СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАДДУВОМ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)
CONTROL METHOD OF VEHICLE ENGINE SUPERCHARGING (VERSIONS)

Область техники
Настоящая заявка относится к способам регулирования работы рециркуляционного клапана компрессора для повышения эффективности управления наддувом.
Известный уровень техники и краткое изложение сущности изобретения
В системах двигателей могут использоваться надувочные устройства типа турбонагнетателей или компрессоров турбонаддува, обеспечивающие получение заряда надувочного воздуха и повышение пиковой выходной мощности. В двигателях с турбонаддувом воздушный поток, поступающий в двигатель (а, следовательно, и крутящий момент) можно регулировать с помощью дроссельной заслонки, находящейся на впуске двигателя. Давление наддува может регулироваться с помощью перепускного клапана отработавших газов или перепускной заслонки (ПЗ), подключенной параллельно турбине, работающей на отработавших газах, и воздушного перепускного клапана или рециркуляционного клапана компрессора (РКК), подключенного параллельно впускному компрессору. Перепускной клапан отработавших газов может регулировать давление наддува посредством регулирования потока газа по турбине (и, следовательно, вырабатываемую компрессором мощность), а воздушный перепускной клапан может быть чаще всего использован для регулирования помпажа компрессора.
При нажатии педали акселератора, когда требуется увеличение крутящего момента, перепускной клапан отработавших газов, как правило, полностью закрыт, при этом воздушный перепускной клапан тоже полностью закрыт, что обеспечивает подачу в турбонагнетатель большего количества энергии, как показали, в частности, Jankovic с соавторами в патенте US 20140260241. Вследствие мгновенного закрытия как перепускного клапана отработавших газов, так и воздушного перепускного клапана при наличии высокого крутящего момента увеличивается объем воздуха, поступающего в двигатель, и, соответственно, подаваемая в турбонагнетатель энергия. В результате этого возрастает и давление наддува.
Однако авторам изобретения удалось разработать методику еще большего улучшения характеристик наддува и уменьшения турбоямы. В соответствии с одним из вариантов, давление наддува может быть повышено с помощью способа, включающего в себя следующие этапы: при потребности водителя в дополнительном крутящем моменте от двигателя (например, при нажатии педали акселератора) открывают воздушный перепускной клапан, установленный в обход воздушного компрессора, подающего воздух в указанный двигатель; и поддерживают указанный воздушный перепускной клапан в открытом положении в течение заданного времени, после чего закрывают указанный воздушный перепускной клапан.
В соответствии с другим вариантом, воздушный перепускной клапан может открываться в ответ на превышение указанным дополнительным крутящим моментом порогового значения. В течение заданного времени, когда воздушный перепускной клапан открыт, давление наддува может не возрастать, однако компрессор может вращаться быстрее. Кроме того, частота вращения компрессора может возрастать быстрее, когда воздушный перепускной клапан первоначально открыт. По истечении заданного времени, когда воздушный перепускной клапан закрывается, это увеличение частоты вращения компрессора позволяет получить требуемые уровни наддува за меньшее время, нежели это удавалось прежде. В результате ослабляется явления турбоямы. По достижении целевого порогового значения давления наддува можно приступать к активному регулированию дроссельной заслонки, перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана с целью поддержания требуемого порога наддува. В итоге становятся возможными улучшение эксплуатационных показателей двигателя с наддувом и уменьшение турбоямы.
Следует понимать, что приведенное выше краткое изложение представляет собой лишь упрощенный сводный перечень принципов, которые будут разъяснены в нижеследующем описании более детально. Оно не подразумевает выявление ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем охраны которого определяется исключительно формулой изобретения, следующей за детальным описанием. Кроме того, заявляемый объект не ограничивается теми вариантами осуществления, с помощью которых устраняются те или иные недостатки, указанные выше или в любой из частей данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение типовой системы двигателя с наддувом;
фиг. 2 иллюстрирует схему последовательности операций высокого уровня для открытия воздушного перепускного клапана на заданное время при нажатии педали акселератора;
фиг. 3 иллюстрирует схему последовательности операций высокого уровня для регулирования перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана на основе разности между фактическим и требуемым наддувом воздуха;
фиг. 4 иллюстрирует типовую координацию перепускного клапана отработавших газов, воздушного перепускного клапана и регулировок впускной дроссельной заслонки с целью получения требуемого давления наддува в соответствии с настоящим изобретением.
Детальное описание
Настоящее изобретение относится к системам и способам для улучшения управления наддувом в системе двигателя с наддувом типа показанной на фиг. 1. При нажатии педали акселератора, когда запрашиваемый водителем крутящий момент является большим, можно настроить контроллер таким образом, чтобы выполнялась стандартная программа типа представленной на фиг. 2, направленная на открытие (или поддержание в открытом положении) воздушного перепускного клапана, подключенного параллельно впускному компрессору системы двигателя, на заданное время. Благодаря поддержанию открытым воздушного перепускного клапана при нажатии педали акселератора создается возможность более быстрого вращения компрессора. Сразу по истечении заданного времени воздушный перепускной клапан можно закрывать, что позволит превратить высокую частоту вращения компрессора в высокие уровни наддува. При этом контроллер может продолжать выполнение программы типа представленной на фиг. 3 с целью адаптивного регулирования каждого из компонентов - перепускного клапана отработавших газов, подключенного параллельно турбине, работающей на отработавших газах, воздушного перепускного клапана и впускной дроссельной заслонки - с целью поддержания требуемых уровней наддува. Пример такого регулирования приведен на фиг. 4. Благодаря сказанному удается достичь высоких уровней наддува.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение типовой системы 100 двигателя с турбонаддувом, содержащей многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и два параллельно работающих турбонагнетателя 120 и 130. В качестве одного из примеров, не имеющих ограничительного характера, укажем, что система 100 двигателя может являться составной частью силовой установки пассажирского автомобиля. В систему 100 двигателя может поступать воздух, всасываемый по впускному каналу 140. Во впускном канале 140 может быть установлен воздушный фильтр 156. В качестве системы 100 двигателя может использоваться система двигателя с разделенным циклом, в которой впускной канал 140 разветвляется ниже по потоку от воздушного фильтра 156 на первый и второй параллельные впускные каналы, каждый из которых снабжен компрессором турбонагнетателя. В итоговой конфигурации, по меньшей мере, одна часть всасываемого воздуха направляется в компрессор 122 турбонагнетателя 120 по первому параллельному впускному каналу 142 и, по меньшей мере, другая часть всасываемого воздуха направляется в компрессор 132 турбонагнетателя 130 по второму параллельному впускному каналу 144 впускного канала 140.
Первая часть общего потока всасываемого воздуха, которая сжимается в компрессоре 122, может подаваться во впускной коллектор 160 по первому параллельному ответвленному впускному каналу 146. Таким образом, впускные каналы 141 и 146 образуют первую параллельную ветвь воздухозаборной системы двигателя. Аналогичным образом, вторая часть общего потока всасываемого воздуха может сжиматься с помощью компрессора 132, откуда она может подаваться во впускной коллектор 160 по второму параллельному ответвленному впускному каналу 148. Таким образом, впускные каналы 144 и 148 образуют вторую параллельную ветвь воздухозаборной системы двигателя. Как показано на фиг. 1, всасываемый воздух, поступающий из впускных каналов 146 и 148, может воссоединяться в общем впускном канале 149 перед тем, как он попадет во впускной коллектор 160, откуда этот всасываемый воздух будет подаваться в двигатель.
В соответствии с некоторыми вариантами, во впускном коллекторе 160 могут быть установлены датчик 182 давления во впускном коллекторе для оценки давления в коллекторе (ДВК) и/или датчик 183 температуры во впускном коллекторе для оценки температуры воздуха в коллекторе (ТВК), каждый из которых связан с контроллером 12. Во впускном канале 149 могут быть установлены охладитель воздуха (его называют также теплообменником) 154 и воздуховпускная дроссельная заслонка 158. Положение впускной дроссельной заслонки 158 можно регулировать с помощью системы 50 управления с использованием привода дроссельной заслонки (не показано), соединенного с возможностью сообщения с контроллером 12.
Может быть предусмотрен канал 150 рециркуляции компрессора для управления работой компрессора после реакции дроссельной заслонки на нажатие педали акселератора, регулирования крутящего момента, регулирования образования конденсата в охладителе всасываемого воздуха и противопомпажного регулирования компрессора. Так, например, для уменьшения помпажа компрессора, как в случае, когда водитель отпускает педаль акселератора, можно выполнить сброс давления наддува из впускного коллектора, ниже по потоку от охладителя 154 воздуха и выше по потоку от впускной дроссельной заслонки 158, во впускной канал 140 (в частности, ниже по потоку от воздушного фильтра 156 и выше по потоку от места соединения впускных каналов 142 и 144). Благодаря циркуляции наддувочного воздуха от места выше по потоку от впускного патрубка дроссельной заслонки до места выше по потоку от впускных патрубков компрессора становится возможным быстрое снижение давления наддува, что облегает управление наддувом. Поток по каналу 150 рециркуляции компрессора можно регулировать путем изменения положения установленного в нем воздушного перепускного клапана или рециркуляционного клапана компрессора (его называют также «противопомпажным клапаном компрессора»). В соответствии с некоторыми вариантами, воздушный перепускной клапан 152 может быть выполнен в виде двухпозиционного клапана, положение которого может быть отрегулировано либо на полностью закрытое, либо на полностью открытое. В соответствии с другими вариантами, воздушный перепускной клапан 152 может представлять собой плавно регулируемый клапан, положение которого можно регулировать на полностью открытое, полностью закрытое или любое промежуточное между этими двумя. Таким образом, воздушный перепускной клапан 152 можно также называть здесь плавно регулируемым рециркуляционным клапаном компрессора, или ПРКК. В рассматриваемом здесь примере воздушный перепускной клапан 152 выполнен в виде дроссельной заслонки, хотя при использовании других вариантов осуществления возможна иная конфигурация этого клапана (например, в виде тарельчатого клапана). Следует понимать, что, хотя на фиг. 1 показан воздушный перепускной клапан, выполненный с расчетом на работу в двухмоторном двигателе с турбонаддувом типа V-6, этот воздушный перепускной клапан можно с равным успехом применить и в двигателях других типов, таких как I-3, I-4, V-8 и прочих с одним или несколькими турбонагнетателями. В соответствии с другой конфигурацией, канал 150 рециркуляции компрессора можно разместить таким образом, чтобы поток циркулировал от места выше по потоку от охладителя 154 воздуха к месту выше по потоку от компрессоров 120 и 130. В соответствии с еще одной конфигурацией, можно предусмотреть две траектории рециркуляции, для каждой из которых будет использовано по одному воздушному перепускному клапану и каждая из которых будет располагаться таким образом, чтобы поток циркулировал от выхода компрессора к его входу.
В составе двигателя может быть использован ряд цилиндров 14. В рассматриваемом здесь примере двигатель 10 содержит шесть цилиндров, располагающихся по V-образной схеме. Говоря точнее, шесть цилиндров распределены по двум блокам 13 и 15, по три цилиндра в каждом. В соответствии с другими вариантами, двигатель 10 может включать в себя два или более цилиндров, например, 4, 5, 8, 10 или еще больше. Эти различные количества цилиндров могут быть равномерно разделены и размещены в соответствии с другими схемами, такими как V-образная, однорядная, оппозитная и пр. Каждый цилиндр 14 может быть выполнен с топливным инжектором 166. В рассматриваемом здесь примере топливный инжектор 166 представляет собой внутрицилиндровый инжектор непосредственного впрыска. Однако при использовании других вариантов в качестве топливного инжектора 166 можно использовать топливный инжектор впрыска во впускные каналы.
Всасываемый воздух, подаваемый в каждый цилиндр 14 (здесь мы называем его также «камерой сгорания» 14) по общему впускному каналу 149, можно использовать для сжигания топлива, при этом продукты сгорания могут затем выпускаться наружу по параллельным выпускным каналам, относящимся к каждому конкретному блоку. В иллюстрируемом здесь примере выпуск продуктов сгорания из первого блока 13 цилиндров двигателя 10 может осуществляться по первому параллельному выпускному каналу 17, а из второго блока 15 цилиндров - по второму параллельному выпускному каналу 19. Каждый из этих двух параллельных выпускных каналов, первый 17 и второй 19, может быть также снабжен турбиной турбонагнетателя. Если говорить конкретнее, продукты сгорания, выходящие по выпускному каналу 17, могут направляться через работающую на отработавших газах турбину 124 турбонагнетателя 120, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию компрессору 122 через вал 126, что обеспечивает сжатие всасываемого воздуха. В соответствии с другим вариантом, все отработавшие газы или их часть, выходящие по выпускному каналу 17, могут обходить турбину 124 по перепускному каналу 123, управляемому перепускным клапаном отработавших газов или перепускной заслонкой 128. Аналогичным образом, продукты сгорания, выходящие по выпускному каналу 19, могут направляться через работающую на отработавших газах турбину 134 турбонагнетателя 130, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию компрессору 132 через вал 136, что обеспечивает сжатие всасываемого воздуха, циркулирующего по второй ветви воздухозаборной системы двигателя. В соответствии с другим вариантом, все отработавшие газы или их часть, выходящие по выпускному каналу 19, могут обходить турбину 134 по перепускному каналу 133, управляемому перепускным клапаном отработавших газов или перепускной заслонкой 138.
В соответствии с некоторыми вариантами, турбины 124 и 134, работающие на отработавших газах, могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией, при этом контроллер 12 может регулировать положение лопастей (или лопаток) турбинной крыльчатки с целью изменения количества энергии, получаемой из потока отработавших газов и передаваемой соответствующему компрессору. Согласно другому решению, турбины 124 и 134, работающие на отработавших газах, могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией сопла, при этом контроллер 12 может регулировать положение турбинного сопла с целью изменения количества энергии, получаемой из потока отработавших газов и передаваемой соответствующему компрессору. Так, например, система 50 управления может быть рассчитана таким образом, чтобы обеспечивалось независимое изменение положения лопатки или сопла турбин 124 и 134, работающих на отработавших газах, с помощью соответствующих исполнительных органов.
При нажатии педали акселератора, когда требуется увеличение крутящего момента, перепускные клапаны 128, 138 отработавших газов, как правило, могут быть полностью закрыты, дроссельная заслонка 158 может быть полностью открыта, воздушный перепускной клапан 152 может быть полностью закрыт. Благодаря всем этим мерам вместе взятым обеспечиваются подача большего количества воздуха в двигатель и выработка более значительной энергии для турбонагнетателя. В результате этого возможно медленное нарастание давления наддува до достижения целевого заданного значения. Однако авторы изобретения выявили также потенциальную возможность использования воздушного перепускного клапана для еще большего улучшения характеристик наддува. Говоря точнее, поддерживая воздушный перепускной клапан первоначально в открытом положении при нажатии педали акселератора в течение заданного времени (см. фиг. 2), удается, как будет разъяснено ниже, увеличить частоту вращения компрессора и, тем самым, турбонагнетателя.
Ниже приводятся уравнения баланса мощности компрессора
t
с
c
р.с.
где H - энтальпия турбины, Н - энтальпия компрессора, - частота вращения турбонагнетателя, w - расход через компрессор, С - удельная теплоемкость при постоянном давлении, - температура на входе в компрессор, - давление на выходе из компрессора (наддув), - давление на входе в компрессор, - отношение удельных теплоемкостей, - изоэнтропический КПД компрессора. Конкретные значения этих параметров зависят от типа двигателя и его рабочих режимов.
с
При нажатии педали акселератора, когда воздушный перепускной клапан оставлен открытым, отношение давлений остается практически близким к 1 (то есть )), так что членом Н можно пренебречь. Таким образом,
и, следовательно, частота вращения турбонагнетателя увеличивается быстрее по сравнению с ситуацией, когда воздушный перепускной клапан закрыт.
После того как частота вращения турбонагнетателя достигнет порогового значения (или истечет пороговое время), воздушный перепускной клапан можно закрывать. Благодаря закрытию воздушного перепускного клапана увеличение частоты вращения турбонагнетателя позволяет получить более высокие уровни наддува. Таким образом, становится возможным достигать более высокие уровни наддува за более короткое время. Как только давление наддува достигнет целевого порога, можно приступать к активному регулированию дроссельной заслонки, перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана с целью поддержания наддува на требуемом пороговом уровне, как видно на фиг. 3.
Исполнительные органы перепускного клапана отработавших газов или перепускной заслонки регулируют давление наддува путем регулирования потока отработавших газов по соответствующим турбинам. Однако, в отличие от привода воздушных перепускных клапанов, воздействие привода перепускного клапана отработавших газов на давление наддува оказывается значительно более медленным из-за более медленной динамики турбонагнетателя. Говоря конкретнее, для изменения давления наддува вначале надо, чтобы перепускной клапан отработавших газов обеспечил ускорение работы турбины и компрессора (поскольку они установлены на одном и том же валу). Имеется контроллер, который управляет работой перепускного клапана отработавших газов посредством компонентов прямой и обратной связи. Компонент прямой связи реагирует на требуемое (опорное) давление наддува и рабочие режимы, тогда как компонент обратной связи реагирует на разность между фактическим (измеренным или оцененным) давлением наддува и требуемым давлением наддува. Регулирование с обратной связью в соответствии с погрешностью регулирования давления наддува позволяет воздействовать на открытие перепускного клапана отработавших газов таким образом, чтобы обеспечить точное устойчивое регулирование давления наддува при наличии неопределенностей и внешних помех. Однако любое действие с воздушным перепускным клапаном, а также с впускной дроссельной заслонкой (которая тоже оказывает практически моментальное воздействие на давление наддува), способно нарушить управление перепуском, которое является недостаточно быстрым для устранения воздействия рециркуляционного клапана компрессора или впускной дроссельной заслонки.
При работе двигателя в номинальных рабочих режимах воздушный перепускной клапан 152 может поддерживаться в номинально закрытом или почти закрытом положении. В этом положении клапан может работать с известной или пренебрежимо малой утечкой. При этом в ответ на помпаж может быть увеличена степень открытия воздушного перепускного клапана 152. В соответствии с некоторыми вариантами, можно присоединить к каналу 150 рециркуляции компрессора один или более датчиков для определения массового расхода рециркулирующих газов, имеющего место между впускным патрубком дроссельной заслонки и впускным каналом. В число этих различных датчиков могут входить, например, датчики давления, температуры и/или расхода. Кроме того, благодаря координированию работы воздушного перепускного клапана с работой перепускного клапана отработавших газов можно улучшить характеристики наддува и увеличить запасы по помпажу.
Горячий воздух наддува от компрессоров 122 и 132 поступает во впускной патрубок охладителя 154 воздуха (его называют также «охладителем сжатого воздуха». ОСВ, или «теплообменником»), охлаждается по мере прохождения через этот охладитель, после чего выходит наружу, проходя через дроссельную заслонку 158, и поступает во впускной коллектор 160 двигателя. Поток окружающего воздуха, имеющий место снаружи от транспортного средства, может попадать в двигатель 10 с передней стороны транспортного средства и проходить через охладитель воздуха, способствуя при этом охлаждению воздуха наддува. Возможно формирование конденсата и его скопление в охладителе воздуха при снижении температуры окружающего воздуха либо во влажную или дождливую погоду, при этом происходит охлаждение воздуха наддува до уровня ниже температуры конденсации воды. Далее, когда происходит наддув воздуха, поступающего в охладитель воздуха (например, давление наддува и/или давление в охладителе воздуха оказывается выше атмосферного), возможно формирование конденсата, если температура в охладителе воздуха падает ниже точки росы. Кроме того, если в охладителе воздуха скапливается конденсат, то он может всасываться в двигатель в периоды, когда увеличивается расход воздуха. Из-за этого появляется опасность нестабильного горения и/или пропусков зажигания в двигателе.
Имеется возможность измерения давления подсоса на выходе охладителя воздуха перед дроссельной заслонкой 158. В этой связи давление подсоса можно назвать «преддроссельным давлением». В соответствии с одним из вариантов, давление подсоса может быть определено с помощью датчика типа датчика 232. Соотношение между давлением подсоса и атмосферным давлением можно назвать «отношением давления подсоса». Соотношение между давлением в охладителе воздуха (это может быть давление подсоса или среднее давление в ОСВ) можно назвать «отношением давления охладителя воздуха». Когда отношение давления охладителя воздуха и/или отношение давления подсоса превышает 1, давление подсоса больше атмосферного давления, и двигатель работает в форсированном режиме. Таким образом, когда отношение давления подсоса больше 1, возможно формирование конденсата в охладителе воздуха. Однако, если отношение давления подсоса поддерживается на уровне 1 или меньше, формирование конденсата невозможно. Таким образом, уменьшив отношение давления подсоса со значений более 1 до 1 или менее, можно добиться ослабления формирования конденсата в охладителе воздуха.
Отработавшие газы, находящиеся в первом параллельном выпускном канале 17, могут направляться в атмосферу по параллельному ответвленному выпускному каналу 170, а отработавшие газы, находящиеся во втором параллельном выпускном канале 19, могут направляться в атмосферу по параллельному ответвленному выпускному каналу 180. В выпускных каналах 170 и 180 могут быть установлены одно или более устройств доочистки отработавших газов типа каталитического нейтрализатора или один или более датчиков содержания кислорода в отработавших газах.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, двигатель 10 может быть также снабжен одним или более каналов рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркуляции с возвратом, по меньшей мере, части отработавших газов из первого и второго параллельных выпускных каналов 17 и 19 и/или первого и второго ответвленных выпускных каналов 170 и 180 в первый и второй параллельные впускные каналы 142 и 144 и/или параллельные ответвленные впускные каналы 146 и 148 впускного коллектора 160. Они могут включать в себя контуры РОГ высокого давления для создания РОГ высокого давления (РОГ ВД) и контуры РОГ низкого давления для создания РОГ низкого давления (РОГ НД). Если такие контуры предусмотрены, то РОГ ВД может создаваться в отсутствие наддува, обеспечиваемого турбонагнетателями 120, 130, тогда как РОГ НД может создаваться при наличии наддува турбонагнетателем и/или тогда, когда температура отработавших газов превышает некоторое пороговое значение. В соответствии с другими вариантами, возможно одновременное создание как РОГ ВД, так и РОГ НД. Контуры РОГ низкого давления могут обеспечивать рециркуляцию, по меньшей мере, части отработавших газов из каждого из ответвленных параллельных выпускных каналов, ниже по потоку от турбины, работающей на отработавших газах, в соответствующий параллельный впускной канал, выше по потоку от компрессора. Каждый из контуров РОГ НД может быть снабжен соответствующими клапанами РОГ НД для регулирования потока отработавших газов через контур РОГ НД, а также соответствующими охладителями воздуха наддува для снижения температуры отработавших газов, рециркулируемых на впуск двигателя. Контуры РОГ высокого давления могут обеспечивать рециркуляцию, по меньшей мере, части отработавших газов из каждого из параллельных выпускных каналов, выше по потоку от турбины, работающей на отработавших газах, в соответствующий параллельный впускной канал, ниже по потоку от компрессора. Поток РОГ через контуры РОГ ВД может регулироваться с помощью соответствующих клапанов РОГ ВД и охладителей воздуха наддува РОГ ВД.
Положение впускного и выпускного клапанов каждого цилиндра 14 можно регулировать с помощью подъемных механизмов с гидроприводом, соединенных с толкателями клапанов, или с помощью механизма переключения профиля кулачков, в котором используются выступы кулачков. В соответствии с рассматриваемым примером, работой, по меньшей мере, части впускных клапанов каждого цилиндра 14 можно управлять с помощью кулачкового привода с использованием специальной приводной системы. Говоря точнее, система 25 привода кулачков впускного клапана может состоять из одного или более кулачков, и в ней может использоваться изменение фаз кулачкового распределения или подъем кулачков для впускного и/или выпускного клапанов. В соответствии с другими вариантами осуществления, работой впускных клапанов можно управлять с помощью электропривода. Аналогичным образом, работой выпускных клапанов можно управлять с помощью систем кулачкового или электропривода.
Работой системы 100 двигателя можно, по меньшей мере, частично управлять с помощью системы 50 управления, содержащей контроллер 12, и с помощью входного сигнала от водителя транспортного средства посредством входного устройства (не показано). Как показано на схеме, в систему 50 управления поступают данные от ряда датчиков 16 (здесь описываются их различные типы), а сама эта система посылает сигналы в ряд исполнительных органов 81. В соответствии с одним из вариантов, в число датчиков 16 могут входить датчик влажности, датчик 182 ДВК и датчик 183 Т3В. В соответствии с некоторыми вариантами, в общем впускном канале 149 может быть установлен датчик 232 давления на входе дроссельной заслонки (ДД3) для оценки давления на входе дроссельной заслонки (его называют также «давлением наддува») и/или датчик температуры на входе дроссельной заслонки для оценки температуры воздуха в дроссельной заслонке (ТД3). В соответствии с другими вариантами, в одном или более каналов РОГ могут быть установлены датчики давления, температуры и воздушно-топливного отношения для определения характеристик потока РОГ. В соответствии с еще одним вариантом, в состав исполнительных органов 81 могут входить топливный инжектор 166, клапаны РОГ ВД 210 и 220, клапаны РОГ НД (не показаны), дроссельная заслонка 158 и перепускные заслонки 128, 138. Могут быть предусмотрены и другие исполнительные органы, например, разнообразные дополнительные клапаны и дроссельные заслонки, связанные с разными пунктами в системе 100 двигателя. В контроллер 12 поступают сигналы от различных показанных на фиг. 1 датчиков. В нем используются также различные показанные на фиг. 1 исполнительные органы для регулирования работы двигателя на основе принятых сигналов и команд, хранящихся в памяти контроллера.
На фиг. 2 иллюстрируется способ 200 открытия воздушного перепускного клапана на заданное время при нажатии педали акселератора. Говоря конкретнее, при необходимости получения достаточно большого крутящего момента воздушный перепускной клапан можно закрывать не мгновенно, а с некоторой задержкой, с тем чтобы увеличить наддув. Рассматриваемые здесь команды для реализации способа 200 и остальных способов (например, способа 300) могут выполняться контроллером типа контроллера 12 по фиг. 1 на основе команд, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, принимаемыми от датчиков системы двигателя, типа датчиков, перечисленных выше при рассмотрении фиг. 1. В контроллере могут быть применены используемые в системе двигателя исполнительные органы типа тех, что показаны на фиг. 1, для регулирования работы двигателя в соответствии с описываемыми ниже способами.
На этапе 202 стандартная программа включает в себя оценку и/или измерение рабочих режимов двигателя. В числе этих режимов можно назвать, например, положение педали, требуемый крутящий момент, требуемый наддув, частоту вращения турбины, температуру на входе компрессора, температуру двигателя, ДВК, МРВ, давление наддува, давление на входе дроссельной заслонки, давление подсоса, влажность и пр. На этапе 204 в рамках способа определяют, имеет ли место внезапное увеличение требуемого крутящего момента (например, вследствие нажатия педали акселератора). Так, например, можно определить, увеличился ли требуемый крутящий момент на величину больше пороговой в течение порогового времени (например, имеет место временное увеличение требуемого крутящего момента) и/или произошло ли нажатие педали акселератора на величину, превышающую пороговую. Нажатие педали может иметь место либо в режиме холостого хода (например, когда педаль находится в практически отпущенном положении), либо в установившемся режиме стабилизации скорости (например, когда педаль нажата частично).
Если требуемый крутящий момент больше порогового (или подтверждено нажатие педали акселератора), то в рамках способа 200 переходят к этапу 208, на котором требуемый крутящий момент преобразуют в требуемый наддув воздуха. Так, например, требуемый наддув может определяться типом трансмиссии, весом транспортного средства, приводимого в движение двигателем, и уклоном дороги, по которой движется это транспортное средство. В качестве примера можно указать, что при подъеме транспортного средства по крутому скату требуемый наддув может быть более значительным. Однако, когда транспортное средство спускается по склону, требуемый наддув может оказаться, например, меньшим. Оцениваемые режимы можно измерить непосредственно датчиками - такими, как, например, датчик температуры, датчик МРВ, датчик ДВК, датчик давления на входе дроссельной заслонки и датчик положения педали, и/или оценку режимов можно произвести, исходя из других рабочих режимов двигателя. В число рабочих режимов двигателя могут входить температура хладагента двигателя, температура моторного масла, массовый расход воздуха (МРВ), давление в коллекторе (ДВК), наддув (например, датчик давления наддува), частота вращения двигателя, число оборотов холостого хода, барометрическое давление, требуемый водителю крутящий момент, температура воздуха, скорость транспортного средства и пр.
Далее в рамках способа 200 переходят к этапу 210, на котором открывают (или поддерживают в открытом положении) воздушный перепускной клапан, установленный в обход воздушного компрессора. Например, если обнаруживается нажатие педали акселератора, достаточно сильное для того, чтобы потребовался наддув, а перед этим нажатием наддув не требовался или был незначительным, то немедленно открывается воздушный перепускной клапан. Если же воздушный перепускной клапан был уже открыт перед нажатием педали акселератора (например, для ослабления помпажа), то на этапе 210 поддерживают этот воздушный перепускной клапан в открытом положении. Технический эффект от открытия воздушного перепускного клапана на заданное время состоит в том, что компрессор начинает вращаться быстрее и, следовательно, большей становится скорость увеличения частоты вращения турбонагнетателя, как было разъяснено в связи с уравнениями 1-3. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, воздушный перепускной клапан или рециркуляционный клапан компрессора может быть выполнен двухпозиционным, и в этом случае открытие воздушного перепускного клапана включает в себя этап регулирования воздушного перепускного клапана на полностью открытое положение. Однако, в соответствии с некоторыми другими вариантами, воздушный перепускной клапан может представлять собой непрерывно регулируемый клапан, и тогда этот воздушный перепускной клапан можно отрегулировать на положение, более близкое к полностью открытому. Затем, на этапе 212, осуществляют установку таймера.
На этапе 214 оценивают заданное время на основе рабочих режимов двигателя. Так, например, заданное время можно откалибровать таким образом, чтобы обеспечить быстрое увеличение частоты вращения компрессора. Заданное время может быть основано, в частности,, на времени, необходимом для того, чтобы частота вращения турбонагнетателя достигла порогового значения (например, 60000 об./мин.). В соответствии с другим вариантом, в качестве заданного времени может быть выбран какой-либо заранее установленный период (допустим, 400 мсек.).
Далее в рамках способа 200 переходят к этапу 216, на котором можно определить, истекло ли заданное время. Так, например, когда установленный период (заданный таймером) заканчивается, можно считать, что заданное время истекло. В соответствии с другим вариантом, когда частота вращения турбонагнетателя достигает пороговой величины, можно считать, что заданное время истекло, при этом в рамках способа переходят к этапу 220, на котором можно закрывать воздушный перепускной клапан. Однако если по результатам проверки на этапе 216 оказывается, что заданное время не истекло, то в рамках способа переходят к этапу 218, на котором воздушный перепускной клапан поддерживают в открытом положении до истечения заданного времени. Такое первоначальное открытие воздушного перепускного клапана позволяет уменьшить вначале нарастание силы наддува. Однако сразу по истечении заданного времени в рамках способа 200 переходят к этапу 220, на котором воздушный перепускной клапан закрывают. В случае, когда воздушный перепускной клапан выполнен двухпозиционным, этап закрытия воздушного перепускного клапана включает в себя регулирование воздушного перепускного клапана на полностью закрытое положение. Если же для воздушного перепускного клапана предусмотрены непрерывно регулируемые положения, то этап закрытия воздушного перепускного клапана включает в себя регулирование воздушного перепускного клапана на положение, более близкое к полностью закрытому. Технический эффект от задержки закрытия воздушного перепускного клапана состоит в том, что большая частота вращения турбонагнетателя имеет следствием более высокие уровни наддува. Таким образом, благодаря задержке закрытия воздушного перепускного клапана становятся возможными быстрое увеличение наддува и уменьшение времени, необходимого для достижения требуемого крутящего момента.
Вернемся к этапу 204 способа. Если требуемый крутящий момент оказался при проверке на этапе 204 меньше порогового значения, то в рамках способа 200 переходят к этапу 206, на котором производится закрытие воздушного перепускного клапана безо всякой задержки. Благодаря закрытию воздушного перепускного клапана безо всякой задержки в случае, когда требуемый крутящий момент меньше порогового значения, возможно увеличение времени, необходимого для достижения требуемого крутящего момента. После закрытия воздушного перепускного клапана в рамках способа переходят к этапу 222, на котором может рассчитать фактический наддув воздуха. Достигаемый фактический уровень наддува может быть непосредственно измерен датчиками, такими как, например, датчик температуры, датчик МРВ, датчик ДВК, датчик давления на входе дроссельной заслонки и датчик положения педали, и/или можно выполнить оценку режимов на основе других рабочих режимов двигателя. В число рабочих режимов двигателя могут входить температура хладагента двигателя, температура моторного масла, массовый расход воздуха (МРВ), давление в коллекторе (ДВК), наддув (например, датчик давления наддува), частота вращения двигателя, число оборотов холостого хода, барометрическое давление, требуемый водителю крутящий момент, температура воздуха, скорость транспортного средства и пр. Далее в рамках способа 200 переходят к этапу 224, на котором можно отрегулировать перепускной клапан отработавших газов и воздушный перепускной клапан на основе разности между фактическим наддувом воздуха и требуемым наддувом воздуха, как разъяснено с помощью схемы на фиг. 3.
Таким образом, типовой способ предусматривает следующие действия при потребности водителя в дополнительном крутящем моменте от двигателя: открывают воздушный перепускной клапан, установленный в обход воздушного компрессора, подающего воздух в указанный двигатель, и поддерживают воздушный перепускной клапан в открытом положении в течение заданного времени, после чего закрывают воздушный перепускной клапан. Этот воздушный перепускной клапан может открываться в ответ на превышение дополнительным требуемым крутящим моментом порогового значения. Кроме того, как поддержание в открытом положении, так и закрытие воздушного перепускного клапана могут происходить в то время, когда еще продолжает существовать потребность водителя. Заданное время можно откалибровать таким образом, чтобы обеспечить быстрое увеличение частоты вращения компрессора при достижении дополнительного крутящего момента после закрытия. Компрессор может приводиться в действие турбиной, соединенной с выпускным каналом указанного двигателя. Потребность водителя может быть преобразована в требуемый наддув воздуха от компрессора. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют перепускной клапан отработавших газов, установленный в обход турбины таким образом, чтобы отрегулировать наддув воздуха от компрессора, причем указанное регулирование осуществляют в соответствии с разностью между требуемым наддувом воздуха и фактическим наддувом воздуха (см. фиг. 3). Способ дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют воздушный перепускной клапан по прошествии заданного времени в соответствии с указанной разностью между указанным требуемым наддувом воздуха и указанным фактическим наддувом воздуха, как разъяснено с помощью схемы на фиг. 3.
Перейдем теперь к рассмотрению фиг. 3, где иллюстрируется типовой способ 300 для регулирования перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана на основе разности между фактическим и требуемым наддувом воздуха. Говоря конкретнее, после первоначального нажатия педали акселератора, когда воздушный перепускной клапан закрывается с некоторой задержкой, открытие каждого из трех компонентов - перепускного клапана отработавших газов, воздушного перепускного клапана и дроссельной заслонки - можно адаптивно регулировать на основе рабочих режимов двигателя.
На этапе 302 можно определить погрешность наддува. По сути дела, погрешность наддува может представлять собой разность между фактическим наддувом воздуха и требуемым наддувом воздуха. После первоначального нажатия педали акселератора, когда воздушный перепускной клапан закрывается с некоторой задержкой, более высокая частота вращения турбонагнетателя может преобразовываться в достижение более высоких уровней наддува за меньшее время, чем при использовании ранее использовавшихся методик. Достигаемый при этом фактический уровень наддува может быть непосредственно измерен такими датчиками, как, например, датчик температуры, датчик МРВ, датчик ДВК, датчик давления на входе дроссельной заслонки и датчик положения педали, и/или оценку режимов можно произвести, исходя из других рабочих режимов двигателя. В число рабочих режимов двигателя могут входить температура хладагента двигателя, температура моторного масла, массовый расход воздуха (МРВ), давление в коллекторе (ДВК), наддув (например, от датчика давления наддува), частота вращения двигателя, число оборотов холостого хода, барометрическое давление, требуемый водителю крутящий момент, температура воздуха, скорость транспортного средства и пр. После определения фактического наддува можно рассчитать погрешность наддува, вычтя требуемый наддув (определенный на этапе 208 способа 200) из фактического наддува. Исходя их погрешности наддува, можно выполнить регулирование перепускного клапана отработавших газов. При этом перепускной клапан отработавших газов будет регулировать давление наддува путем регулирования потока газов по турбине и, следовательно, энергии, подаваемой в компрессор. Любые регулировки, производимые с перепускным клапаном отработавших газов, приводят к изменению давления наддува, однако, учитывая инерцию турбонагнетателя, такое изменение давления наддува происходит относительно медленно.
Далее в рамках способа 300 переходят к этапу 304, на котором определяют, превышает ли погрешность наддува пороговое значение, что указывает на то, что фактический наддув воздуха больше требуемого наддува воздуха, после чего в рамках способа 300 переходят к этапу 308, на котором можно увеличивать открытие перепускного клапана отработавших газов. Благодаря увеличению открытия перепускного клапана отработавших газов (или регулированию этого перепускного клапана отработавших газов с использованием обратной связи) уменьшаются давление в выпускном коллекторе и давление на входе в турбину, вследствие чего снижается частота вращения турбины и, соответственно, мощность турбины.
Однако, если погрешность наддува оказывается при проверке на этапе 304 меньше порогового значения, в рамках способа переходят к этапу 306, на котором можно уменьшать открытие перепускного клапана отработавших газов. Благодаря уменьшению открытия перепускного клапана отработавших газов увеличиваются давление в выпускном коллекторе и давление на входе в турбину. В результате этого повышается частота вращения турбины и, соответственно, мощность турбины.
В соответствии с некоторыми вариантами, открытие перепускного клапана отработавших газов можно регулировать на основе требуемого наддува воздуха (регулирование с прямой связью). Так, например, если требуется боле высокий уровень наддува, перепускной клапан отработавших газов можно закрыть (или отрегулировать его на положение, более близкое к закрытому). При уменьшении требуемого наддува воздуха перепускной клапан отработавших газов можно, например, открыть (или отрегулировать его на положение, более близкое к открытому). Таким образом, возможно регулирование перепускного клапана отработавших газов на основе требуемого наддува воздуха. В дополнение к регулированию с прямой связью, можно определить погрешность наддува, после чего отрегулировать перепускной клапан отработавших газов на основе этой погрешности (регулирование с использованием обратной связи), как было разъяснено ранее.
После того как на этапах 306 и 308 выполнено регулирование перепускного клапана отработавших газов с использованием обратной связи, в рамках способа переходят к этапу 310, на котором можно определить, работает ли компрессор на пределе помпажа или около него. В этом случае воздействие открытия или закрытия воздушного перепускного клапана на давления наддува будет практически мгновенным, что дает возможность регулирования наддува и помпажа. Помпаж компрессора является нежелательным состоянием, которое может возникать в случае, когда высокая частота вращения компрессора приводит к сжатию большего количества воздуха, нежели двигатель способен принять за данный период времени. При работе компрессора в области помпажа имеют место недопустимые уровни шума, вибрации и неплавность движения, а также, в ряде случаев, ухудшение характеристик двигателя. На этапе 310 в рамках способа 300 определяют, соответствует ли рабочий режим компрессора турбонагнетателя уровню предела помпажа или около него. Так, контроллер (например, контроллер 12 по фиг. 1) может произвести такое определение на основе измеренных значений таких параметров, как частота вращения вала турбонагнетателя, давление на входе и выходе компрессора, расход через компрессор и пр. Например, можно определить, работает ли компрессор на уровне предела помпажа или около него, когда отношение давления на выходе к давлению на входе компрессора превышает некоторую пороговую величину (например, 2). Если на этапе 310 выясняется, что компрессор работает на пределе помпажа или около него, то в рамках способа 300 переходят к этапу 316, на котором можно увеличивать открытие воздушного перепускного клапана (регулирование воздушного перепускного клапана с прямой связью). Таким образом, благодаря увеличению открытия воздушного перепускного клапана работа компрессора может быть выведена за пределы области жесткого/мягкого помпажа. Тем самым удается добиться мгновенного уменьшения помпажа и улучшить характеристики двигателя с наддувом. Однако непрерывная рециркуляция воздуха в обход компрессоров может привести к потерям экономии топлива, поскольку дополнительная работа компрессора должна быть компенсирована дополнительной работой турбины. Увеличение же работы турбины ведет, как правило, к более высоким давлениям отработавших газов и к увеличению работы двигателя по перекачиванию. Далее в рамках способа переходят к этапу 318, на котором можно адаптивно отрегулировать каждый из трех компонентов - перепускной клапан отработавших газов, воздушный перепускной клапан и дроссельную заслонку - с целью поддержания работы двигателя.
Так, например, можно закрыть перепускной клапан отработавших газов при увеличении требуемого давления наддува. Благодаря закрытию перепускного клапана отработавших газов происходит возрастание давления в выпускном коллекторе и давления на входе турбины. В результате увеличивается частота вращения турбины и, следовательно, мощность этой последней. После закрытия перепускного клапана отработавших газов можно, основываясь на расхождении между фактическим давлением наддува и требуемым давлением наддува, дополнительно отрегулировать перепускной клапан отработавших газов на поддержание наддува. Регулирование воздушного перепускного клапана можно произвести на основе предела помпажа и, кроме того, на основе погрешности наддува, как было разъяснено выше. Так, например, при увеличении погрешности наддува можно уменьшить открытие воздушного перепускного клапана для увеличения давления наддува, тогда как увеличение открытия воздушного перепускного клапана будет способствовать снижению давления наддува. Таким образом, если учесть, что воздействие регулирования воздушного перепускного клапана на давление наддува является, по существу, мгновенным, то благодаря регулированию воздушного перепускного клапана в сочетании с регулированием перепускного клапана отработавших газов достигается возможность более быстрого и точного регулирования давления наддува.
Дроссельная заслонка может быть дополнительно отрегулирована на достижение требуемого расхода воздуха через коллектор. При этом требуемый расход воздуха через коллектор может основываться на требуемом водителю крутящем моменте, причем расход воздуха будет увеличиваться с увеличением требуемого момента. Так, например, когда фактический или оцененный расход воздуха через коллектор, получаемый при регулировках перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана, становится меньше требуемого расхода воздуха, можно увеличить открытие впускной дроссельной заслонки, чтобы компенсировать погрешности и увеличить расход воздуха через коллектор. В качестве другого примера можно указать, что, когда фактический или оцененный расход воздуха через коллектор, получаемый при регулировках перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана, становится больше требуемого расхода воздуха, можно уменьшить открытие впускной дроссельной заслонки, чтобы компенсировать погрешности и уменьшить расход воздуха через коллектор. В соответствии с другим вариантом, дроссельная заслонка может быть приведена в действие непосредственно в ответ на измерение фактического давления наддува (датчиком ДДЗ), которое, в свою очередь, реагирует на регулировки перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана. В этом случае дроссельную заслонку регулируют с расчетом на уменьшение расхождения между требуемым расходом воздуха (основанным на требуемом водителю крутящем момента) и фактическим давлением наддува (получаемым при регулировках перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана). Таким образом, при подобном адаптивном регулировании каждого из трех компонентов - перепускного клапана отработавших газов, воздушного перепускного клапана и впускной дроссельной заслонки - возможно поддержание требуемого наддува.
Вернемся к этапу 310. Если по результатам проверки на этом этапе оказывается, что компрессор работает не на пределе помпажа или около него, то в рамках способа переходят к этапу 312, на котором определяют, имеются ли в конденсаторе условия для формирования конденсата. В соответствии с одним из вариантов, условия формирования конденсата включают в себя ситуацию, когда давление подсоса (например, давление на выходе охладителя воздуха) больше порогового значения, которое может представлять собой первое пороговое давление. В соответствии с одним из вариантов, в качестве порогового давления может быть взято атмосферное давление. В соответствии с другим вариантом, пороговым давлением может быть давление, превышающее атмосферное давление. В качестве альтернативного или дополнительного решения можно предусмотреть, чтобы контроллер мог определять отношение давления подсоса как соотношение между давлением подсоса и атмосферным давлением. При этом условия формирования конденсата могут включать в себя ситуацию, когда отношение давления подсоса больше 1. В соответствии с другим вариантом, условия формирования конденсата включают в себя ситуацию, когда влажность превышает первое пороговое значение. В качестве влажности может быть использована либо измеренная, либо предполагаемая влажность. Например, в качестве влажности одну или обе из измеренной влажности окружающего воздуха и/или влажности всасываемого воздуха. В соответствии с другими вариантом, значение влажности можно предположительно определить, исходя из включенного/выключенного состояния стеклоочистителя ветрового стекла или рабочего цикла. Первое пороговое значение может основываться на уровне влажности, при котором есть вероятность того, что в охладителе воздуха (который называют также «теплообменником») формируется конденсат.
Вернемся к этапу 312. Если имеются условия для формирования конденсата, то в рамках способа переходят к этапу 316, на котором может быть увеличено открытие воздушного перепускного клапана. При увеличении открытия воздушного перепускного клапана может падать давление подсоса и могут ухудшаться условия формирования конденсата в охладителе воздуха. Далее в рамках способа переходят к этапу 318, на котором можно адаптивно отрегулировать, как было разъяснено выше, каждый из трех компонентов - воздушный перепускной клапан, перепускной клапан отработавших газов и впускную дроссельную заслонку - с целью поддержания работы двигателя.
Если же на этапе 312 выясняется, что условий для формирования конденсата нет, то в рамках способа продолжают работу на этапе 314, на котором может быть определено, имеет ли место отпускание педали акселератора. В ответ на отпускание педали акселератора, когда имеется потребность в уменьшении крутящего момента, в рамках способа переходят к этапу 316, на котором может быть увеличено открытие воздушного перепускного клапана. При увеличении открытия воздушного перепускного клапана увеличивает поток рециркулируемых газов на вход компрессора, при этом в рамках способа переходят к этапу 318, на котором можно адаптивно отрегулировать каждый из трех компонентов - воздушный перепускной клапан, перепускной клапан отработавших газов и впускную дроссельную заслонку, после чего выполнение способа завершается. В результате удается достичь требуемых уровней наддува и обеспечить поддержание работы двигателя.
В соответствии с одним из вариантов, предложен способ, включающий в себя следующие этапы: в ответ на нажатие водителем педали акселератора открывают воздушный перепускной клапан, установленный в обход воздушного компрессора, подающего воздух в воздухозаборник двигателя, на заданное время, и по прошествии указанного заданного времени регулируют указанный воздушный перепускной клапан на основе расхождения между требуемым наддувом воздуха и фактическим наддувом воздуха, обеспечиваемым указанным компрессором, причем указанный требуемый наддув частично основывается на положении указанной педали акселератора. Вследствие этого более высокая частота вращения турбонагнетателя может способствовать достижению более высоких уровней наддува за более короткое время, нежели при использовании ранее известных методов. В соответствии с одним из таких вариантов, в порядке дополнения или альтернативы можно предусмотреть, чтобы увеличение открытия указанного воздушного перепускного клапана, осуществлялось тогда, когда отношение давления на выходе к давлению на входе указанного компрессора находится на уровне предела жесткого помпажа или около него. В соответствии с любым из предшествующих вариантов, увеличение открытия указанного воздушного перепускного клапана может осуществляться, в порядке дополнения или альтернативы, в ответ на отпускание водителем указанной педали акселератора. Кроме того, требуемый наддув может основываться на весе транспортного средства, приводимого в движение указанным двигателем, уклоне дороги, по которой движется указанное транспортное средство, и типе трансмиссии. В соответствии с любым из предшествующих вариантов, способ может дополнительно или в порядке альтернативы содержать этап, на котором охлаждают указанный воздух, подаваемый в воздухозаборник через охладитель воздуха или теплообменник. В соответствии с любым из предшествующих вариантов, способ может дополнительно или в порядке альтернативы содержать этап, на котором увеличивают открытие указанного воздушного перепускного клапана, когда в указанном теплообменнике имеются условия для формирования конденсата. В соответствии с любым из предшествующих вариантов, условия для формирования конденсата могут включать в себя одно или более из следующих условий: давление в указанном воздухозаборнике больше атмосферного давления; или влажность окружающего воздуха больше порогового значения.
Таким образом, благодаря адаптивному регулированию каждого из трех компонентов - перепускного клапана отработавших газов, воздушного перепускного клапана и дроссельной заслонки - удается поддерживать работу двигателя. Перейдем теперь к рассмотрению фиг. 4, на которой иллюстрируются типовые регулировки перепускного клапана отработавших газов, воздушного перепускного клапана и впускной дроссельной заслонки. Благодаря такой комбинации обеспечивается быстрое и точное регулирование давления наддува, в частности, при нажатии педали акселератора. На диаграмме 400 с помощью графиков 402 и 404 отображены изменения давления в соответствии с требуемым водителю крутящим моментом (график 416), расходом воздуха через впускную дроссельную заслонку (коллектор) (графики 406), открытием перепускного клапана отработавших газов или перепускной заслонки (график 408) и открытием воздушного перепускного клапана или рециркуляционного клапана компрессора (графики 410 и 412). В каждом случае регулировки каждого из компонентов - воздушного перепускного клапана, перепускного клапана отработавших газов и дроссельной заслонки - показаны в виде регулировок, выполняемых с двухпозиционным клапаном, который можно устанавливать в одно из двух положений - полностью закрытое или полностью открытое. Однако, в соответствии с другими вариантами осуществления, возможно выполнение регулировок с непрерывно регулируемыми клапанами, положения которых могут устанавливаться на полностью открытое, полностью закрытое или любое положение между этими двумя. В каждом случае давление наддува, достигаемое с задержкой закрытия воздушного перепускного клапана, показывается сплошными линиями (графики 402 и 410), а без задержки - пунктирными линиями (графики 404 и 412). Пороговая величина требуемого крутящего момента показана с помощью графика 414. Все графики отображены в зависимости от времени работы двигателя, отложенного по оси абсцисс.
До момента t1 двигатель может работать с уровнем наддува (график 402 сплошной линией) ниже порогового значения 414. Говоря точнее, требуемый уровень наддува может быть относительно низким, при этом двигатель может работать с закрытым воздушным перепускным клапаном, открытым перепускным клапаном отработавших газов и закрытой дроссельной заслонкой.
В момент t1 требуемый момент может становиться больше порогового значения (график 414), как показано с помощью графика 616, например, в ответ на нажатие педали акселератора. Когда обнаруживается нажатие педали акселератора, достаточно сильное для того, чтобы потребовался наддув, и до этого нажатия педали, наддув еще не начинался, или же его уровень низок (например, менее 1 дюйма рт.ст.), при этом воздушный перепускной клапан может открыться сразу после того, как было выявлено нажатие педали акселератора (следует иметь в виду, что если перед нажатием педали акселератора воздушный перепускной клапан был открыт, например с целью ослабления помпажа, он будет оставаться открытым), как иллюстрируется с помощью графика 410. Далее закрывается перепускной клапан отработавших газов (график 408) и открывается дроссельная заслонка (график 406). Первоначальное открытие воздушного перепускного клапана может привести к снижению первоначального роста наддува, как показано с помощью графика 402. Однако указанное открытие воздушного перепускного клапана будет способствовать более быстрому вращению турбонагнетателя, чем в случае, если бы воздушный перепускной клапан был закрыт (или поддерживался бы в закрытом положении). По истечении заданного времени (например, в период между t1 и t2) воздушный перепускной клапан закрывается (см. график 410). Заданное время может выбираться на основе времени, за которое оцененная частота вращения турбонагнетателя достигает, например, порогового значения. В момент 12 воздушный перепускной клапан закрывается, что ведет к тому, что в системе происходит быстрый рост наддува и уменьшается время, необходимое для достижения требуемого крутящего момента, как видно на графике 402 в период между t2 и t3.
Если в момент t1 происходит мгновенное закрытие воздушного перепускного клапана, как показано пунктирной линией 412, то первоначальный наддув может оказаться более сильным, что видно по графику 404, однако скорость возрастания давления наддува (график 404) может быть меньшей, чем в случае, когда закрытие воздушного перепускного клапана было произведено с задержкой (график 402).
В момент t3 требуемый крутящий момент падает ниже порогового значения (404), как показано с помощью графика 416. В период между t3 и t4, при уменьшении требуемого крутящего момента (например, при отпускании педали акселератора), может быть выполнено активное регулирование воздушного перепускного клапана, перепускного клапана отработавших газов и дроссельной заслонки. Так, например, может быть открыт воздушный перепускной клапан, после чего может быть также открыт перепускной клапан отработавших газов и закрыта дроссельная заслонка. Благодаря совместному открытию обоих клапанов, воздушного перепускного клапана и перепускного клапана отработавших газов, становится возможным быстрое падение давления наддува (график 402).
16
В момент t4 может начаться увеличение требуемого крутящего момента. В период между t4 и t5 воздушный перепускной клапан может быть закрыт, а перепускной клапан отработавших газов может поддерживаться в открытом положении. После этого может открыться дроссельная заслонка. Благодаря открытию воздушного перепускного клапана при закрытом перепускном клапане отработавших газов становится возможным поступление большего количества сжатого воздуха на впуск двигателя, что приводит к увеличению давления наддува (см. график 402). После этого может быть произведено активное регулирование воздушного перепускного клапана, перепускного клапана отработавших газов и дроссельной заслонки на основе одного или более из следующих параметров: расхождения между требуемым наддувом воздуха и фактическим наддувом воздуха, работы компрессора на пределе помпажа или около него, а также условий формирования конденсата в охладителе воздуха. Таким образом, благодаря адаптивному регулированию каждого из трех компонентов - воздушного перепускного клапана, перепускного клапана отработавших газов и дроссельной заслонки - удается поддерживать давление наддува на требуемых уровнях. В целом же улучшаются характеристики двигателя с наддувом, что дает выгоду в смысле экономии топлива.
По прошествии довольно значительного времени вновь отображается требуемый крутящий момент (график 416, t6). В момент t6 воздушный перепускной клапан открывается (график 410), перепускной клапан отработавших газов тоже открывается (график 408), и дроссельная заслонка тоже открывается (график 406). До момента t7 требуемый уровень наддува относительно низок (см. график 416).
В момент t7 требуемый крутящий момент может начать возрастать, как видно, например, на графике 416. Однако в момент t8 требуемый крутящий момент все еще ниже порогового значения 414 (см. график 416). Когда требуемый водителю крутящий момент невелик, задержки в закрытии воздушного перепускного клапана нет. Следовательно, в момент t8 воздушный перепускной клапан закрывается (график 410). Далее могу также закрыться перепускной клапан отработавших газов и дроссельная заслонка - см., соответственно, графики 408 и 406. Вследствие совместного регулирования перепускного клапана отработавших газов и воздушного перепускного клапана фактический наддув (график 402) может вскоре после момента t8 достичь требуемого уровня. После этого можно выполнить активное регулирование воздушного перепускного клапана, перепускного клапана отработавших газов и дроссельной заслонки на основе одного или более из следующих параметров: расхождения между требуемым наддувом воздуха и фактическим наддувом воздуха, работы компрессора на пределе помпажа или около него, а также условий формирования конденсата в охладителе воздуха.
Таким образом, регулировки перепускного клапана отработавших газов, воздушного перепускного клапана и дроссельной заслонки способствуют получению более быстрого и точного наддува. В целом же улучшаются характеристики двигателя с наддувом, что дает выгоду в смысле экономии топлива.
В соответствии с одним из вариантов, предложен способ увеличения наддува, включающий в себя следующие этапы: сжимают окружающий воздух с целью подачи сжатого воздуха в воздухозаборник двигателя; подают окружающий воздух непосредственно в указанный воздухозаборник двигателя через рециркуляционный клапан (воздушный перепускной клапан), установленный параллельно воздушному компрессору. При использовании этого варианта в ответ на потребность водителя в дополнительном крутящем моменте от двигателя способ может включать в себя этап, на котором открывают рециркуляционный клапан на калибруемое время, когда указанный требуемый дополнительный крутящий момент превышает пороговое значение. По истечении калибруемого времени способ может включать в себя этап, на котором регулируют рециркуляционный клапан на основе расхождения между требуемым наддувом воздуха и фактическим наддувом воздуха, обеспечиваемым компрессором, причем требуемый наддув может частично основываться на потребности водителя. Способ может дополнительно включать в себя этап, на котором регулируют компрессор на основе расхождения между требуемым наддувом воздуха и фактическим наддувом воздуха, обеспечиваемым компрессором, и кроме того, регулируют как окружающий воздух, поступающий в воздухозаборник, так и сжатый воздух, поступающий в воздухозаборник, с помощью дроссельной заслонки, находящейся вблизи от воздухозаборника, причем регулирование может частично основываться на потребности водителя. Компрессор может приводиться в действие турбиной, соединенной с выпускным каналом указанного двигателя, при этом регулирование указанного компрессора включает в себя перепуск части отработавших газов указанного двигателя в обход указанной турбины. Способ дополнительно содержит этап, на котором увеличивают открытие рециркуляционного клапана, когда отношение давления на выходе к давлению на входе компрессора находится на уровне предела жесткого помпажа или около него. Способ дополнительно содержит этап, на котором охлаждают воздух, подаваемый в указанный воздухозаборник через теплообменник. Способ дополнительно содержит этап, на котором увеличивают открытие рециркуляционного клапана, когда в указанном теплообменнике имеются условия для формирования конденсата. Способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют регулирование с прямой связью перепуска отработавших газов двигателя в обход турбины на основе требуемого давления наддува.
Следует подчеркнуть, что рассмотренные здесь типовые стандартные программы управления и оценки могут быть применены для различных конфигураций системы двигателя и/или транспортного средства. Описанные здесь способы и программы управления могут храниться в виде исполнимых команд в долговременном запоминающем устройстве и осуществляться управляющей системой, в состав которой входит контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными органами и прочим оборудованием двигателя. Описанные здесь конкретные программы могут характеризовать одну или более из любого количества стратегий обработки типа управляемых событиями, управляемых прерываниями, многозадачных, многопоточных и т.п. По сути дела, различные проиллюстрированные здесь действия, операции и/или функции могут быть осуществлены в рассмотренной последовательности или параллельно, либо, в ряде случаев, опущены. Подобным же образом, порядок обработки не обязательно должен обеспечивать достижение признаков и преимуществ описанных здесь типовых вариантов осуществления и был изложен лишь для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически отображать код, подлежащий программированию в долговременном запоминающем устройстве машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, где описанные действия осуществляются посредством выполнения команд в системе, включающей в себя различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что описанные здесь конфигурации и стандартные программы являются по своей природе лишь иллюстративными примерами, так что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать как единственно возможные, поскольку возможны самые разнообразные модификации. Так, например, описанную выше технологию можно применить для таких типов двигателей, как V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитный четырехцилиндровый и др. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и субкомбинации различных систем и конфигураций, а также иные описанные выше признаки, функции и/или свойства.
В прилагаемой формуле изобретения демонстрируются некоторые комбинации и субкомбинации, считающиеся новыми и неочевидными. В пунктах формулы могут иметься ссылки на «какой-либо» или «первый» элемент или на его эквивалент. Эти пункты следует понимать как подразумевающие присоединение одного или более таких элементов, без требования при этом наличия или исключения двух или более таких элементов. Могут быть заявлены и другие комбинации и субкомбинации раскрытых здесь признаков, функций, элементов и/или свойств путем изменения данной формулы изобретения или представления новой формулы в этой или родственной заявке. Такая формула, будь она шире, уже, такой же или отличной по объему притязаний от первоначальной формулы изобретения, тоже будет считаться включенной в предмет настоящего изобретения.