувом, включающего в себя регулятор давления наддува. Фиг. 2 показывает примерный регулятор давления наддува в двигателе по фиг. 1 в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия. Двигатель по фиг. 1 также включает в себя контроллер, выполненный с возможностью выполнять способы, изображенные на фиг. 3 и 4. Фиг. 5 показывает протокол для определения усилия приведения в действие регулятора давления наддува.
Фиг. 1 - принципиальная схема, показывающая примерный двигатель 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами 30. Однако, другие количества цилиндров могут использоваться в соответствии с данным раскрытием. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Каждая камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с поршнем (не показан), расположенными в них. Поршни могут быть присоединены к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Камеры 30 сгорания могут принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и могут выпускать отработавшие газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Топливные форсунки 50 показаны присоединенными непосредственно к камере 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 50 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления камеры 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, могут включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном коллекторе 44, в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как оконный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от каждой камеры 30 сгорания.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссели 21 и 23, имеющие дроссельные заслонки 22 и 24, соответственно. В этом конкретном примере, положение дроссельных заслонок 22 и 24 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на привод, включенный в состав дросселями 21 и 23. В одном из примеров приводы могут быть электрическими приводами (например, электродвигателями), конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронный дроссельный регулятор (ETC). Таким образом, заслонки 21 и 23 могут приводиться в действие для варьирования всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. Положение дроссельных заслонок 22 и 24 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя. Впускной канал 42, кроме того, может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF (массового расхода воздуха) и MAP (давления воздуха в коллекторе) в контроллер 12.
Выпускной канал 48 может принимать отработавшие газы из цилиндров 30. Датчик 128 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от турбины 62 и устройства 78 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный кислородный датчик или EGO, датчик NOx, HC, или CO. Устройство 78 снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями.
Температура отработавших газов может измеряться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 48. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может логически выводиться на основании условий эксплуатации двигателя, таких как число оборотов, нагрузка, топливо-воздушное соотношение (AFR), запаздывание искрового зажигания, и т.д.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, схематически показанного в одном месте в пределах двигателя 10; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя, как обсуждено; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122, как обсуждено. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе 44. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала 40. В некоторых примерах, постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 60, скомпонованный вдоль впускного коллектора 44. Что касается турбонагнетателя, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другое соединительное устройство. Турбина 62 может быть скомпонована вдоль выпускного канала 48. Различные компоновки могут быть предусмотрены для приведения в движение компрессора. Что касается нагнетателя, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в движение двигателем и/или электрической машиной и может не включать в себя турбину. Таким образом, величина компрессии, подаваемой в один или более цилиндров двигателя через турбонагнетатель или нагнетатель, может регулироваться контроллером 12. В некоторых случаях, турбина 62, например, может приводить в движение электрогенератор 64 для выдачи энергии в аккумуляторную батарею 66 через приводной механизм 68 турбонагнетателя. Энергия из аккумуляторной батареи 66 затем может использоваться для приведения в движение компрессора 60 с помощью электродвигателя 70. Кроме того, датчик 123 может быть размещен во впускном коллекторе 44 для выдачи сигнала BOOST (НАДДУВ) в контроллер 12.
Кроме того, выпускной канал 48 может включать в себя регулятор 26 давления наддува для отведения отработавших газов из турбины 62. В некоторых вариантах осуществления регулятор 26 давления наддува может быть многокаскадным регулятором наддува, таким как двухкаскадный регулятор давления наддува с первым каскадом, выполненным с возможностью регулировать давление наддува, и вторым каскадом, выполненным с возможностью увеличивать тепловой поток в устройство 78 снижения токсичности выбросов. Регулятор 26 давления наддува может приводиться в действие с помощью привода 150, который, например, может быть электрическим приводом. В некоторых вариантах осуществления, привод 150 может быть электродвигателем. Дополнительные подробности касательно регулятора 26 давления наддува и привода 150 будут представлены ниже. Впускной канал 42 может включать в себя перепускной клапан 27 компрессора, выполненный с возможностью отводить всасываемый воздух вокруг компрессора 60. Регулятор 26 давления наддува и/или перепускной клапан 27 компрессора могут управляться контроллером 12 через исполнительные механизмы (например, привод 150), например, чтобы открываться, когда требуется более низкое давление наддува. Дополнительные подробности примерного регулятора давления наддува, который может использоваться в системе по фиг. 1, показаны на фиг. 2.
Впускной канал 42 может дополнительно включать в себя охладитель 80 наддувочного воздуха (CAC) (например, промежуточный охладитель) для понижения температуры нагнетаемых турбонагнетателем или нагнетателем всасываемых газов. В некоторых вариантах осуществления охладитель 80 наддувочного воздуха может быть воздушно-воздушным теплообменником. В других вариантах осуществления охладитель 80 наддувочного воздуха может быть воздушно-жидкостным теплообменником.
2
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления, система рециркуляции отработавших газов (EGR) может направлять требуемую порцию отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Количество EGR, выдаваемой во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 142 EGR. Кроме того, датчик EGR (не показан) может быть скомпонован внутри канала EGR и может выдавать показание одного или более из давления, температуры, концентрации отработавших газов. В качестве альтернативы, EGR может управляться посредством расчетного значения, основанного на сигналах с датчика MAF (выше по потоку), MAP (впускного коллектора), MAT (температуры газа в коллекторе) и датчика частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, EGR может управляться на основании датчика O отработавших газов и/или кислородного датчика на впуске (впускного коллектора). В некоторых условиях, система EGR может использоваться для регулирования температуры смеси воздуха и топлива в пределах камеры сгорания. Фиг. 1 показывает систему EGR высокого давления, где EGR направляется из выше по потоку от турбины турбонагнетателя в ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других вариантах осуществления двигатель, дополнительно или в качестве альтернативы, может включать в себя систему EGR низкого давления, где EGR направляется из ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.
Далее, с обращением к фиг. 2, регулятор 26 давления наддува и привод 150 двигателя 10 оба показаны подробнее. Регулятор 26 давления наддува включен в состав вдоль участка выпускного коллектора 202, который, например, может быть выпускным коллектором 46, показанным на фиг. 1. В проиллюстрированном варианте осуществления регулятор 26 давления наддува является электрическим регулятором давления наддува и приводится в движение приводом 150, который, в этом примере, является соленоидом, хотя различные пригодные устройства могут использоваться для приведения в движение регулятора давления наддува. Привод 150 передает движущую силу на клапан 206 регулятора давления наддува, который может переходить между полностью закрытым положением и полностью открытым положением, и может останавливаться в любом положении между ними. Регулятор 26 давления наддува также включает в себя вентиляционное отверстие 208, которое может принимать отработавшие газы из выпускного коллектора 202, когда клапан 206 регулятора давления наддува не находится в полностью закрытом положении. Таким образом, величина наддува, подаваемого в двигатель, может регулироваться посредством приведения в движение клапана 206 регулятора давления наддува посредством привода 150, тем самым, изменяя положение клапана 206 регулятора давления наддува и количество газа, достигающего впускного коллектора. В одном из примеров клапан 206 может быть сформирован с помощью пяты с поверхностью, являющейся обращенной к потоку через коллектор 202. Перепад давлений на пяте может формировать силы, действующие для перемещения пяты. Хотя не показано, регулятор 26 давления наддува может включать в себя электродвигатель, редуктор и соединение от выходного вала редуктора до клапана 206 регулятора давления наддува. В некоторых вариантах осуществления смещающий элемент может быть присоединен к выходному валу, чей тип и физические характеристики могут определяться движением выходного вала. Однако, различные пригодные устройства регулятора давления наддува могут использоваться, не выходя из объема настоящего раскрытия, и, например, могут зависеть от механических ограничений конструкции и компоновки.
Регулятор 26 давления наддува дополнительно включает в себя смещающий элемент 210. Смещающий элемент 210 прикреплен на одном конце к регулятору 26 давления наддува, а на другом конце к клапану 206 регулятора давления наддува. В некоторых вариантах осуществления, смещающий элемент 210 выбран, чтобы подводить закрывающее усилие, которое поддерживает клапан 206 регулятора давления наддува в полностью закрытом положении вплоть до порогового давления. В качестве одного из неограничивающих примеров смещающий элемент 210 может быть выбран, чтобы предоставлять клапану 206 регулятора давления наддува возможность открываться для среднего перепада давления на турбине турбонагнетателя между 0,75 бар и 1 бар. В случае ухудшения характеристик регулятора давления наддува, например, обусловленного потерей мощности привода 150, клапан 206 регулятора давления наддува может поддерживаться в полностью закрытом положении вплоть до порогового давления с помощью предварительной нагрузки пружины, гарантируя, что достаточное нарастание наддува подается в двигатель. Такая конфигурация может быть особенно полезной в подвергнутых уменьшению габаритов и массы двигателях, так как степени уменьшения габаритов и массы не нужно ограничиваться, чтобы учитывать возможность ухудшения характеристик регулятора давления наддува. Наоборот, на или выше порогового давления, смещающий элемент 210 может предоставлять клапану 206 регулятора давления наддува возможность перемещаться в полностью открытое положение, ограничивая максимальный наддув, особенно на высоких нагрузках. Более того, размер привода регулятора давления наддува (например, привода 150) и его энергопотребление могут уменьшаться, так как смещающий элемент 210 прикладывает дополнительное открывающее усилие к регулятору 26 давления наддува. Поэтому, во время работы без ухудшения характеристик, привод может удерживать клапан в полностью закрытом положении с уровнем тока, который находится ниже, чем если бы предварительная нагрузка пружины была нулевой. Как описано ниже со ссылкой на фиг. 5, ток, подаваемый на привод регулятора давления наддува, может выбираться, чтобы учитывать закрывающее усилие смещающего элемента, такого как пружина. В проиллюстрированном варианте осуществления, смещающий элемент 210 показан в качестве пружины в предварительно сжатом состоянии, хотя различные пригодные конструкции могут использоваться для приложения дополнительного закрывающего усилия к регулятору 26 давления наддува. В случае, где применяется пружина, жесткость пружины может выбираться, чтобы подводить закрывающее усилие вплоть до конкретного порогового давления и подавать достаточный наддув в двигатель.
Регулятор 26 давления наддува может давать дополнительные преимущества. Пневматические регуляторы давления наддува, в некоторых примерах, прикладывают закрывающее усилие к клапану регулятора давления наддува, создавая перепад давления на диафрагме, которая прикреплена к пружине. Такие пневматические регуляторы давления наддува, поэтому, ограничены в своем приложении усилия перепадом давлений и усилием пружины. При условии нормальной работы, регулятор 26 давления наддува взамен может прикладывать более высокие уровни закрывающего усилия посредством смещающего элемента 210 и ассоциативно связанного электрического привода (например, привода 150). По существу, даже во время поддержания регулятора давления наддува полностью закрытым, ток привода может настраиваться в ответ на условия эксплуатации двигателя (например, увеличиваться для увеличения давления в выпускном коллекторе и наоборот), для того чтобы сохранять полностью закрытое положение в комбинации с усилием предварительной нагрузки пружины, усилие предварительной нагрузки пружины является ненулевым.
Далее, с обращением к фиг. 3, способ 301 может выполняться контроллером двигателя (например, контроллером 12) для управления турбонагнетателем с помощью регулятора давления наддува (например, регулятора 26 давления наддува). В одном из примеров способ для управления турбонагнетателем двигателя с помощью регулятора давления наддува может содержать определение требуемого давления наддува и фактического давления наддува. Рабочее состояние привода регулятора давления наддува (например, привода 150) затем может определяться и приводиться в действие соответствующим образом.
Продолжая по фиг. 3, на 310, способ включает в себя определение требуемого наддува согласно условиям эксплуатации двигателя. Оцениваемые условия могут непосредственно измеряться датчиками, например, такими как датчики 112, 118, 120, 122, 123 и 134, и/или условия могут оцениваться по другим условиям эксплуатации двигателя. Оцениваемые условия могут включать в себя температуру охлаждающей жидкости двигателя, температуру моторного масла, массовый расход воздуха (MAF), давление в коллекторе (MAP), наддув (например, НАДДУВ с датчика 123), число оборотов двигателя, число оборотов холостого хода, барометрическое давление, требуемый водителем крутящий момент (например, с датчика 134 положения педали), температуру воздуха, скорость транспортного средства, и т.д.
Затем, на 320, может определяться фактический наддув. Фактический наддув может измеряться непосредственно по датчику, такому как датчик 123. Измерение может отправляться в контроллер 12 с помощью сигнала НАДДУВ и сохраняться на машинно-читаемом запоминающем носителе. В альтернативном варианте осуществления, фактический наддув может оцениваться на основании других рабочих параметров, таких как, например, на основании MAP и RPM.
Затем, на 330, может определяться атмосферное давление. Например, атмосферное давление может измеряться по датчику MAP при запуске двигателя и/или оцениваться на основании условий эксплуатации двигателя, в том числе, MAF, MAP, положения дросселя, и т.д. Измерение может отправляться в контроллер 12 и сохраняться на машинно-читаемом запоминающем носителе. В альтернативном варианте осуществления атмосферное давление может оцениваться на основании других рабочих параметров.
Затем, на 340, может определяться рабочее состояние привода регулятора давления наддува. Привод регулятора давления наддува, например, может быть приводом 150, показанным на фиг. 1. Привод приводится в действие на основании определенного рабочего состояния, которое может быть состоянием нормальной работы или состоянием работы без ухудшения характеристик.
Как описано выше, регулятор давления наддува (например, регулятор 26 давления наддува на фиг. 1) может приводиться в действие приводом (например, приводом 150). Фиг. 4 показана при условии дополнительных подробностей действий, выполняемых на 340. Способ 401, например, может выполняться контроллером двигателя (например, контроллером 12). Способ 401, более точно, определяет рабочее состояние привода регулятора давления наддува и приводит в действие привод регулятора давления наддува на основании определенного рабочего состояния. Несмотря на то, что способ 401 показан в качестве выполняемого после способа 301, будет понятно, что способ 401 может выполняться раньше способа 301, не выходя из объема этого раскрытия.
На 410 способа 401 определяется, ухудшилось ли рабочее состояние привода регулятора давления наддува. Различные пригодные способы могут использоваться для оценки рабочего состояния привода регулятора давления наддува и могут включать в себя контроль мощности, отбираемой приводом. Например, положение привода может сравниваться с требуемым положением, чтобы определять, управляется ли клапан регулятора давления наддува как запрошено. Кроме того, может использоваться контроль тока или напряжения. Если определено, что рабочее состояние привода ухудшилось, способ 401 переходит на способ 412.
На 412 способ 401 включает режим работы с ухудшенными характеристиками. Можно полагаться на смещающий элемент регулятора давления наддува (например, смещающий элемент 210) для приложения закрывающего усилия к клапану регулятора давления наддува (например, клапан 206 регулятора давления наддува) вплоть до порогового давления, как описано выше, в особенности со ссылкой на фиг. 2, без какой бы то ни было настройки тока привода в ответ на условия эксплуатации. Способ 401 может предпринимать дополнительное необязательное действие на 412, включающее в себя указание водителю транспортного средства, что ухудшилось рабочее состояние регулятора давления наддува, например, с помощью индикатора приборной панели и/или установки диагностического кода. На 412, способ 402 также может предпринимать действия посредством контроллера 12 для ограничения нагрузки двигателя, которые могут включать в себя перемещение различных дросселей по направлению к закрытому положению в ответ на воздушный поток двигателя, являющийся большим, чем пороговое предельное значение, а также уменьшение впрыска топлива для обеднения сгорания в цилиндрах двигателя.
Если, на 410, способ 401 определяет, что работа привода регулятора давления наддува не ухудшилась, способ 401 переходит на 414.
На 414 способа 401, усилие приведения в действие регулятора давления наддува может рассчитываться на основании перепада давления на регуляторе давления наддува, потока отработавших газов, закрывающего усилия, прикладываемого смещающим элементом 210, и/или угла клапана регулятора давления наддува. Регулятор давления наддува может настраиваться согласно усилию приведения в действие регулятора давления наддува. Усилие приведения в действие регулятора давления наддува может точно подходить к перепаду давления на регуляторе давления наддува. Например, усилие приведения в действие регулятора давления наддува может использоваться в качестве входных данных в инверсную модель регулятора давления наддува. Инверсная модель регулятора давления наддува может отображать требуемое давление регулятора давления наддува или требуемое положение клапана регулятора давления наддува в относительную длительность включения регулятора давления наддува для данного усилия приведения в действие регулятора давления наддува, где сигнал относительной длительности включения формируется контроллером и отправляется на привод регулятора давления наддува, чтобы настраивать усилие приведения в действие. Отображение в относительную длительность включения регулятора давления наддува может включать в себя использование справочных таблиц или расчет относительной длительности включения регулятора давления наддува. Сигнал управления регулятором давления наддува (WGC) может включать в себя широтно-импульсную модуляцию посредством относительной длительности включения для настройки регулятора давления наддува. Требуемое давление регулятора давления наддува или требуемое положение клапана регулятора давления наддува, например, могут определяться из алгоритмов упреждающего управления, управления с обратной связью или других алгоритмов управления.
Усилие приведения в действие регулятора давления наддува также может оказывать влияние на динамику регулятора давления наддува. Член компенсации может учитывать задержки привода регулятора давления наддува, как описано в материалах настоящей заявки в отношении регулятора с подавляющими нули полюсами модели привода регулятора давления наддува. Дополнительно, член компенсации дополнительно может включать в себя настройки, основанные на перемещении сдвоенных независимых кулачков, которые могут оказывать влияние на давление наддува. Например, по мере того, как впускной кулачок перемещается некоторым образом, который увеличивал бы давление наддува относительно атмосферного давления, величина члена компенсации может уменьшаться. Подобным образом, по мере того, как впускной кулачок перемещается некоторым образом, который уменьшал бы давление наддува относительно атмосферного давления, величина члена компенсации может увеличиваться.
На 414, определение усилия приведения в действие регулятора давления наддува также включает в себя определение положения привода (например, привода 150). Сначала производится измерение, которое зависит от конкретного типа используемого привода. В одном из примеров датчик делается доступным и используется для измерения линейного смещения тяги, приводимой в действие приводом. В качестве альтернативы, привод может включать в себя электродвигатель, который может, в свою очередь, включать в себя измерительный преобразователь вращательного движения, размещенный внутри электродвигателя. Измерительный преобразователь может быть присоединен к наиболее медленному поворотному элементу в электродвигателе, который присоединен к приводной тяге. Такой измерительный преобразователь может собирать измерения на полном диапазоне, на протяжении которого поворачивается элемент, который, например, может иметь значение 180 градусов. В этом случае, выходной сигнал измерительного преобразователя меняется по мере того, как вращается электродвигатель. В еще одном примере электродвигатель включает в себя винт (например, шариковый винт), чье вращение может измеряться и использоваться для определения положения электродвигателя. Однако, может использоваться другой измерительный преобразователь положения, в то время как шариковый винт или другой поворотный элемент может поворачиваться на протяжении диапазона, большего чем 180 и/или 360 градусов. Могут использоваться различные пригодные измерительные преобразователи, например, которые выявляют изменения углового положения в противоположность абсолютному положению.
Определение усилия приведения в действие регулятора давления наддува также включает в себя определение сил потока, действующих на регулятор давления наддува. В одном из примеров, силы потока определяются на основании модели. В качестве альтернативы, перепад давления на регуляторе наддува рассчитывается и используется для определения сил потока. В еще одном примере справочная таблица формируется с входными данными, включающими в себя положение регулятора давления наддува, чтобы определять силы потока. Такие способы могут применять использование одного или более датчиков или сигналов датчиков, расположенных в двигателе 10, в том числе, датчика 120 массового расхода воздуха, датчика 122 давления воздуха в коллекторе, сигнала TP положения дросселя, НАДДУВ с датчика 123 и сигнала частоты вращения турбонагнетателя, и по выбору может применять использование одного или более датчиков нагрузки.
Член компенсации, описанный выше, кроме того, может учитывать закрывающее усилие, прикладываемое смещающим элементом (например, смещающим элементом 210), которое является функцией жесткости пружины и положения клапана. Посредством принятия во внимание как сил потока, так и усилий пружины, среди других величин, может определяться надлежащее усилие приведения в действие регулятора давления наддува. В варианте осуществления, в котором смещающий элемент 210 является пружиной, способ 401 может учитывать мгновенное усилие пружины, обусловленное предварительным сжатием/предварительной нагрузкой пружины в полностью закрытом положении. В некоторых примерах, усилие пружины определяется на основании зависимости F=kx + предварительная нагрузка, где F - усилие пружины, k - жесткость пружины, а x - линейное смещение или отклонение клапана от полностью закрытого положения. Жесткость k пружины может определяться заблаговременно или определяться во время эксплуатации двигателя. Когда определено, что клапан регулятора давления наддува должен перемещаться по направлению в полностью закрытое положение, ассоциативно связанный привод регулятора давления наддува (например, привод 150), может перемещать клапан регулятора давления наддува в направлении, противоположном таковому у закрывающего усилия, прикладываемого смещающим элементом. Соответственно, требуется большая действующая сила, чем имела бы место без включения в состав смещающего элемента. Член компенсации, таким образом, может включать в себя настройку для побуждения увеличенных первых тока, напряжения, сигнала или относительной длительности включения подаваться на привод регулятора давления наддува. Если взамен определяется, что клапан регулятора давления наддува должен перемещаться по направлению в полностью закрытое положение, привод регулятора давления наддува может перемещать клапан регулятора давления наддува в направлении, по существу параллельном направлению закрывающему усилию, прикладываемому смещающим элементом. Таким образом, может прикладываться меньшая действующая сила. Член компенсации, в таком случае, может включать в себя настройку для побуждения уменьшенных вторых тока, напряжения, сигнала или относительной длительности включения подаваться на привод регулятора давления наддува. В некоторых вариантах осуществления, вторые ток, напряжение, сигнал или относительная длительность включения могут быть меньшими, чем первые ток, напряжение, сигнал или относительная длительность включения. Однако, будет понятно, что вторые ток, напряжение, сигнал или относительная длительность включения могут быть большими, чем первые ток, напряжение, сигнал или относительная длительность включения, и что настоящее раскрытие может быть приспособлено для этого случая, а также для вариантов осуществления, в которых смещающий элемент прикладывает открывающее усилие, по существу противоположное закрывающему усилию, обсужденному выше. Член компенсации дополнительно может включать в себя настройку для побуждения третьих тока, напряжения, сигнала или относительной длительности включения подаваться на привод регулятора давления наддува, которые, например, могут быть большими, чем вторые ток, напряжение, сигнал или относительная длительность включения, когда клапан регулятора давления наддува находится в третьем положении, открытом в большей степени, чем для которого использовались вторые ток, напряжение, сигнал или относительная длительность включения. Кроме того еще, член компенсации может включать в себя настройку для побуждения тока в ответ на мгновенное положение клапана регулятора давления наддува подаваться на привод регулятора давления наддува. В некоторых случаях, способ 401 может определять усилие приведения в действие регулятора давления наддува, по существу равное нулю - то есть, силе не нужно прикладываться к регулятору давления наддува. Такое определение может производиться во время отдельных случаев, в которых закрывающее усилие, прикладываемое смещающим элементом 210, является достаточным для удерживания клапана регулятора давления наддува в положении, например, которое содействует надлежащей подаче наддува в двигатель.
Кроме того, как описано выше, ток возбуждения, прикладываемый к приводу, может меняться, даже в то время, как клапан находится в полностью закрытом положении. Такие настройки могут принимать во внимание усилие предварительной нагрузки, а также изменение сил перепада давления на поверхностях пяты привода. Такой подход может уменьшать ток, требуемый в полностью закрытом положении, по-прежнему наряду с сохранением полностью закрытого положения.
Далее, с обращением к фиг. 5, показан примерный протокол 501 для определения усилия приведения в действие регулятора давления наддува. Показан первый график 510, иллюстрирующий зависимость между силой, созданной смещающим элементом, и положением клапана регулятора давления наддува. В этом примере, что силы, действующие вдоль оси привода регулятора давления наддува (например, перпендикулярно поверхности клапана 206 регулятора давления наддува), приняты положительными наряду с тем, что силы, действующие по существу в противоположном направлении, приняты отрицательными. Как проиллюстрировано выше, например, зависимость может моделироваться функцией F=kx + предварительная нагрузка. Вследствие предварительного сжатия/предварительной нагрузки, усилие пружины положительно смещено вдоль оси y, так как смещение прикладывает закрывающее усилие, когда клапан регулятора давления наддува находится в полностью закрытом положении. Также показан второй график 520, иллюстрирующий зависимость между результирующей силой потока (например, общей суммой всех сил потока в выпускном коллекторе, перепада давлений на регуляторе давления наддува, и т.д.) и положением клапана регулятора давления наддува. Будет понятно, что график 520 показывает зависимость для конкретного набора условий эксплуатации (например, числа оборотов, нагрузки двигателя, и т.д.), и что зависимость будет меняться по мере того, как меняются условия эксплуатации. На основании этих графиков, протокол 501 может определять усилие приведения в действие регулятора давления наддува для конкретного положения клапана регулятора давления наддува и условий эксплуатации. Протокол 501 может определять усилие 530 пружины в конкретном положении клапана регулятора давления наддува (например, текущем положении клапана регулятора давления наддува), а также определять результирующую силу 540 потока в том же самом положении клапана. Впоследствии, протокол 501 может прибавлять усилие 530 пружины к результирующей силе 540 потока для получения усилия 550 приведения в действие регулятора давления наддува. Будет понятно, что протокол 501 включен в состав в качестве неограничивающего примера, и что другие различные пригодные способы могут использоваться для определения усилия приведения в действие регулятора давления наддува.
Возвращаясь к фиг. 4, на 416 способа 401, регулятор давления наддува может настраиваться согласно требуемому наддуву. Например, требуемый наддув может использоваться в качестве входных данных в алгоритм упреждающего управления для настройки регулятора давления наддува. Алгоритм упреждающего управления может рассчитывать целевое давление регулятора давления наддува или целевое положение клапана регулятора давления наддува, которые могут использоваться в качестве составляющей входных данных в инверсную модель регулятора давления наддува, чтобы определять относительную длительность включения регулятора давления наддува.
На 418 способа 410 ошибка наддува может рассчитываться в качестве разности между требуемым наддувом и фактическим наддувом. Регулятор давления наддува может настраиваться согласно ошибке наддува. Например, ошибка наддува может использоваться в качестве входных данных в алгоритм управления с обратной связью, чтобы рассчитывать целевое давление регулятора давления наддува или целевое положение клапана регулятора давления наддува, которые могут использоваться в качестве составляющей входных данных в инверсную модель регулятора давления наддува, чтобы определять относительную длительность включения регулятора давления наддува. Алгоритм управления может включать в себя член компенсации, как описано выше.
Таким образом, нежелательная работа турбонагнетателя и двигателя, обусловленные ухудшенным управлением регулятора давления наддува, может уменьшаться и/или ослабляться. Посредством включения в состав смещающего элемента, прикладывающего закрывающее усилие к клапану регулятор давления наддува, клапан регулятора давления наддува может поддерживаться в полностью закрытом положении вплоть до порогового давления, гарантируя, что достаточный наддув подается в двигатель, даже в случае ухудшения характеристик регулятора давления наддува. Когда давление превышает пороговое давление, клапан регулятора давления наддува может перемещаться в полностью открытое положение, ограничивая наддув. Соответственно, первые повышенные ток, напряжение, сигнал или относительная длительность включения могут подаваться на привод регулятора давления наддува при перемещении клапана регулятора давления наддува в полностью открытое положение, в то время как уменьшенные ток, напряжение, сигнал или относительная длительность включения могут подаваться при перемещении клапана регулятора давления наддува в полностью закрытое положение. Такая конфигурация может снижать предел степени уменьшения габаритов и массы, и получать выигрыш экономии топлива в подвергнутых уменьшению габаритов и массы двигателей. Более того, габариты и энергопотребление привода регулятора давления наддува могут уменьшаться вследствие закрывающего усилия, прикладываемого смещающим элементом.
Отметим, что примерные способы управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные способы, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Будет принято во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Объект патентования настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в объект патентования настоящего раскрытия.