СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF ENGINE OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к эксплуатации двигателей с турбонаддувом.
Уровень техники
В двигателях с турбонаддувом используется турбонагнетатель для сжатия впускного воздуха и увеличения полезной мощности двигателя. Турбонагнетатель может использовать турбину с приводом от выхлопных газов для приведения в движение компрессора, который сжимает впускной воздух. По мере увеличения скорости компрессора увеличивается и степень наддува двигателя. При получении повышенного запроса на крутящий момент турбине и компрессору может понадобиться некоторое время для ускорения и создания необходимого наддува. Данная задержка реакции турбонагнетателя, известная как турбояма, может привести к задержке достижения запрашиваемой мощности двигателя. На увеличение времени, затрачиваемого на сжатие воздуха, также может повлиять объем системы впуска двигателя. Таким образом, турбояма и большой объем системы впуска могут привести к увеличению задержек ответного изменения крутящего момента.
Другие попытки устранения турбоямы и задержки ответного изменения крутящего момента двигателя включают в себя установку вспомогательного электрического компрессора в первичный впускной канал. Хотя электрический компрессор может создать повышенный наддув, электрическому компрессору по-прежнему придется сжимать весь объем воздуха в системе впуска, что приведет к увеличению задержки ответного изменения крутящего момента. Другой способ уменьшения задержки ответного изменения крутящего момента двигателя включает в себя установку двойного турбонагнетателя, включающего в себя два параллельно или последовательно установленных турбонагнетателя, расположенных вдоль впускного тракта. Хотя установка второго турбонагнетателя может снизить длительность турбоямы, данный вариант также может привести к увеличению размера и стоимости системы двигателя.
Раскрытие изобретения
В одном примере описанные выше проблемы могут быть решены с помощью управления потоком впускного воздуха через два параллельных впускных канала двигателя. Первый канал может содержать компрессор с турбоприводом, а второй канал может содержать электрический компрессор. При получении запроса на увеличенный крутящий момент электрический компрессор во втором канале может создавать повышенный наддув для впускного коллектора двигателя.
В одном примере при увеличении водителем нагрузки на двигатель при неизменных оборотах (нажатии на педаль газа) может быть временно открыт дроссель в первом впускном канале, расположенном ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов. В это же время можно привести в движение электрический компрессор для того, чтобы направить поток во впускной коллектор через второй впускной канал, расположенный параллельно первому впускному каналу. В частности, можно полностью открывать дроссель и включать электрический компрессор при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах или увеличении запрашиваемого крутящего момента. После увеличения давления в коллекторе до атмосферного давления дроссель может быть закрыт, при этом электрический компрессор продолжит подавать наддувочный воздух во впускной коллектор. В это же время компрессор с турбоприводом может увеличить скорость, что приведет к увеличению давления наддува в первом впускном канале. Если давление наддува превысит давление в коллекторе, дроссель может быть открыт для обеспечения необходимого наддува. Таким образом, длительность турбоямы может быть уменьшена, что приведет к уменьшению задержки ответного изменения крутящего момента двигателя.
Следует понимать, что приведенное выше краткое описание изобретения представлено в упрощенной форме для изложения сущности нескольких концепций, которые будут подробно описаны далее. При этом объект изобретения не ограничен вариантами выполнения, которые исправляют вышеуказанные недостатки или недостатки, упомянутые в любой другой части данного описания.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1А представлено схематическое изображение примера системы двигателя, включающей в себя первый впускной канал и первый вариант второго впускного канала.
На Фиг.1В представлено схематическое изображение примера системы двигателя, включающей в себя первый впускной канал и второй вариант второго впускного канала.
На Фиг.2, 3 и 5 представлены блок-схемы способов регулировки потока впускного воздуха, проходящего через первый и второй впускные каналы в зависимости от условий работы двигателя.
На Фиг.4 представлен графический пример регулировок работы дросселя и электрического компрессора в зависимости от условий работы двигателя.
На Фиг.6 представлен графический пример регулировок работы дросселя, электрического компрессора и рециркуляционного клапана компрессора в зависимости от условий работы двигателя.
Осуществление изобретения
Настоящее описание относится к системам и способам регулировки потока впускного воздуха через два впускных канала. Система двигателя, например система двигателя с Фиг.1А-1В, может включать в себя первый впускной канал с компрессором с турбоприводом, и второй впускной канал с электрическим компрессором. В одном примере, как показано на Фиг.1А, второй впускной канал может проходить параллельно первому впускному каналу, при этом второй канал соединяет участок впускного канала, расположенный выше по потоку от компрессора с турбоприводом, в впускным коллектором. В другом примере, как показано на Фиг.1В, второй впускной канал может соединять участок первого впускного канала, расположенный ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха и выше по потоку от дросселя, и впускной коллектор. Потоком, проходящим через первый и второй впускные каналы, можно управлять с помощью регулировки положения дросселя в первом впускном канале и режима работы электрического компрессора. На Фиг.2, 3 и 5 представлены способы регулировки дросселя, рециркуляционного клапана компрессора и электрического компрессора для направления потока воздуха через первый и второй впускные каналы в зависимости от условий вождения и условий работы двигателя. На Фиг.4 и 6 представлены примеры графиков изменения работы электрического компрессора и дросселя в зависимости от запрашиваемого крутящего момента, давления в коллекторе и давления наддува.
На Фиг.1А и Фиг.1В представлены схематические изображения примера двигателя 10, который может входить в движительную систему автомобиля. Двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами 30. Однако в соответствии с изобретением также может быть использовано и другое количество цилиндров. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, при помощи системы управления, содержащей контроллер 12, а также сигналов, вводимых водителем 132 автомобиля с помощью устройства 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для подачи пропорционального сигнала РР о положении педали. Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с установленным в ней поршнем (не изображено). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 для того, чтобы возвратно-поступательное движение поршня переходило во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по крайней мере с одним ведущим колесом транспортного средства и использовать выходной крутящий момент двигателя для обеспечения движения транспортного средства. Коленчатый вал 40 также может быть использован для привода генератора 152 переменного тока. Генератор 152 переменного тока может быть использован для зарядки и/или подачи энергии на электрический компрессор 150. В соответствии с настоящим изобретением контроллер 12 может управлять работой электрического компрессора 150. Также электрический компрессор 150 может быть приведен в движение с помощью накопленного заряда или энергии от генератора 152 переменного тока.
Камеры 30 сгорания могут получать воздух из впускного коллектора 44 и выпускать газы сгорания через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут селективно соединяться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах камера 30 сгорания может иметь два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
Топливные форсунки 50 показаны соединенными непосредственно с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива пропорционально ширине импульса сигнала FPW от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания; однако следует принять во внимание, что также возможно использование впрыска во впускные каналы. Топливо может быть подано на топливную форсунку топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Во время процесса, называемого в данном документе зажиганием, происходит зажигание впрыснутого топлива с помощью известных устройств зажигания, например, с помощью свечи 52 зажигания, что приводит к его горению. Момент зажигания может быть установлен таким образом, чтобы искра подавалась до (с опережением) или после (с запаздыванием) времени, установленного производителем. Например, момент зажигания может быть установлен с запаздыванием относительно момента максимального крутящего момента (МВТ) для управления детонацией в двигателе или с опережением при условиях высокой влажности. В частности, МВТ может быть установлен с опережением для компенсации низкой скорости горения. В одном примере момент зажигания может быть установлен с запаздыванием во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. Как будет сказано ниже, момент зажигания также может быть установлен с запаздыванием относительно МВТ для снижения вероятности детонации при направлении более теплого впускного воздуха через второй впускной канал 34 и впускной коллектор 44.
Воздух во впускной коллектор 44 может поступать из первого впускного канала 32 (например, первого канала) и/или второго впускного канала 34 (например, второго канала). Из впускного канала 42 воздух может быть подан в оба данных канала. На Фиг.1А показан первый вариант второго впускного канала 34, а на Фиг.2А показан второй вариант второго впускного канала 34. Эти два варианта второго впускного канала будут подробно рассмотрены ниже.
Первый канал 32 соединен с впускным каналом 42 выше по потоку от компрессора турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов, например, компрессора 60. Первый канал 32 соединен с впускным коллектором 44 ниже по потоку от дросселя 21. Таким образом, первый канал 32 включает в себя дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22 для регулировки потока, проходящего через первый канал 32 во впускной коллектор 44. В данном конкретном примере положение (TP) дроссельной заслонки 22 может быть изменено контроллером 12 для обеспечения электронного управления дросселем (ETC). Таким образом, дроссель 21 может быть использован для изменения количества впускного воздуха, поступающего от первого канала 32 в камеры 30 сгорания. Например, контроллер 12 может регулировать положение дроссельной заслонки 22 для увеличения степени открытия дросселя 21. Увеличение степени открытия дросселя 21 может привести к увеличению количества воздуха, поступающего во впускной коллектор 44. В качестве альтернативы степень открытия дросселя 21 может быть уменьшена или он может быть полностью закрыт для перекрывания потока воздуха от первого канала 32 во впускной коллектор 44. В некоторых вариантах осуществления во впускном канале 42 могут быть установлены дополнительные дроссели, например дроссель может быть расположен выше по потоку от компрессора 60 (не показан).
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направить необходимую часть выхлопных газов из выпускного канала 48 в первый канал 32 через канал EGR, например, через канал 140 EGR высокого давления. Количество EGR, поступающих во впускной канал 42, может быть изменено контроллером 12 с помощью клапана EGR, например клапана 142 EGR высокого давления. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. На Фиг.1А-1В показана система EGR высокого давления, в которой EGR направляются из участка выше по потоку от турбины турбонагнетателя в участок ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя через канал 140 EGR. На Фиг.1А-1В также показана система EGR низкого давления, в которой EGR направляются из участка ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в участок выше по потоку от компрессора турбонагнетателя через канал 156 EGR низкого давления. Клапан 154 EGR низкого давления может регулировать количество EGR, поступающих во впускной канал 42. В некоторых вариантах осуществления двигатель может включать в себя как систему EGR высокого давления, так и систему EGR низкого давления, как показано на Фиг.1А-1В. В других вариантах осуществления двигатель может включать в себя либо систему EGR низкого давления, либо систему EGR высокого давления. Во время работы в систему EGR может попасть образующийся из сжатого воздуха конденсат, в частности при охлаждении сжатого воздуха с помощью охладителя наддувочного воздуха, как будет подробно описано ниже.
Двигатель 10 может также содержать компрессионное устройство, например турбонагнетатель или компрессор наддува, содержащий, по меньшей мере, компрессор 60, размещенный вдоль впускного коллектора 44. Для турбонагнетателя компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другой соединительный механизм. Турбина 62 может быть размещена вдоль выпускного канала 48. Для приведения в движение компрессора могут быть использованы различные устройства. Для компрессора наддува компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не иметь турбины. Таким образом, степень сжатия, которая обеспечивается для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или компрессора наддува, может регулироваться контроллером 12.
В вариантах осуществления с Фиг.1А-1В компрессор 60 может приводиться в действие, в основном, турбиной 62. Турбина 62 может приводиться в действие от выхлопных газов, проходящих через выпускной канал 48. Таким образом, работа турбины 62 может привести в действие компрессор 60. Следовательно, скорость компрессора 60 может зависеть от скорости турбины 62. По мере увеличения скорости компрессора 60 будет увеличиваться наддув через первый канал 32 во впускной коллектор 44.
Кроме того, выпускной канал 48 может иметь перепускную заслонку 26 для перенаправления выхлопного газа от турбины 62. Впускной канал 42 может дополнительно содержать рециркуляционный клапан 27 компрессора (CRV), предназначенный для перенаправления впускного воздуха в обход компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или CRV 27 могут управляться контроллером 12 на открывание, например, когда требуется меньшее давление наддува.
Первый канал 32 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (САС) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры турбонагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В некоторых вариантах охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». САС 80 может представлять собой САС с переменным объемом. Горячий наддувочный воздух из компрессора 60 поступает во впускное отверстие САС 80, охлаждается по мере прохождения через САС, а затем выходит, попадая во впускной коллектор 44 двигателя. Поток наружного воздуха может попасть в двигатель 10 через переднюю часть автомобиля и пройти через САС, способствуя охлаждению наддувочного воздуха.
Таким образом, первый канал 32 включает в себя компрессор 60, САС 80 и дроссель 21. Первый канал 32 имеет первый объем для впускного воздуха (например, первый объем), который включает в себя объем для воздуха компрессора 60, объем для воздуха САС 80 и объем для воздуха трубопровода. Данный объем для впускного воздуха первого канала 32 может увеличить время, необходимое для сжатия первого объема впускного воздуха. В результате этого подача наддувочного воздуха во впускной коллектор 44 занимает некоторое время. Кроме того, если высокий запрашиваемый крутящий момент требует увеличенного наддува, компрессору может понадобиться некоторое время для увеличения скорости для создания необходимого наддува. В результате этого выходной крутящий момент может быть снижен до тех пор, пока не увеличится скорость турбонагнетателя, что приведет к возникновению турбоямы.
В варианте осуществления с Фиг.1А второй канал 34 соединен с впускным каналом 42 выше по потоку от компрессора 60 (например, компрессора с турбоприводом) и с впускным коллектором ниже по потоку от дросселя 21. В данном случае второй канал 34 проходит параллельно первому каналу 32. В альтернативном варианте осуществления, как показано на Фиг.1В, второй канал 34 соединяет участок первого канала 32, расположенный ниже по потоку от САС 80 и выше по потоку от дросселя 21, и впускной коллектор 44 ниже по потоку от дросселя 21. Таким образом, впускное отверстие во второй канал 32 расположено ниже по потоку от САС 80 и компрессора 60, а не выше по потоку от компрессора 60, как показано на Фиг.1А. В варианте осуществления с Фиг.1В охлажденный воздух турбонаддува может быть подан во второй канал 34 и во впускной коллектор 44. В еще одном варианте осуществления второй канал 34 может вместо этого соединяться с первым каналом 32 выше по потоку от САС 80, а затем соединяться с впускным коллектором 44 ниже по потоку от дросселя 21.
Второй канал 34 включает в себя компонент наддува. В вариантах осуществления с Фиг.1А-1В компонент наддува представляет собой электрический компрессор 150. В альтернативном варианте осуществления компонент наддува может представлять собой другой тип ведущего компонента, например пневматический, гидравлический, зубчатый, цепной или ременной компонент с приводом от двигателя. Электрический компрессор 150 может быть использован для наддува впускного воздуха и подачи наддувочного воздуха во впускной коллектор 44. Как было описано выше, электрический компрессор может приводиться в движение с помощью энергии, накопленной генератором переменного тока или другим источником питания. Контроллер 12 может управлять электрическим компрессором 150, в частности включать, выключать электрический компрессор и регулировать его скорость. Скорость электрического компрессора 150 может зависеть от запрашиваемого крутящего момента. В соответствии с настоящим изобретением управление электрическим компрессором 150 может осуществляться для изменения потока наддувочного воздуха, проходящего через второй канал 34, в ответ на условия работы двигателя, например давление наддува, давление во впускном коллекторе (MAP) и запрашиваемый крутящий момент.
В одном примере электрический компрессор 150 может быть использован для увеличения или уменьшения потока, проходящего через второй канал 34. Например, когда электрический компрессор 150 выключен (например, не вращается), поток впускного воздуха может не поступать и не проходить через второй канал 34 во впускной коллектор 44. Таким образом, воздух может проходить через второй канал 34 только при включенном электрическом компрессоре 150, управляемом с помощью контроллера 12. По мере увеличения скорости электрического компрессора 150 также может произойти увеличение наддува и количества воздуха во впускной коллектор через второй канал 34. В некоторых вариантах осуществления второй канал может иметь дополнительный дроссель 24, имеющий дроссельную заслонку 25 для регулировки потока воздуха, проходящего через второй канал 34 во впускной коллектор 44. В данном конкретном примере положение дроссельной заслонки 25 может быть изменено с помощью контроллера 12. Таким образом, дроссель 24 может быть использован для изменения количества впускного воздуха, поступающего от второго канала 34 во впускной коллектор 44. Например, контроллер 12 может регулировать положение дроссельной заслонки 25 для увеличения степени открытия дросселя 24. Увеличение степени открытия дросселя 21 может привести к увеличению количества воздуха, подаваемого во впускной коллектор 44. В качестве альтернативы степень открытия дросселя 24 может быть уменьшена или он может быть полностью закрыт для блокировки потока воздуха, проходящего от второго канала 34 во впускной коллектор 44. В качестве альтернативы дроссель 24 может быть заменен на односторонний клапан, пропускающий максимальный поток во впускной коллектор 44 и предотвращающий попадание впускного воздуха в первый канал 32 вверх по потоку относительно второго канала 34, когда электрический компрессор 150 не работает.
В альтернативных вариантах осуществления второй канал 34 может включать в себя компонент охлаждения наддувочного воздуха, например охладитель наддувочного воздуха, расположенный ниже по потоку от электрического компрессора 150. Охладитель наддувочного воздуха во втором канале 34 может охлаждать воздух турбонаддува, сжатый с помощью электрического устройства, до того, как он попадет во впускной коллектор 44. Охладитель наддувочного воздуха может представлять собой воздуховоздушный охладитель наддувочного воздуха или воздухожидкостный охладитель наддувочного воздуха.
Второй канал 34 имеет второй объем для впускного воздуха (например, второй объем), который включает в себя объем для воздуха электрического компрессора 150 и объем для воздуха трубопровода. Второй объем для впускного воздуха может быть меньше в варианте осуществления с Фиг.1В, чем в варианте осуществления с Фиг.1А. Также следует отметить, что на Фиг.1А-1В может быть не соблюден масштаб. Таким образом, второй канал 34 может быть короче, чем показано на Фиг.1А-1В по сравнению с первым каналом 32. Кроме того, электрический компрессор 150 может быть расположен рядом с впускным коллектором 44, чтобы дополнительно уменьшить объем наддувочного воздуха и объем впускного воздуха.
Второй объем второго канала 34 может быть меньше, чем первый объем первого канала 32. Таким образом, второй канал 34 может подавать наддувочный воздух во впускной коллектор 44 быстрее, чем первый канал 32. Как будет подробно описано ниже со ссылкой на Фиг.2-3, контроллер может регулировать положение дросселя 21 и работу электрического компрессора 150 для изменения потока воздуха, проходящего через первый и второй каналы. Таким образом, увеличенный наддув может быть подан быстрее в ответ на увеличение запрашиваемого крутящего момента, что позволит уменьшить длительность турбоямы.
Контроллер 12 показан на Фиг.1А-1В как традиционный микрокомпьютер, содержащий микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (I/O), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память ПО (KAM) и обычную шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, необходимых для эксплуатации двигателя 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие: измерение расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 120 расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, схематично показанного в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дроссельной заслонки (описанной выше); абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (RMP, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Сигнал давления в коллекторе (MAP) от датчика давления может быть использован для обеспечения индикации вакуума, или давления, во впускном коллекторе 44. Необходимо отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В стехиометрическом режиме датчик MAP может выдавать показания о крутящем моменте двигателя. Этот датчик вместе с детектированной частотой вращения двигателя может предоставить расчет заряда (включая воздушный заряд), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может производить заданное количество равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала 40.
Другими датчиками, которые могут направлять сигналы контроллеру 12, являются температурный датчик 124, расположенный на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха, и датчик 126 давления наддува. Также могут иметься другие датчики, не показанные на схеме, например, датчик для определения скорости воздушного потока на входе охладителя наддувочного воздуха и другие датчики. В некоторых примерах микросхема постоянного запоминающего устройства 106 может быть запрограммирована с помощью машиночитаемых данных, представляющих инструкции, выполняемые микропроцессорным блоком 102 для выполнения различных процессов, описанных ниже, а также их вариантов, которые отдельно не показаны. Примеры процедур изложены в данном описании изобретения со ссылкой на Фиг.2-3.
Система с Фиг.1А представляет собой систему двигателя, включающую в себя систему впуска с двумя параллельными каналами во впускной коллектор двигателя. Первый канал может включать в себя дроссель и компрессор с турбоприводом. Второй канал, параллельный первому каналу, может включать в себя электрический компрессор. В частности, второй канал может соединять участок впускного канала, расположенный выше по потоку от компрессора с турбоприводом, и впускной коллектор. Система двигателя может также включать в себя контроллер с машиночитаемыми инструкциями для регулировки потока впускного воздуха, проходящего через первый канал и второй канал, в ответ на условия вождения. В одном примере условия вождения могут включать в себя увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах и/или запрашиваемый крутящий момент выше или ниже порогового значения.
Система с Фиг.1В представляет собой систему двигателя, включающую в себя систему впуска с двумя каналами во впускной коллектор двигателя. Первый канал может включать в себя дроссель, охладитель наддувочного воздуха, компрессор с турбоприводом и рециркуляционный клапан компрессора, который предназначен для направления потока воздуха вокруг компрессора с турбоприводом. Второй канал, соединяющий участок первого канала, расположенный ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, и впускной коллектор, может включать в себя электрический компрессор. Система двигателя может также включать в себя контроллер с машиночитаемыми инструкциями для регулировки потока впускного воздуха, проходящего через первый канал и второй канал, в ответ на условия вождения. В одном примере условия вождения могут включать в себя увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах и/или запрашиваемый крутящий момент выше или ниже порогового значения.
Как описано выше, впускной воздух может поступать во впускной коллектор двигателя через впускные каналы. Первый тракт или канал может содержать компрессор турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов (например, от турбины) и впускной дроссель. Второй тракт или канал может содержать электрический компрессор. Контроллер может управлять положением впускного дросселя и работой электрического компрессора для регулировки потока воздуха, проходящего через первый и второй каналы. Например, контроллер может увеличивать степень открытия впускного дросселя для увеличения потока воздуха, проходящего через первый канал. В качестве альтернативы контроллер может уменьшать степень открытия впускного дросселя, увеличивать степень открытия рециркуляционного клапана компрессора (CRV) и/или приводить в движение электрический компрессор для увеличения потока воздуха, проходящего через второй канал. В одном примере контроллер может закрывать дроссель и приводить в движение электрический компрессор таким образом, чтобы весь впускной воздух проходил через второй канал. В другом примере контроллер может открывать дроссель и останавливать электрический компрессор таким образом, чтобы весь впускной воздух проходил через первый канал. В еще одном примере контроллер может частично открывать дроссель во время работы электрического компрессора, что позволит впускному воздуху проходить через первый канал и второй канал.
Кроме того, в варианте осуществления с Фиг.1В контроллер может увеличивать степень открытия CRV, закрывая дроссель и направляя поток через второй канал. В одном примере увеличение степени открытия CRV может включать в себя полное открывание CRV. В другом примере увеличение степени открытия CRV может включать в себя открывание CRV, если до этого он был закрыт. Открывание CRV после закрывания дросселя позволяет потоку воздуха проходить от впускного канала (например, впускного канала 42 с Фиг.1В) через CRV в первый канал выше по потоку от второго канала и во второй канал. При открытом CRV и движении впускного воздуха через второй канал турбина может приводить в движение компрессор в первом канале. Затем после повторного открывания дросселя контроллер может уменьшать степень открытия CRV.
Поток впускного воздуха, проходящий через первый и/или второй каналы, может управляться в зависимости от условий работы двигателя. В одном примере электрический компрессор может быть выключен в нормальном состоянии, при этом впускной воздух может практически не проходить через второй канал. Таким образом, впускной воздух может проходить через первый канал во впускной коллектор. Контроллер может регулировать положение дросселя для увеличения или уменьшения степени открытия дросселя с целью увеличения или уменьшения массового расхода воздуха, попадающего в двигатель. Кроме того, увеличение скорости компрессора может привести к увеличению давления наддува и давления MAP воздуха, поступающего во впускной коллектор двигателя. Таким образом, по мере увеличения скорости турбины и компрессора может быть также увеличена степень наддува во впускной коллектор. При более высоком запрашиваемом крутящем моменте двигателя может понадобиться увеличенный массовый расход воздуха и наддув. Таким образом, положение дросселя может быть изменено в зависимости от запрашиваемого крутящего момента, что позволит обеспечить необходимый массовый поток для запрашиваемого крутящего момента. В некоторых случаях компрессор может вращаться недостаточно быстро для мгновенного создания давления наддува, требуемого для заданного запрашиваемого крутящего момента. Таким образом, может произойти задержка между моментом, когда запрашиваемый крутящий момент был принят, и моментом, когда двигатель достигнет необходимого выходного крутящего момента. Данная задержка, называемая в данном документе турбоямой, может возникнуть из-за времени, которое необходимо компрессору для увеличения скорости и подачи необходимого наддува.
В некоторых вариантах осуществления электрический компрессор второго канала может быть использован для создания наддува для двигателя. Например, электрический компрессор может быть включен для подачи впускного наддувочного воздуха во впускной коллектор в ответ на запрашиваемый крутящий момент, превышающий пороговое значение. Пороговый уровень может быть основан на текущей скорости компрессора с турбоприводом и величине наддува, необходимого для запрашиваемого крутящего момента. В одном примере пороговый уровень может быть снижен для обеспечения меньшей скорости компрессора и большего уровня запрашиваемого наддува. В другом примере пороговый уровень может представлять собой предварительно установленный уровень, зависящий от турбонагнетателя. В некоторых примерах запрос крутящего момента, превышающего пороговый уровень, может включать в себя увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, на что указывает увеличение степени нажатия на педаль и/или степени открытия дросселя.
Контроллер может отрегулировать поток, проходящий через первый и второй каналы, для создания запрашиваемого наддува за минимальное время. В частности, при достижении запрашиваемого крутящего момента, превышающего пороговый уровень, контроллер может увеличить степень открытия дросселя (например, дросселя 21 с Фиг.1А-1В) для направления увеличенного потока воздуха через первый канал. В это же время контроллер может включать и приводить в движение электрический компрессор для направления впускного воздуха через второй канал. Электрический компрессор может подавать наддув на впускное отверстие двигателя, что позволит увеличить выходной крутящий момент. Как только давление в коллекторе (например, MAP) достигнет или превысит атмосферное давление, дроссель можно будет закрыть, перекрыв тем самым поток воздуха, проходящий через первый канал. Электрический компрессор может продолжать подавать наддув на впускное отверстие двигателя. В это же время по мере увеличения скорости турбины может быть увеличена скорость компрессора с турбоприводом. По мере увеличения скорости вращения компрессора увеличится давление наддува. Когда давление наддува превысит давление MAP, контроллер может повторно открыть дроссель для направления потока воздуха через первый канал и создать необходимый наддув для запрашиваемого крутящего момента. Дроссель (например, дроссель 21 с Фиг.1А-1В) может открываться при регулируемой скорости для того, чтобы обеспечивать относительно постоянный массовый расход воздуха, поступающего во впускной коллектор. В это же время контроллер может останавливать работу электрического компрессора, что приведет к снижению потока воздуха, проходящего через второй канал. Направление потока воздуха через два канала, как было описано выше, может помочь снизить время создания наддува для запрашиваемого увеличения крутящего момента, что приведет к снижению длительности турбоямы. Подробно данные регулировки будут рассмотрены ниже со ссылкой на Фиг.2-3.
В варианте осуществления, в котором второй канал соединен с участком первого канала ниже по потоку от САС и впускным коллектором (как показано на Фиг.1В), контроллер может дополнительно регулировать степень открытия CRV. Например, контроллер также может открывать CRV в случаях, когда дроссель закрывается, когда давление MAP становится больше атмосферного давления. Это позволит обеспечить прохождение увеличенного потока воздуха через второй канал и электрический компрессор. Скорость компрессора с турбоприводом может расти по мере увеличения скорости турбины, когда наддув поступает на впускное отверстие двигателя через второй канал. Практически полное отсутствие нагрузки на компрессор с турбоприводом приводит к увеличению ускорения компрессора с турбоприводом. Таким образом, после этого дроссель может быть раньше повторно открыт по сравнению с ситуацией, когда CRV остается открытым в течение этого времени. При повторном открытии дросселя контроллером в ответ на ситуацию, когда давление наддува становится больше давления MAP, контроллер может также закрыть CRV. Подробно данные регулировки представлены на Фиг.2 и 5.
При переходе от подачи потока впускного воздуха через первый канал к подаче через второй канал и от подачи через второй канал к подаче через первый канал контроллер может регулировать положение дросселя и работу электрического компрессора таким образом, чтобы массовый расход воздуха, поступающего в поток впускного воздуха, оставался постоянным и ровным. Например, как было сказано выше, для перехода от подачи потока воздуха через первый канал к подаче потока воздуха через второй канал контроллер может закрывать дроссель в первом канале и включать электрический компрессор во втором канале. Закрывание дросселя и приведение в движение электрического компрессора может быть выполнено таким образом, чтобы массовый расход воздуха во впускной коллектор был относительно постоянным и оставался на необходимом уровне. Например, контроллер может включать электрический компрессор мгновенно или путем медленного увеличения скорости его вращения, постепенно закрывая при этом дроссель в первом канале. Кроме того, электрический компрессор может быть включен до, во время или после закрывания дросселя для обеспечения плавного перенаправления массового расхода воздуха. Таким образом, уровень массового расхода воздуха может поддерживаться на необходимом уровне.
Дополнительные условия работы двигателя могут быть отрегулированы в зависимости от того, какой впускной канал подает поток впускного воздуха во впускной коллектор. Например, если дроссель закрывается и через первый канал не проходит поток воздуха, то клапан EGR высокого давления может быть закрыт таким образом, чтобы EGR не поступали в первый канал. Если двигатель включает в себя систему EGR низкого давления, клапан EGR низкого давления может быть открыт для увеличения потока EGR, проходящего через систему EGR низкого давления при закрытом дросселе в первом канале. Таким образом, EGR могут подаваться из системы EGR низкого давления во второй канал.
Кроме того, регулировка моментов зажигания может быть выполнена в зависимости от того, какой впускной канал подает поток впускного воздуха и какова итоговая температура впускного воздуха. Например, первый впускной канал включает в себя САС для охлаждения сжатого воздуха до того, как он попадет во впускной коллектор. Это позволит снизить температуру воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, что приведет к снижению вероятности детонации в двигателе. Однако второй канал может не включать в себя такой охлаждающий компонент, как САС. Кроме того, как показано в варианте осуществления с Фиг.1А, второй канал может направлять неохлажденный впускной воздух во впускной коллектор. Таким образом, впускной воздух, выходящий из второго канала и входящий во впускной коллектор, может быть теплее, чем впускной воздух, выходящий из первого канала. Более теплый впускной воздух, поступающий в цилиндры двигателя, может привести к детонации. Следовательно, для снижения детонации при условиях, когда второй впускной канал подает поток впускного воздуха в цилиндры двигателя, можно установить момент зажигания с запаздыванием. В качестве альтернативы, когда поток впускного воздуха направляется через первый впускной канал, момент зажигания может оставаться прежним или устанавливаться с меньшим запаздыванием, чем при направлении потока впускного воздуха через второй впускной канал.
Как было сказано выше и как показано на Фиг.1В, впускное отверстие во второй канал может быть соединено с участком первого канала, расположенным ниже по потоку от САС. В данном варианте осуществления момент зажигания может оставаться прежним или устанавливаться с меньшим запаздыванием, поскольку наддувочный воздух может быть уже частично охлажден. В альтернативных вариантах осуществления второй канал может также включать в себя охладитель наддувочного воздуха или другие средства охлаждения наддувочного воздуха, прошедшего через электрический компрессор. В данном примере регулировки момента зажигания могут не понадобиться. Таким образом, регулировки момента зажигания могут зависеть от конфигурации второго канала и, следовательно, от степени охлаждения наддувочного воздуха.
Задержка искры зажигания может привести к потере крутящего момента. Потеря крутящего момента может увеличиться при увеличении величины запаздывания момента зажигания. Таким образом, направление потока воздуха через второй канал может привести к потере крутящего момента в результате установки момента зажигания с запаздыванием во избежание детонации. Однако направление потока воздуха через первый канал может также привести к потере крутящего момента в результате возникновения турбоямы. Например, потеря крутящего момента может произойти из-за времени, в течение которого компрессор с турбоприводом разгоняется для создания необходимого наддува. В некоторых случаях потеря крутящего момента в результате запаздывания зажигания может быть больше по сравнению с потерей крутящего момента в результате возникновения турбоямы. При таких условиях поток воздуха может быть направлен через первый канал вместо второго канала, даже если запрашиваемый крутящий момент превышает пороговый уровень. Способы регулировки потока впускного воздуха, проходящего через первый и второй каналы, на основе потери крутящего момента будут рассмотрены ниже со ссылкой на Фиг.2-3 и 5.
Таким образом, дроссель в первом впускном канале, расположенном ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов, может быть временно открыт при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. В одном примере об увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах может свидетельствовать увеличение силы нажатия на педаль газа. Кроме того, для направления потока во впускной коллектор через второй впускной канал при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах может быть использован электрический привод электрического компрессора. В одном примере второй впускной канал может располагаться параллельно первому впускному каналу. В другом примере второй впускной канал может быть соединен с участком первого впускного канала, расположенным ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, и впускным коллектором.
В одном примере временное открывание дросселя включает в себя открывание и удержание дросселя в положении, соответствующем предельной степени открытия, для увеличения давления в коллекторе с уровня ниже порогового давления до порогового давления. Затем контроллер может закрывать дроссель, когда давление в коллекторе увеличилось до порогового значения. В одном примере контроллер дополнительно открывает рециркуляционный клапан компрессора, когда давление в коллекторе увеличилось до порогового значения. Пороговым значением давления может быть атмосферное давление.
Электрический привод электрического компрессора включает в себя работу электрического компрессора на скорости, соответствующей необходимому уровню наддува для создания запрашиваемого крутящего момента, во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. Дроссель может быть повторно открыт, если давление наддува превысит давление в коллекторе. При повторном открывании дросселя контроллер может прекратить приведение электрического компрессора с помощью электричества. В одном варианте осуществления контроллер может дополнительно закрывать рециркуляционный клапан компрессора при повторном открывании дросселя. В другом примере повторное открывание дросселя может быть выполнено при снижения уровня энергии в электрическом компрессоре ниже порогового значения. Кроме того, величина запаздывания момента зажигания может быть увеличена во время приведения в действие электрического компрессора для направления потока во впускной коллектор через второй впускной канал.
На Фиг.2 показан способ 200 для определения, какой впускной канал используется для направления впускного воздуха во впускной коллектор. Способ начинается на этапе 202 с измерения и/или оценки условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себя скорость и нагрузку на двигатель, положение (РР) педали, запрашиваемый крутящий момент, момент зажигания, положение дросселя, MAP, давление наддува, массовый расход воздуха и т.д. На этапе 204 способа проверяют, превышает ли запрашиваемый крутящий момент пороговый уровень. В одном примере об увеличении запрашиваемого крутящего момента может свидетельствовать увеличение величины открытия дросселя и/или степени нажатия педали. В другом примере ситуация, когда запрашиваемый крутящий момент превышает пороговый уровень, может произойти из-за увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. Об увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах может свидетельствовать резкое увеличение степени нажатия педали. Кроме того, пороговый уровень может быть основан на запрашиваемом крутящем моменте, который может привести к возникновению турбоямы. Например, компрессору с турбоприводом может понадобиться некоторое время для обеспечения необходимого наддува для достижения порогового уровня запрашиваемого крутящего момента. Это может привести к задержке выходного крутящего момента двигателя. Таким образом, пороговый уровень может быть также основан на текущей скорости компрессора и/или давлении наддува.
Если на этапе 204 определено, что запрашиваемый крутящий момент не превышает пороговое значение, на этапе 206 контроллер может направлять впускной воздух через первый канал. Направление потока воздуха через первый канал может включать в себя регулировку положения дросселя на основании запрашиваемого крутящего момента. Кроме того, на этапе 206 контроллер может оставить электрический компрессор в выключенном состоянии, чтобы большая часть впускного воздуха проходила через первый канал. В одном примере второй канал может содержать дроссель или односторонний клапан, который закрывается для перекрытия прохождения воздуха через второй канал. В качестве альтернативы, если на этапе 204 запрашиваемый крутящий момент выше порогового уровня, способ переходит к этапу 208, на котором происходит увеличение степени открытия дросселя (например, дросселя в первом канале). В одном примере данный этап может включать в себя открывание дросселя до порогового уровня. Пороговый уровень открытия может представлять собой максимальную степень открытия, соответствующую полному открытию дросселя. Увеличение степени открытия дросселя на этапе 208 может привести к увеличению массового расхода воздуха и давления MAP.
Если условия для направления через вспомогательный канал имеют место, то на этапе 212 контроллер направляет впускной воздух через второй канал. Как подробно показано на Фиг.3, данные условия могут включать в себя ситуацию, когда потеря крутящего момента в результате запаздывания зажигания меньше потери крутящего момента в результате возникновения турбоямы. В первом примере, как подробно показано на Фиг.3, направление впускного воздуха через второй канал может включать в себя закрывание впускного дросселя в первом канале и приведение в движение электрического компрессора. Во втором примере, как подробно показано на Фиг.5, направление впускного воздуха через второй канал может включать в себя закрывание впускного дросселя и открытие CRV в первом канале и приведение в движение электрического компрессора.
На Фиг.3 показан способ 300 для регулировки потока впускного воздуха, проходящего через первый и второй каналы (например, первый и второй каналы 32 и 34 соответственно с Фиг.1А) в зависимости от условий работы двигателя. В частности, способ 300 начинается после перехода со способа 200 от направления потока воздуха через второй канал в соответствии с первым вариантом осуществления, как показано на Фиг.1А. В данном варианте осуществления направление потока через второй канал включает в себя прохождение впускного воздуха из участка выше по потоку от компрессора с турбоприводом через второй канал во впускной коллектор.
Поток воздуха может быть направлен через второй канал, когда запрашиваемый крутящий момент превышает пороговый уровень (как показано на этапе 204 способа 200) и имеют место условия для использования вспомогательного канала. Как описано выше, условия для использования вспомогательного канала могут включать в себя ситуации, когда ожидаемая потеря крутящего момента в результате запаздывания зажигания меньше, чем ожидаемая потеря крутящего момента в результате возникновения турбоямы. Таким образом, на этапе 301 способ предусматривает проверку, меньше ли потери крутящего момента в результате запаздывания зажигания, чем из-за возникновения турбоямы. Потери крутящего момента в результате запаздывания зажигания могут быть вызваны установкой момента зажигания с запаздыванием для снижения вероятности детонации при направлении более теплого воздуха через второй канал. Потеря крутящего момента в результате возникновения турбоямы может быть вызвана направлением потока воздуха через первый канал и ожиданием создания компрессором с турбоприводом необходимого наддува для запрашиваемого крутящего момента. Если потери крутящего момента в результате запаздывания зажигания не меньше, чем потери из-за турбоямы (например, потери из-за запаздывания зажигания больше, чем потери из-за турбоямы), то способ переходит на этап 302 для направления потока воздуха через первый канал. Таким образом, для снижения потерь выходного крутящего момента двигателя поток впускного воздуха направляется через первый канал, даже несмотря на превышение порогового значения запрашиваемого крутящего момента. Однако если на этапе 301 потери крутящего момента из-за запаздывания зажигания меньше потери из-за турбоямы, то на этапе 303 контроллер направляет впускной воздух через второй канал. Таким образом, в некоторых примерах контроллер может одновременно открывать впускной дроссель в первом канале, как описано выше, и направлять поток воздуха через второй канал для увеличения наддува.
В частности, на этапе 303 контроллер приводит в действие электрический компрессор и направляет впускной воздух через второй канал. Приведение в действие компрессора на этапе 302 может предусматривать включение электрического компрессора и его работу со скоростью, зависящей от уровня необходимого наддува для запрашиваемого крутящего момента. Например, электрический компрессор может оставаться выключенным до тех пор, пока запрашиваемый крутящий момент и/или положение педали не превысит пороговое значение. На этом этапе скорость электрического компрессора может расти вместе с увеличением запрашиваемого крутящего момента. В другом примере электрический компрессор может быть только включен или выключен. Таким образом, при включении электрический компрессор может работать только с одной скоростью. В еще одном примере скорость работы электрического компрессора может зависеть от количества накопленной энергии (например, доступной энергии) в электрическом компрессоре. Например, если для работы электрического компрессора доступно меньше энергии, электрический компрессор может быть запущен на меньшей скорости, чем необходимо для создания запрашиваемого уровня наддува.
После включения электрического компрессора контроллер может на этапе 304 отрегулировать момент зажигания. Регулировка момента зажигания может быть основана на температуре наддувочного воздуха, проходящего через второй канал и входящего во впускной коллектор двигателя. Например, при активации электрического компрессора для направления более теплого впускного воздуха через второй канал, контроллер может на этапе 304 увеличить величину запаздывания момента зажигания. Величина запаздывания зажигания может зависеть от температуры воздуха, проходящего через второй канал и/или скорости работы электрического компрессора. Например, для более высокого запрашиваемого крутящего момента электрический компрессор может вращаться на более высокой скорости для создания повышенного наддува. В результате может произойти увеличение температуры впускного воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, что приведет к увеличению вероятности детонации в двигателе. В результате этого величина запаздывания зажигания может увеличиться. Контроллер может продолжить регулировку момента зажигания во время направления впускного воздуха через второй канал. Например, после закрывания дросселя (как будет описано ниже со ссылкой на этап 312) контроллер может увеличить величину запаздывания момента зажигания в результате прохождения во впускной коллектор нагретого воздуха.
На этапе 308 способ предусматривает проверку, не ниже ли давление MAP, чем пороговое значение давления. В одном примере пороговое значение давления представляет собой атмосферное давление. В другом примере пороговое значение давления может представлять собой давление выше или ниже атмосферного давления. Если на этапе 308 давление MAP остается ниже порогового значения давления, на этапе 310 контроллер не будет изменять текущую степень открытия дросселя. Как только давление MAP станет равно и/или больше, чем пороговое значение давления, на этапе 312 контроллер закрывает дроссель в первом канале. Закрывание дросселя на этапе 312 может включать в себя медленное уменьшение степени открытия дросселя для создания относительно равномерного массового расхода воздуха во впускном отверстии двигателя. Таким образом, может быть обеспечен непрерывный массовый поток воздуха во впускном коллекторе.
Во время приведения в движение электрического компрессора скорость компрессора с турбоприводом может увеличиваться. В результате этого может вырасти давление наддува на участке ниже по потоку от компрессора с турбоприводом. На этапе 314 способа проверяют, выше ли давление наддува, чем давление MAP. Если давление наддува не больше, чем давление MAP, то на этапе 316 контроллер продолжает приводить в движение электрический компрессор и удерживать дроссель в закрытом положении. Однако если давление наддува превысит давление MAP, то способ перейдет на этап 318 для открывания дросселя, чтобы создать необходимый наддув для запрашиваемого крутящего момента. При открывании дросселя на этапе 320 контроллер перестает приводить в движение электрический компрессор. Данный процесс может включать в себя прекращение подачи воздуха через второй канал. Кроме того, на этапе 320 способ может предусматривать возврат к начальному или запрашиваемому в настоящий момент моменту зажигания. В некоторых вариантах осуществления этапы 318 и 320 могут выполняться циклически для обеспечения равномерности и непрерывности массового расхода воздуха. В одном примере данный процесс может включать в себя увеличение степени открытия дросселя одновременно с замедлением до последующей остановки компрессора.
В качестве альтернативы, если в электрическом компрессоре не остается энергии до того, как давление наддува станет больше давления MAP, то дроссель будет открыт в любом случае. Например, способ 300 может включать в себя дополнительный этап между этапами 314 и 316, на котором выполняется проверка уровня энергии в электрическом компрессоре. Если уровень энергии в электрическом компрессоре опускается ниже порогового уровня, то способ переходит на этап 318 для повторного открытия дросселя, даже если давление наддува будет меньше давления MAP. После этого на этапе 320 электрический компрессор будет выключен для выполнения перезарядки, необходимой для последующего увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах.
Таким образом, контроллер может регулировать поток впускного воздуха, проходящий через первый канал и второй канал, в ответ на условия вождения. В одном примере регулировка потока впускного воздуха включает в себя увеличение степени открытия дросселя для направления потока воздуха через первый канал при понижении запрашиваемого крутящего момента ниже порогового значения. В другом примере регулировка потока впускного воздуха включает в себя первоначальное увеличение степени открытия дросселя и активацию электрического компрессора для одновременного направления потока воздуха через первый канал и второй канал, если запрашиваемый крутящий момент превысит пороговое значение. После начального увеличения степени открытия дроссель можно будет закрыть, если давление в коллекторе превысит атмосферное давление. Регулировка потока впускного воздуха может включать в себя увеличение степени открытия дросселя и остановку работы электрического компрессора для направления потока воздуха через первый канал, если запрашиваемый крутящий момент превысит пороговое значение, а давление наддува превысит давление в коллекторе.
На Фиг.5 показан способ 500 для регулировки потока впускного воздуха, проходящего через первый и второй каналы (например, первый и второй каналы 32 и 34 соответственно с Фиг.1В), в зависимости от условий работы двигателя. В частности, способ 500 начинается после перехода со способа 200 с направления потока воздуха через второй канал в соответствии со вторым вариантом осуществления, как показано на Фиг.1В. В данном варианте осуществления направление потока через второй канал включает в себя прохождение впускного воздуха из участка, расположенного ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха в первом канале, через второй канал во впускной коллектор.
Поток воздуха может быть направлен через второй канал, когда запрашиваемый крутящий момент превышает пороговый уровень (как показано на этапе 204 способа 200). Таким образом, после увеличения степени открытия дросселя (как описано на этапе 208 способа 200) на этапе 502 контроллер может приводить в движение электрический компрессор и направлять впускной воздух через второй канал. Как было сказано выше, активация компрессора на этапе 502 может предусматривать включение электрического компрессора и его работу со скоростью, зависящей от уровня необходимого наддува для запрашиваемого крутящего момента. Например, электрический компрессор может оставаться выключенным до тех пор, пока запрашиваемый крутящий момент и/или степень нажатия на педаль не превысят пороговое значение. На этом этапе скорость электрического компрессора может расти вместе с увеличением запрашиваемого крутящего момента. В другом примере электрический компрессор может быть только включен или выключен. Таким образом, при включении электрический компрессор может работать только с одной скоростью. В еще одном примере скорость работы электрического компрессора может быть основана на величине накопленной энергии (например, доступной энергии) в электрическом компрессоре. Например, если для работы электрического компрессора доступно меньше энергии, электрический компрессор может быть запущен на меньшей скорости, чем необходимо для создания запрашиваемого уровня наддува.
После включения электрического компрессора контроллер может на этапе 504 отрегулировать момент зажигания. Регулировка момента зажигания может быть основана на температуре наддувочного воздуха, проходящего через второй канал и входящего во впускной коллектор двигателя. Поскольку в соответствии с настоящим вариантом осуществления второй канал соединяет участок первого канала, расположенный после САС, и впускной коллектор, то может понадобиться меньшая величина запаздывания момента зажигания. Например, воздух, проходящий через второй канал, может быть частично охлажден (например, с помощью САС в первом канале). В некоторых вариантах осуществления, если второй канал включает в себя охлаждающий компонент наддувочного воздуха, то на этапе 504 может понадобиться отключить зажигание.
На этапе 508 способ предусматривает проверку, не ниже ли давление MAP чем пороговое значение давления. В одном примере пороговое значение давления представляет собой атмосферное давление. В другом примере пороговое значение давления может представлять собой давление выше или ниже атмосферного давления. Если на этапе 508 давление MAP остается ниже порогового значения, на этапе 510 контроллер не будет изменять текущую степень открытия дросселя. Как только давление MAP станет равно и/или больше порогового значения, на этапе 512 контроллер закрывает дроссель в первом канале и открывает CRV. Закрывание дросселя и открывание CRV на этапе 512 может включать в себя медленное уменьшение степени открытия дросселя и увеличение степени открытия CRV для создания относительно равномерного массового потока воздуха на впуске двигателя. Таким образом, может быть обеспечен непрерывный массовый поток воздуха во впускном коллекторе.
Во время приведения в действие электрического компрессора скорость компрессора с турбоприводом может увеличиваться. В результате этого может вырасти давление наддува на участке ниже по потоку от компрессора с турбоприводом. На этапе 514 способа проверяют, выше ли давление наддува, чем давление MAP. Если давление наддува не больше, чем давление MAP, то на этапе 516 контроллер продолжает приводить в действие электрический компрессор и удерживать дроссель в закрытом положении. Однако если давление наддува превысит давление MAP, то способ перейдет на этап 518 для открывания дросселя, чтобы создать необходимый наддув для запрашиваемого крутящего момента. При открывании дросселя на этапе 520 контроллер перестает приводить в действие электрический компрессор и закрывает CRV. Данный процесс может включать в себя прекращение подачи воздуха через второй канал. Кроме того, на этапе 520 способ может предусматривать возврат к начальному или запрашиваемому в настоящий момент моменту зажигания. В некоторых вариантах осуществления этапы 518 и 520 могут выполняться циклически для обеспечения равномерности и непрерывности массового расхода воздуха. В одном примере данный процесс может включать в себя увеличение степени открытия дросселя одновременно с замедлением до последующей остановки компрессора.
В качестве альтернативы, если в электрическом компрессоре не остается энергии до того, как давление наддува станет больше давления MAP, то дроссель будет открыт в любом случае. Например, способ 500 может включать в себя дополнительный этап между этапами 514 и 516, на котором выполняется проверка уровня энергии в электрическом компрессоре. Если уровень энергии в электрическом компрессоре опускается ниже порогового уровня, то способ переходит на этап 518 для повторного открывания дросселя, даже если давление наддува будет меньше давления MAP. После этого на этапе 520 электрический компрессор будет выключен для выполнения перезарядки, необходимой для последующего увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах.
Таким образом, контроллер может регулировать поток впускного воздуха, проходящий через первый канал и второй канал, в зависимости от условий вождения. В одном примере регулировка потока впускного воздуха включает в себя увеличение степени открытия дросселя для направления потока воздуха через первый канал при понижении запрашиваемого крутящего момента ниже порогового значения. В другом примере регулировка потока впускного воздуха включает в себя первоначальное увеличение степени открытия дросселя и приведение в действие электрического компрессора для одновременного направления потока воздуха через первый канал и второй канал, если запрашиваемый крутящий момент превысит пороговое значение. После начального увеличения степени открытия, когда давление в коллекторе превышает атмосферное давление, дроссель может быть закрыт, а рециркуляционный клапан компрессора может быть открыт. Регулировка потока впускного воздуха может включать в себя увеличение степени открытия дросселя, закрывание рециркуляционного клапана компрессора и остановку приведения в движение электрического компрессора для направления потока воздуха через первый канал, если запрашиваемый крутящий момент превысит пороговое значение, а давление наддува превысит давление в коллекторе.
На Фиг.4 представлен пример графиков регулировок работы дросселя и электрического компрессора в зависимости от условий работы двигателя. Изменения с Фиг.4 относятся к первому варианту второго канала с Фиг.1А. В частности, на схеме 400 показаны график 402 изменения положения педали, график 404 изменения запрашиваемого крутящего момента, график 406 изменения положения (TP) дросселя, график 408 изменения MAP (например, давления в коллекторе), график 410 изменения давления наддува, график 412 изменения работы электрического компрессора, график 418 изменения моментов зажигания. Увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах можно определить по графику 402 по резким скачкам положения педали. Положение дросселя может изменяться между закрытым и полностью открытым положениями, как показано на графике 406. В одном примере основным режимом работы электрического компрессора может быть выключенное состояние. Режим работы электрического компрессора и увеличение скорости электрического компрессора указаны на графике 412. Наконец, момент зажигания может быть установлен с опережением или запаздыванием относительно МВТ, как показано на графике 418.
До момента времени t1 педаль находилась в устойчивом положении (график 402), запрашиваемый крутящий момент был ниже порогового уровня 414 (график 404), а момент зажигания был близок к МВТ (график 418). Кроме того, дроссель частично открыт (406), MAP и давление наддува ниже порогового значения давления 416 (например, атмосферного давления), а электрический компрессор выключен. Таким образом, поток впускного воздуха может проходить через первый канал, а не через второй канал.
В момент времени t1 положение педали постепенно увеличивается (график 402). Это приводит к увеличению запрашиваемого крутящего момента; однако он остается ниже порогового уровня 414 (график 404). В результате этого степень открытия дросселя увеличивается (график 406), что приводит к увеличению массового расхода воздуха во впускном коллекторе. Также увеличится давление наддува, после чего MAP станет больше порогового значения давления 416 (графики 408 и 410). Электрический компрессор остается выключенным, поскольку запрашиваемый крутящий момент ниже порогового уровня 414. Момент зажигания может быть установлен с небольшим запаздыванием относительно МВТ при увеличении степени нажатия на педаль. В момент времени t2 степень нажатия на педаль уменьшается (график 402), она возвращается к устойчивому, низкому уровню. В ответ на это уменьшается запрашиваемый крутящий момент и степень открытия дросселя, что приводит к снижению MAP и давления наддува.
В момент времени t3 происходит увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, о чем свидетельствует резкое увеличение степени нажатия на педаль (график 402), в результате чего запрашиваемый крутящий момент становится выше порогового уровня 414. В результате увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах контроллер увеличивает степень открытия дросселя, перемещая его в полностью открытое положение (график 406), и включает электрический компрессор. Таким образом, воздух турбонаддува может поступать во впускной коллектор через первый канал и второй канал с момента t3 до момента t4. Давление MAP и давление наддува увеличиваются, а в момент t4 давление MAP достигает порогового значения давления 416. В результате этого степень открытия дросселя уменьшается, в итоге он закрывается, перекрывая поток воздуха, проходящий через первый канал. Контроллер продолжает приводить в действие электрический компрессор для создания наддува для впускного коллектора. Кроме того, в момент t4 контроллер может дополнительно увеличить задержку зажигания и заблокировать зажигание на время включения электрического компрессора и движения потока воздуха через второй канал. Между моментом t4 и моментом t5 давление MAP продолжает расти по мере прохождения впускного воздуха через электрический компрессор во впускной коллектор. При этом давление наддува увеличивается (график 410) при увеличении скорости компрессора с турбоприводом и его последующей работе. В момент t5 давление наддува превышает давление MAP. В результате этого контроллер увеличивает степень открытия дросселя, чтобы создать запрашиваемый наддув для запрашиваемого крутящего момента. Контроллер останавливает приведение в движение компрессора, выключая компрессор и перекрывая поток воздуха через второй канал (график 412). В момент t6 увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах завершается, а также происходит снижение запрашиваемого крутящего момента и степени открытия дросселя.
В момент t7 происходит еще одно увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах (график 402). Запрашиваемый крутящий момент становится больше порогового уровня 414. Однако потеря крутящего момента в результате запаздывания зажигания, когда поток воздуха проходит через второй канал, может быть больше потери крутящего момента из-за турбоямы, когда поток воздуха проходит через первый канал. Таким образом, даже несмотря на то, что запрашиваемый крутящий момент больше порогового значения 414, контроллер открывает дроссель для направления потока воздуха через первый канал (график 406) и оставляет электрический компрессор выключенным (график 412). В момент t8 увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах завершается, степень открытия дросселя возвращается на текущий запрашиваемый уровень.
Как показано на схеме 400, поток впускного воздуха может быть направлен через первый и второй параллельные каналы. В одном примере при выполнении первого условия (как показано в моменты времени t1 и t7) поток впускного воздуха направляется через первый канал, включающий в себя дроссель и компрессор с турбоприводом. Направление потока впускного воздуха через первый канал включает в себя увеличение степени открытия дросселя. В первом примере, как показано в момент t1, первое условие включает в себя ситуацию, когда запрашиваемый крутящий момент ниже порогового значения. Во втором примере, как показано в момент t7, первое условие включает в себя ситуацию, когда запрашиваемый крутящий момент выше порогового значения, а потеря крутящего момента из-за запаздывания зажигания во время направления потока впускного воздуха через второй канал выше потери крутящего момента из-за турбоямы.
В другом примере, при выполнении второго условия (как показано в момент t4) поток впускного воздуха направляется через второй канал, содержащий электрический компрессор, при этом второй канал расположен параллельно первому каналу. Направление потока впускного воздуха через второй канал включает в себя приведение в действие электрического компрессора и закрывание дросселя, когда давление в коллекторе равно или превышает пороговое значение. Как показано в момент t4, второе условие включает в себя ситуацию, когда запрашиваемый крутящий момент выше порогового значения, а потеря крутящего момента из-за запаздывания зажигания во время направления потока впускного воздуха через второй канал меньше, чем потери крутящего момента из-за турбоямы.
При выполнении третьего условия, как показано в момент t5, когда давление наддува выше давления в коллекторе во время направления потока впускного воздуха через второй канал, дроссель открывается для направления потока впускного воздуха через первый канал. Кроме того, при выполнении третьего условия контроллер прекращает приводить в движение электрический компрессор для прекращения прохождения потока воздуха через второй канал.
На Фиг.6 представлен пример графиков регулировок работы дросселя, рециркуляционного клапана компрессора (CRV) и электрического компрессора в зависимости от условий работы двигателя. Изменения с Фиг.6 относятся ко второму варианту второго канала с Фиг.1В. В частности, на схеме 600 показан график 602 изменения положения педали, график 604 изменения запрашиваемого крутящего момента, график 606 изменения положения дросселя (TP), график 608 изменения давления MAP (например, давления в коллекторе), график 610 изменения давления наддува, график 612 изменения работы электрического компрессора, график 618 изменения моментов зажигания и график 620 изменения положения CRV. Увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах можно определить по графику 602 по резким скачкам положения педали. Положение дросселя может изменяться между закрытым и полностью открытым положениями, как показано на графике 606. В одном примере основным режимом работы электрического компрессора может быть выключенное состояние. Режим работы электрического компрессора и увеличение скорости электрического компрессора указаны на графике 612. Кроме того, CRV может перемещаться между закрытым и полностью открытым положениями, как показано на графике 620. Однако в альтернативных примерах CRV может перемещаться между закрытым и полностью открытым положениями. Наконец, момент зажигания может быть установлен с опережением или запаздыванием относительно МВТ, как показано на графике 618.
До момента t1 педаль находилась в устойчивом положении (график 602), запрашиваемый крутящий момент был ниже порогового уровня 614 (график 604), а момент зажигания был близок к МВТ (график 618). Кроме того, дроссель частично открыт (график 606), давление MAP и давление наддува ниже порогового значения давления 616 (например, атмосферного давления), электрический компрессор выключен (график 612), a CRV закрыт (график 620). Таким образом, поток впускного воздуха может проходить через первый канал, а не через второй канал.
В момент t1 положение педали постепенно увеличивается (график 602). Это приводит к увеличению запрашиваемого крутящего момента; однако он остается ниже порогового уровня 614 (график 604). В результате этого степень открытия дросселя увеличивается (график 606), что приводит к увеличению массового расхода воздуха во впускном коллекторе. Также увеличится давление наддува, после чего MAP станет больше порогового значения давления 616 (графики 608 и 610). Электрический компрессор остается выключенным, a CRV остается закрытым, поскольку запрашиваемый крутящий момент ниже порогового уровня 614. Момент зажигания может быть установлен с небольшим запаздыванием относительно МВТ, если увеличилась степень нажатия на педаль. В момент t2 степень нажатия на педаль уменьшается (график 602), она возвращается к устойчивому, низкому уровню. В ответ на это уменьшается запрашиваемый крутящий момент и степень открытия дросселя, что приводит к снижению MAP и давления наддува.
В момент t3 происходит увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, о чем свидетельствует резкое увеличение степени нажатия на педаль (график 602), в результате чего запрашиваемый крутящий момент становится выше порогового уровня 614. При увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах контроллер увеличивает степень открытия дросселя, перемещая его в полностью открытое положение (график 606), и включает электрический компрессор. Таким образом, наддувочный воздух может поступать во впускной коллектор через первый канал и второй канал с момента t3 до момента t4. Давление MAP и давление наддува увеличиваются, а в момент t4 давление MAP достигает порогового значения давления 616. В результате этого степень открытия дросселя уменьшается, в итоге он закрывается, перекрывая поток воздуха, проходящий через первый канал. В этот момент времени контроллер открывает CRV (график 620). В альтернативных вариантах осуществления открытие CRV в момент t4 может включать в себя частичное открытие CRV. Контроллер продолжает приводить в движение электрический компрессор для создания наддува для впускного коллектора. Кроме того, в момент t4 контроллер может дополнительно увеличить величину запаздывания момента зажигания и заблокировать зажигание на время включения электрического компрессора и движения потока воздуха через второй канал. Однако во втором варианте второго канала может понадобиться меньшее запаздывание зажигания по сравнению с первым вариантом второго канала, как показано на Фиг.4. Между моментом t4 и моментом t5 давление MAP продолжает расти по мере прохождения впускного воздуха через электрический компрессор во впускной коллектор. При этом давление наддува увеличивается (график 610) при увеличении скорости компрессора с турбоприводом и его последующей работе. В момент t5 давление наддува превышает давление MAP. В результате этого контроллер закрывает CRV и увеличивает степень открытия дросселя, чтобы создать запрашиваемый наддув для запрашиваемого крутящего момента. Контроллер останавливает приведение в движение компрессора, выключая компрессор и перекрывая поток воздуха через второй канал (график 612). В момент t6 увеличение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах завершается, а также происходит снижение запрашиваемого крутящего момента и степени открытия дросселя.
Как показано на схеме 600, поток впускного воздуха может быть направлен через первый и второй каналы. В одном примере при выполнении первого условия (как показано в момент t1) поток впускного воздуха направляется через первый канал, включающий в себя дроссель и компрессор с турбоприводом. Направление потока впускного воздуха через первый канал включает в себя увеличение степени открытия дросселя. Как показано в момент t1, первое условие включает в себя ситуацию, когда запрашиваемый крутящий момент ниже порогового значения.
В другом примере, при выполнении второго условия (как показано в момент t4) поток впускного воздуха направляется через второй канал, содержащий электрический компрессор, при этом второй канал соединен с участком первого канала, расположенным ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, и впускным коллектором. Направление потока впускного воздуха через второй канал включает в себя приведение в действие электрического компрессора, закрывание дросселя и открывание рециркуляционного клапана компрессора, когда давление в коллекторе равно или превышает пороговое значение давления. Как показано в момент t4, второе условие включает в себя ситуацию, когда запрашиваемый крутящий момент выше порогового значения.
При выполнении третьего условия, как показано в момент t5, когда давление наддува выше давления в коллекторе во время направления потока впускного воздуха через второй канал, дроссель открывается для направления потока впускного воздуха через первый канал. Кроме того, при выполнении третьего условия контроллер прекращает приводить в движение электрический компрессор для прекращения прохождения потока воздуха через второй канал и закрывает рециркуляционный клапан компрессора.
Таким образом, необходимый наддув для запрашиваемого крутящего момента может быть создан путем регулировки потока воздуха, проходящего через первый и второй впускные каналы, в зависимости от запрашиваемого крутящего момента и условий работы двигателя. Первый канал может содержать дроссель и компрессор с турбоприводом. В одном примере при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах контроллер может одновременно направлять поток впускного воздуха через первый канал и второй канал путем увеличения степени открытия дросселя, расположенного в первом канале, и приведения в действие электрического компрессора, расположенного во втором канале. Когда давление в коллекторе достигает атмосферного давления, контроллер может закрыть дроссель и продолжить приведение в действие электрического компрессора. В некоторых вариантах осуществления контроллер может дополнительно открывать рециркуляционный клапан компрессора. Электрический компрессор может обеспечивать необходимый наддув для впускного коллектора при увеличении давления наддува на участке, расположенном ниже по потоку от компрессора с турбоприводом. Когда давление наддува во втором канале становится выше давления в коллекторе, контроллер может повторно открыть дроссель для создания дополнительного наддува и остановить приведение в движение компрессора. Таким образом, длительность турбоямы может быть снижена, также может быть создан необходимый наддув для запрашиваемого крутящего момента.
Таким образом, предложена система двигателя, включающая в себя систему впуска с двумя параллельными каналами, ведущими во впускной коллектор двигателя. При этом первый канал содержит дроссель и компрессор с турбоприводом, а второй канал, проходящий параллельно первому каналу, содержит электрический компрессор. Кроме того, система содержит контроллер с машиночитаемыми инструкциями для регулировки впускного потока воздуха через первый канал и второй канал в зависимости от условий вождения. В одном примере регулировка потока впускного воздуха предполагает увеличение степени открытия дросселя для направления потока воздуха через первый канал, когда запрашиваемого крутящего момента уменьшается ниже порогового значения. В другом примере регулировка потока впускного воздуха предполагает изначальное увеличение степени открытия дросселя для направления потока воздуха через первый канал и приведение в действие электрического компрессора для направления потока воздуха через второй канал, когда запрашиваемый крутящий момент становится больше порогового значения, и закрывание дросселя после начального увеличения степени открытия, когда давление в коллекторе становится выше атмосферного давления. Регулировка потока впускного воздуха также предполагает увеличение степени открытия дросселя для направления потока воздуха через первый канал, когда запрашиваемый крутящий момент превышает пороговое значение, а давление наддува превышает давление в коллекторе.
Другой вариант изобретения относится к системе двигателя, включающей в себя систему впуска с двумя каналами, ведущими во впускной коллектор двигателя. При этом первый канал содержит дроссель, охладитель наддувочного воздуха, компрессор с турбоприводом и рециркуляционный клапан компрессора, обеспечивающий направление потока воздуха в обход компрессора с турбоприводом. Второй канал, подключенный между первым каналом ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха и впускным коллектором, содержит электрический компрессор. Кроме того, система содержит контроллер с машиночитаемыми инструкциями для регулировки потока впускного воздуха через первый канал и второй канал в зависимости от условий вождения. В одном примере регулировка потока впускного воздуха предполагает увеличение степени открытия дросселя для направления потока воздуха через первый канал, когда запрашиваемый крутящий момент становится ниже порогового значения. В другом примере регулировка потока впускного воздуха предполагает изначальное увеличение степени открытия дросселя для направления потока воздуха через первый канал и приведение в действие электрического компрессора для направления потока воздуха через второй канал, когда запрашиваемый крутящий момент превышает пороговое значение, а также закрывание дросселя и открывание рециркуляционного клапана компрессора после начального увеличения степени открытия, если давление в коллекторе становится выше атмосферного давления. Регулировка потока впускного воздуха также предполагает увеличение степени открытия дросселя для направления потока воздуха через первый канал, когда запрашиваемый крутящий момент превышает пороговое значение, а давление наддува превышает давление в коллекторе.
Еще один вариант изобретения относится к способу эксплуатации двигателя, в котором направляют поток впускного воздуха через канал, содержащий компрессор с турбоприводом и открытым перепускным клапаном, после которого расположен охладитель наддувочного воздуха, при этом происходит сжатие воздуха, охлажденного с помощью охладителя наддувочного воздуха, компрессором с электрическим приводом и его направление во впускной коллектор. Направление выполняется при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, а сжатие компрессором с электрическим приводом уменьшают при закрывании перепускного клапана компрессора после достижения компрессором с турбоприводом порогового значения скорости. Кроме того, воздух, сжатый с помощью компрессора с электрическим приводом, подают во впускной коллектор в обход дросселя по параллельному каналу. Кроме того, рециркуляционный клапан для выхлопных газов полностью закрывают при направлении потока впускного воздуха через канал и сжатии воздуха, охлажденного с помощью охладителя наддувочного воздуха.
Можно отметить, что примеры управляющих и оценочных программ, приведенные в данном описании, могут быть использованы для различных конфигураций двигателей и/или систем транспортного средства. Конкретные программы, могут включать в себя один или более алгоритмов обработки из любого количества аналитических стратегий, таких как управление событиями, управление прерываниями, многозадачность, многопоточность и подобные. Таким образом, различные шаги, операции или функции могут быть выполнены в приведенной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях могут быть исключены. Аналогичным образом, данный порядок обработки не обязательно должен соблюдаться для достижения целей, характеристик или преимуществ, описанных в данном документе, но предоставлен для простоты иллюстрирования и описания. Один или более из приведенных шагов или функций могут выполняться многократно, в зависимости от конкретного используемого алгоритма. Кроме того, описанные действия могут графически представлять программный код для записи на машиночитаемый носитель данных в системе управления двигателем.
Следует понимать, что описанные конфигурации и способы являются примерными по своей сути, и точное их воспроизведение не рассматривается как единственно возможное, так как допускаются различные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитному четырехцилиндровому и другим видам двигателя. Предметом настоящего изобретения являются все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие особенности, функции и/или свойства, описанные выше.