СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
ENGINE OPERATION METHOD AND ENGINE SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности, к системам двигателей с турбонадувом.
Уровень техники
Двигатели с нагнетателем или турбонагнетателем могут сжимать наружный воздух, поступающий в двигатель, для увеличения мощности двигателя. Сжатие воздуха может вызывать повышение его температуры, для охлаждения нагретого воздуха может быть использован интеркулер или охладитель наддувочного воздуха ("charge air cooler", далее - САС), за счет чего может быть увеличена плотность воздуха, а также потенциальная мощность двигателя. При понижении температуры воздуха окружающей среды, в условиях повышенной влажности или при дождливой погоде, когда температура впускного воздуха становится ниже точки росы, в САС может образоваться конденсат. Конденсат может накапливаться в нижней части САС, или во внутренних каналах или охлаждающих турбулизаторах. Когда увеличивается крутящий момент, например во время ускорения, увеличенная масса воздушного потока может продуть конденсат из САС, втягивая его в двигатель, что может привести к увеличению вероятности возникновения пропусков зажигания.
Один подход к решению проблемы образования конденсата в САС может заключаться в выполнении слива конденсата из САС во впускной коллектор двигателя. Однако в этом случае может понизиться давление наддува в двигатель, тем самым, снижая эффективность его работы.
Раскрытие изобретения
Проблемы, описанные выше, могут быть решены с помощью предлагаемого способа эксплуатации двигателя, в котором конденсат сливают из САС только при срабатывании перепускного клапана компрессора. В частности, до и/или во время срабатывания перепускного клапана компрессора может быть открыт спускной клапан, расположенный в САС. В одном примере спускной клапан может быть открыт тогда, когда открывается перепускной клапан компрессора. В другом примере спускной клапан может быть открыт при возникновении вероятности помпажа компрессора. О вероятности помпажеа компрессора может свидетельствовать одно или оба из следующих событий: давление на впуске дросселя превышает пороговое значение и/или водитель отпускает педаль акселератора. Кроме того, до и/или во время срабатывания перепускного клапана компрессора конденсат может быть слит из САС в другое место в системе двигателя. Далее через определенный период времени спускной клапан САС может быть закрыт.В одном примере это время может быть связано с временем, необходимым для снижения давления на выпуске САС во время срабатывания перепускного клапана компрессора.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение примера двигателя, содержащего охладитель наддувочного воздуха.
Фиг.2 представляет собой схему первого варианта реализации спускного клапана охладителя наддувочного воздуха.
Фиг.3 представляет собой схему второго варианта реализации спускного клапана охладителя наддувочного воздуха.
Фиг.4 представляет собой логическую схему, поясняющую способ регулировки перепускного клапана компрессора и спускного клапана охладителя наддувочного воздуха во время срабатывания перепускного клапана компрессора.
Фиг.5 представляет собой логическую схему, поясняющую способ прогнозирования уровня конденсата в охладителе наддувочного воздуха.
Фиг.6 представляет собой диаграмму, поясняющую возможные случаи удаления конденсата из САС путем открывания спускного клапана охладителя наддувочного воздуха при срабатывании перепускного клапана компрессора.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам слива конденсата из охладителя наддувочного воздуха (САС) во время срабатывания перепускного клапана компрессора (CBV), включая регулировку CBV. Указанное срабатывание CBV может быть спрогнозировано на основании ожидаемых шумов и вибрации или необходимости отводить поток во избежание помпажа. Кроме того, регулировка CBV может производиться при возникновении помпажа. САС в системе двигателя, например, в системе двигателя, показанной на Фиг.1, может включать в себя спускной клапан (DV). На Фиг.2-3 представлены возможные варианты реализации спускного клапана САС. При открывании спускного клапана САС конденсат может быть слит из САС. Однако при сливе конденсата давление в САС может понизиться, тем самым уменьшая давление наддува для двигателя. В результате крутящий момент на выходном валу двигателя может быть снижен. В качестве альтернативы конденсат может быть слит из САС во время срабатывания CBV, когда давление наддува уже было снижено при его открывании. Способ слива конденсата из САС при срабатывания CBV представлен на Фиг.4. Слив конденсата из САС во время срабатывания CBV может быть также основан на количестве конденсата в САС.Фиг.5 представляет собой способ определения количества или уровня конденсата в САС. Возможные случаи удаления конденсата из САС в зависимости от рабочих условий двигателя, указывающих на срабатывание CBV, представлены на Фиг.6.
На Фиг.1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример системы 100 двигателя, включая двигатель 10, который может входить в движительную систему автомобиля. Двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами 30, однако 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. По существу, сигнал о положении педали может указывать на нажатие педали акселератора (например, резкое перемещение педали вниз) и отпускание педали (например, резкое перемещение педали вверх или полное отпускание педали) и другие условия движения.
Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может иметь стенки камеры сгорания с установленным в них поршнем (не изображено). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 для того, чтобы возвратно-поступательное движение поршня было преобразовано во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом автомобиля через трансмиссионную систему 150. Кроме того, для запуска двигателя 10 с коленчатым валом 40 через маховик может быть соединен стартерный мотор.
Камеры 30 сгорания могут получать воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускать газы сгорания через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут селективно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах воплощения 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 в топливную форсунку 50 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22, для регулировки потока воздуха, поступающего во впускной коллектор. В данном конкретном примере расположение (ТР) дроссельной заслонки 22 может регулироваться контроллером 12, чтобы обеспечить электронное управление положением дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 21 может использоваться для распределения всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. В некоторых вариантах во впускном канале 42 могут присутствовать дополнительные дроссели, например, дроссель ниже по потоку от компрессора 60 (не показан).
В описываемых вариантах реализации система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять необходимое количество выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Количество EGR, передаваемое во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 с помощью клапана 142 EGR. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси внутри камеры сгорания. На Фиг.1 показана система EGR высокого давления, где EGR направляются от участка выше по потоку от турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других вариантах реализации двигатель может (дополнительно или альтернативно) иметь систему EGR низкого давления, где рециркулируемые выхлопные газы направляются от участка ниже по потоку от турбины турбонагнетателя на участок выше по потоку от компрессора турбонагнетателя. При наличии, система EGR может приводить к образованию конденсата из сжатого воздуха, особенно когда сжатый воздух охлаждается охладителем наддувочного воздуха, что будет описано более подробно далее.
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 действие 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.
Выпускной канал 48 может иметь перепускную заслонку 26 для перенаправления выхлопного газа от турбины 62. Впускной канал 42 может дополнительно содержать перепускной клапан 27 компрессора (CBV), предназначенный для перенаправления впускного воздуха в обход компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или CBV 27 могут управляться контроллером 12 на открывание, например, когда требуется меньшее давление наддува. В другом примере, при возникновении помпажа компрессора или вероятности помпажа компрессора контроллер 12 может открыть CBV 27 для понижения давления на выпуске компрессора 60, что может уменьшить или прекратить помпаж компрессора.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (САС) (например, промежуточный охладитель или интеркулер) для снижения температуры нагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах реализации охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В других вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». В еще одном варианте реализации САС 80 может представлять собой САС с переменным объемом. Горячий наддувочный воздух поступает из компрессора 60 на впуск САС 80, по мере его прохождения через САС происходит его охлаждение, и затем он выходит из САС и поступает через дроссель 21 и далее во впускной коллектор 44 двигателя. Поток окружающего воздуха снаружи транспортного средства может поступать в двигатель 10 через переднюю часть транспортного средства и проходить через САС, способствуя охлаждению наддувочного воздуха. При понижении температуры окружающего воздуха, при повышенной влажности или во время дождя, когда наддувочный воздух охлаждается до температуры ниже водной точки росы, в САС может происходить образование и накопление конденсата. Когда наддувочный воздух содержит рециркулируемые отработавшие газы, то конденсат может стать кислотным и подвергнуть корпус САС коррозии. Коррозия может привести к утечкам заряда воздуха в атмосферу и, возможно, охлаждающей жидкости в случае с воздушно-жидкостными охладителями. С целью уменьшения количества накопившегося конденсата и снижения риска образования коррозии конденсат может быть собран в нижней части САС и затем слит через спускной клапан в САС (как показано на Фиг.2-3) при выбранных рабочих режимах двигателя, например, во время срабатывания перепускного клапана компрессора. Таким образом, как подробно изложено со ссылкой на Фиг.2-6, конденсат может быть слит из САС при открывании спускного клапана САС во время срабатывания перепускного клапана компрессора.
Контроллер 12 показан на Фиг.1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (10), 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 110 (КАМ) и 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 массового 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 коленвалом 40; положение дроссельной заслонки (ТР) от датчика положения дроссельной заслонки (описанной выше); абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (RPM, 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.
Другие датчики, которые могут направлять сигналы контроллеру 12, включают в себя датчик 124 температуры и/или давления на выходе охладителя наддувочного воздуха 80 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 осуществления различных процессов, описанных далее, а также возможных других отдельно не указанных вариантов. Примерные процедуры изложены в данном описании изобретения со ссылкой на Фиг.4-6.
На Фиг.2 представлена схема 200 части системы двигателя, например системы 100 двигателя, показанной на Фиг.1. Таким образом, компоненты двигателя, представленные на Фиг.1, могут быть включены в схему 200. В частности, на схеме 200 показан всасываемый воздух 202, проходящий через впускной канал 42. Перепускной канал 204 компрессора для отведения воздуха от компрессора 60 соединен между впускным каналом 42 ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от САС 80 и впускным каналом 42 выше по потоку от компрессора 60. Кроме того, перепускной канал 204 компрессора включает в себя перепускной клапан 27 компрессора (CBV) для управления расходом через перепускной канал 204 компрессора. Например, контроллер 12 может увеличить отверстие CBV 27 (с помощью электрической связи 216) с целью увеличения расхода через перепускной канал 204 компрессора, тем самым, снижая давление ниже по потоку от компрессора (например, давление наддува) и уменьшая вероятность помпажа компрессора. В одном примере открывание CBV 27 может быть названо срабатыванием CBV. Открывание CBV 27 может включать в себя полное открывание CBV 27 (например, до максимального отверстия) и/или частичное открывание CBV до промежуточного положения между закрытым и полностью открытым положениями. В другом примере контроллер 12 может уменьшить отверстие CBV 27 для снижения расхода через перепускной канал 204 компрессора. Например, после срабатывания CBV контроллер 12 может закрыть CBV 27, тем самым заблокировав поток через перепускной канал 204 компрессора.
Как показано на Фиг.2, САС 80 может включать в себя дренажную трубу 206 (например, сливной патрубок). В одном примере дренажная труба 206 может быть расположена в нижней части САС 80 относительно поверхности, на которой стоит транспортное средство. Таким образом, конденсат внутри САС 80 может быть собран в нижней части САС 80 рядом с дренажной трубой 206. Дренажная труба 206 также включает в себя спускной клапан 208 для управления потоком конденсата, выходящим из САС через дренажную трубу 206. Спускной клапан 208 может быть назван в данном описании спускным клапаном САС.
В частности, открывание или закрывание спускного клапана может регулировать количество конденсата, спускаемого или удаляемого из САС 80. Например, при увеличении отверстия спускного клапана 208 САС конденсат 210 может быть слит из САС 80 через дренажную трубу 206 в другое место. Другим местом может быть одно или несколько из следующего: внутренняя часть выпускной трубы (например, внутренняя часть выпускного канала), сильно нагретая внешняя часть двигателя, земля и/или специальный бачок. Например, дренажная труба 206 может быть соединена с бачком для сбора конденсата, который впоследствии может быть слит в другое место, например, сильно нагретую внешнюю часть двигателя при выбранных режимах работы двигателя. Другие места, перечисленные выше, могут лучше обработать конденсат (например, вода или водяной пар), тем самым уменьшая риск неустойчивости горения и пропуска зажигания двигателя.
В одном примере контроллер 12 может осуществлять управление спускным клапаном 208 САС посредством электрической связи 220. Например, контроллер 12 может увеличить отверстие спускного клапана 208 САС, чтобы увеличить слив конденсата из САС 80, тем самым уменьшая количество конденсата в САС 80. Открывание спускного клапана 208 САС может включать в себя полное открывание (например, до максимального отверстия) и/или частичное открывание до промежуточного положения между закрытым и полностью открытым. В другом примере контроллер 12 может уменьшить отверстие спускного клапана 208 САС для уменьшения слива конденсата из САС 80. Например, после срабатывания CBV контроллер 12 может закрыть спускной клапан 208 САС, тем самым прекратив слив конденсата из САС 80.
В другом примере спускной клапан 208 САС может быть соединен с CBV 27 посредством электрической связи 218. В данном примере один привод может открывать как CBV 27, так и спускной клапан 208 САС. Таким образом, спускной клапан 208 САС может быть открыт и закрыт при открывании и закрывании CBV 27. Например, при открывании CBV 27 спускной клапан 208 САС может быть открыт, и наоборот, при закрывании CBV 27 спускной клапан 208 САС может быть закрыт.Кроме того, размер отверстия спускного клапана 208 САС может быть пропорционален размеру отверстия CBV 27.
Срабатывание перепускного клапана компрессора может произойти при определенных режимах работы двигателя. В одном примере превышение порогового значения давления дроссельной заслонки, или давления на впуске дросселя (TIP) может указывать на возможный или предстоящий помпаж компрессора. Таким образом, контроллер 12 может открыть CBV 27, когда TIP превышает пороговое значение. Датчик 212 давления, как показано на Фиг.2, может измерять давление на впуске дросселя 21 и отправлять сигнал о TIP на контроллер 12. В одном примере датчик 212 давления может представлять собой датчик 124, показанный на Фиг.1. В другом примере на возможный или предстоящий помпаж компрессора может указывать уменьшение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, которое может быть идентифицировано по резкому перемещению педали акселератора вверх. Таким образом, контроллер 12 может открыть CBV 27 при резком отпускании педали акселератора. В соответствии с еще одним примером контроллер 12 может открыть CBV при помпаже компрессора. Например, если помпаж не был спрогнозирован на основании отпускания педали акселератора, TIP или другого рабочего условия двигателя, то может возникнуть помпаж компрессора. В результате контроллер 12 может открыть CBV для снижения давления наддува и прекращения помпажа компрессора.
В альтернативном варианте системы, представленном на Фиг.3, спускной клапан САС может представлять собой клапан сброса давления. В частности, на Фиг.3 представлена схема 300, на которой спускной клапан представляет собой клапан 302 сброса давления. Таким образом, клапан 302 сброса давления может быть открыт автоматически, когда достигается пороговое значение давления. Например, при превышении порогового значения TIP клапан 302 сброса давления может быть открыт, тем самым начав слив конденсата из САС 80. В одном примере пороговое значение давления может быть задано таким образом, что клапан 302 сброса давления может быть открыт до или во время срабатывания перепускного клапана компрессора (например, когда CBV 27 открыт).
Системы, показанные на Фиг.1-3, представляют собой систему двигателя, включающую в себя впускной дроссель, расположенный выше по потоку от впускного коллектора двигателя; компрессор с перепускным каналом и перепускным клапаном; и охладитель наддувочного воздуха, расположенный ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от впускного дросселя. При этом охладитель наддувочного воздуха включает в себя спускной клапан для слива конденсата. Система двигателя может также включать в себя контроллер, содержащий машиночитаемые инструкции для открывания спускного клапана с целью слива конденсата из охладителя наддувочного воздуха при перепуске компрессора. Перепуск компрессора может происходить при открывании перепускного клапана компрессора, когда имеет место одно или несколько следующих событий: давление во впускном дросселе превышает пороговое значение, водитель отпускает педаль акселератора, происходит помпаж компрессора. В одном примере спускной клапан может быть расположен в нижней части охладителя наддувочного воздуха, при этом открывание спускного клапана приводит к сливу конденсата из охладителя наддувочного воздуха в одно или несколько следующих мест: внутреннюю часть выпускного канала, сильно нагретую внешнюю часть двигателя, землю, бачок для сбора конденсата.
Как было сказано выше, сливом конденсата из САС может управлять контроллер. Однако открывание спускного клапана САС во время нормальной работы двигателя может снизить давление наддува, тем самым, уменьшая мощность двигателя. Вместо этого, конденсат может быть слит из САС во время периодов, когда давление наддува может быть итак понижено. Например, конденсат может быть слит из САС во время срабатывания перепускного клапана компрессора. В другом примере конденсат может быть слит из САС до и во время срабатывания перепускного клапана компрессора. В еще одном примере конденсат может быть слит из САС до срабатывания перепускного клапана компрессора.
Как было сказано выше, в одном примере контроллер может открыть спускной клапан САС, когда открывание CBV выполнено или предстоит. В качестве варианта контроллер может открыть спускной клапан САС, когда превышено пороговое значение TIP, водитель отпускает педаль акселератора и/или происходит помпаж компрессора. В соответствии с другим примером контроллер может открыть CBV и спускной клапан одновременно с использованием одного привода, когда превышено пороговое значение TIP, водитель отпускает педаль акселератора и/или происходит помпаж компрессора.
Кроме того, открывание спускного клапана САС до и/или во время срабатывания перепускного клапана компрессора может способствовать снижению давления наддува (например, давления на выпускном отверстии компрессора). В результате период срабатывания перепускного клапана САС компрессора может быть короче, чем в случае, когда спускной клапан САС не был открыт. Например, контроллер может определить, что для прекращения или предотвращения помпажа компрессора давление наддува должно быть снижено на первую величину. Следовательно, период срабатывания перепускного клапана компрессора или период открывания CBV могут быть определены таким образом, чтобы давление наддува уменьшилось на первую величину. Однако открывание спускного клапана САС в дополнение к открыванию CBV может дополнительно уменьшить давление наддува, а значит, период срабатывания перепуска компрессора может быть сокращен. Таким образом, открывание спускного клапана САС и слив конденсата во время срабатывания перепускного клапана САС компрессора может дополнительно снизить давление наддува, тем самым сокращая период срабатывания перепускного клапана компрессора.
В некоторых примерах спускной клапан САС может быть открыт до и/или во время срабатывания CBV, только если уровень (или количество) конденсата в САС превышает пороговое значение. Способ определения количества конденсата САС представлен на Фиг.4. В других примерах спускной клапан САС может быть открыт до и/или во время срабатывания CBV, даже если уровень конденсата в САС не превышает пороговое значение. Например, как изложено выше, контроллер может установить величину понижения давления (например, давления наддува), требуемого для того, чтобы уменьшить или избежать помпажа давления. Если требуемая величина понижения давления превышает пороговое значение (например, снижения), то как CBV, так и спускной клапан САС могут быть открыты во время срабатывания CBV. Пороговое значение понижения давления может быть основано на допустимом периоде срабатывания CBV. Например, если период открывания CBV слишком большой (например, превышает допустимое значение), то эффективность работы двигателя может быть снижена. Таким образом, при открывании спускного клапана САС, когда величина требуемого понижения давления превышает пороговое значение, период открывания как CBV, так и спускного клапана САС может быть короче (например, период может быть короче допустимого).
Открывание спускного клапана САС во время срабатывания CBV может включать в себя открывание спускного клапана САС в течение периода времени до открывания CBV. Таким образом, повышенное давление в САС может способствовать началу слива конденсата из САС после открывания спускного клапана САС. Далее, после начала слива конденсата, контроллер может открыть CBV для дополнительного понижения давления наддува и уменьшения риска помпажа компрессора и/или для того, чтобы уменьшить или избежать шумов в двигателе.
Таким образом, конденсат может быть слит из охладителя наддувочного воздуха при срабатывании перепускного клапана компрессора, В частности, слив конденсата из охладителя наддувочного воздуха может включать в себя открывание спускного клапана, расположенного в охладителе наддувочного воздуха. В одном примере спускной клапан может быть открыт во время срабатывания перепускного клапана компрессора. В другом примере спускной клапан может быть открыт до срабатывания перепуска компрессора. Через определенный период времени спускной клапан может быть закрыт, причем этот период времени основан на величине требуемого понижения давления во время срабатывания перепускного клапана компрессора. Срабатывание перепускного клапана компрессора может включать в себя открывание перепускного клапана компрессора, когда имеет место одно или несколько из следующего: давление на впускном дросселе превышает пороговое значение, водитель отпускает педаль акселератора, происходит помпаж компрессора. В одном примере спускной клапан может быть открыт, когда открывается перепускной клапан компрессора. В другом примере спускной клапан может быть открыт при вероятности возникновения помпажа компрессора, на которую может указывать одно или оба из следующего: давление на впускном дросселе превышает пороговое значение, водитель отпускает педаль акселератора. Кроме того, конденсат может быть слит из охладителя наддувочного воздуха в одно или несколько следующих мест: внутреннюю часть выпускного канала, сильно нагретую внешнюю часть двигателя, землю или бачок для сбора конденсата.
На Фиг.4 показан способ 400 регулировки перепускного клапана компрессора (CBV) и спускного клапана САС (САС DV) во время срабатывания CBV. В одном примере способ 400 выполняет контроллер 12, показанный на Фиг.1-3. Способ начинается на этапе 402 с оценки и/или измерения рабочих параметров двигателя. Рабочие параметры двигателя могут включать в себя скорость вращения и поток двигателя, давление наддува, давление перед дросселем или давление на впуске дросселя (TIP), положение педали, массовый расход воздуха, абсолютное давление в коллекторе, поток EGR, температура двигателя, запрос крутящего момента, параметры работы охладителя наддувочного воздуха (температура на впуске, температура на выпуске, давление на впуске, давление на выпуске, расход через охладитель и т.д.) и т.д.
На этапе 404 способ предусматривает определение, прогнозируется или ожидается ли срабатывание CBV. В одном примере устанавливают, что ожидается срабатывание CBV, когда TIP превышает пороговое значение. В другом примере устанавливают, что ожидается срабатывание CBV, когда имеет место уменьшение нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. Для обнаружения уменьшения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах идентифицируют резкое освобождение педали акселератора. В другом примере этап 404 может включать в себя проверку, имеет ли место помпаж компрессора. В еще одном примере устанавливают, что ожидается срабатывание CBV, когда ожидается появление шумов или вибраций, или требуется понизить уровень шума. В случае если срабатывание CBV не ожидается, то контроллер на этапе 406 может оставить CBV и спускной клапан САС закрытыми. Если срабатывание CBV ожидается, то способ переходит на этап 408 для определения значения требуемой величины понижения давления во время срабатывания CBV. Например, величина требуемого понижения давления может быть основана на падении (или понижении) давления на выходе компрессора, необходимом для уменьшения или предотвращения помпажа компрессора. Перепад давления в компрессоре может уменьшаться по мере падения давления на выходе компрессора. Давление на выходе компрессора может быть давлением наддува, оцененным и/или измеренным датчиком давления наддува, например, датчиком 126 давления наддува, показанным на Фиг.1. Таким образом, величина требуемого понижения давления на этапе 408 может представлять собой величину требуемого понижения давления наддува.
На этапе 410 может быть определен уровень конденсата в САС. Данный этап может включать в себя получение данных от множества датчиков, например, о температуре окружающего воздуха, влажности окружающего воздуха, температуре наддувочного воздуха на впуске и выпуске, давления наддувочного воздуха на впуске и выпуске и массового расхода воздуха, и на основании полученных данных определение количества конденсата, образованного в САС. В одном примере на этапе 412, и как далее разработано в модели, представленной на Фиг.5, скорость образования конденсата в САС может быть основана на температуре окружающей среды, температуре на выпуске САС, массовом расходе, EGR и влажности. В другом примере на этапе 414 количество конденсата может быть представлено в зависимости от температуры на выпуске из САС и соотношения давления САС с давлением окружающей среды. В другом примере количество конденсата может быть представлено в зависимости от температуры на выпуске из САС и нагрузки двигателя. Нагрузка двигателя может представлять собой функцию воздушной массы, крутящего момента, положения педали газа и положения дросселя и, таким образом, может указывать на расход воздуха, проходящего через САС. Например, умеренная нагрузка двигателя вместе с относительно низкой температурой на выпуске из САС может указывать на большое значение образования конденсата по причине охлажденных поверхностей САС и относительно низкого расхода всасываемого воздуха. Схема может также включать в себя модификатор для температуры окружающей среды.
На этапе 416 способ может предусматривать определение того, превышает ли уровень конденсата в САС пороговое значение. По существу, пороговый уровень может соответствовать количеству конденсата, превышение которого требует слива конденсата для уменьшения пропусков зажигания из-за медленного горения в двигателе, вызванного всасыванием воды. Если уровень конденсата в САС превышает пороговое значение, то на этапе 418 контроллер открывает CBV и спускной клапан САС для снижения давления наддува (например, давления на выпускном отверстии компрессора) и одновременно осуществляет слив конденсата из охладителя наддувочного воздуха. Открывание CBV и спускного клапана САС на этапе 418 может включать в себя сначала открывание спускного клапана САС для начала слива конденсата, а затем открывание CBV. Например, контроллер может открыть спускной клапан САС, а затем через некоторое время открыть CBV, оставив спускной клапан САС открытым. Контроллер поддерживает открытыми CBV и спускной клапан САС на этапе 418 в течение некоторого времени. Этот период времени может быть основан на величине требуемого понижения давления наддува (например, определенной на этапе 408). При этом период времени может быть увеличен при увеличении требуемой величины понижения давления наддува. В качестве альтернативы или дополнения указанный период времени может зависеть от количества конденсата в САС. Например, период времени может быть увеличен при увеличении количества конденсата сверх порогового значения. Кроме того, период времени на этапе 418 может быть короче, чем в случае, когда открыт только CBV. Как изложено выше, открывание спускного клапана дополнительно понижает давление наддува, тем самым сокращая период времени, в течение которого спускной клапан САС и CBV должны быть открыты для снижения давления наддува на требуемую величину. После того, как клапан CBV и спускной клапан САС были открыты в течение некоторого времени, контроллер может закрыть CBV и спускной клапан САС.
Как изложено выше, контроллер может сначала открыть спускной клапан САС для слива конденсата и, следовательно, частичного понижения давления наддува. Затем контроллер может открыть CBV, чтобы дополнительно понизить давление наддува на требуемую величину. В данном примере спускной клапан САС может быть открыт на некоторое время перед открыванием CBV. Это временя может зависеть от времени, требуемого для начала слива конденсата и/или уменьшения конденсата на определенное количество. Таким образом, спускной клапан САС может быть открыт для слива конденсата до срабатывания CBV и до открывания CBV.
В альтернативном варианте контроллер может открывать и закрывать CBV и спускной клапан САС одновременно. В другом варианте контроллер может открыть и/или закрыть CBV, а затем открыть и/или закрыть спускной клапан САС. Например, в данном варианте как CBV, так и спускным клапаном САС может управлять один привод. В частности, контроллер может управлять CBV с помощью одного привода, а с помощью передаточного механизма между CBV и спускным клапаном САС может последовательно привести в действие спускной клапан САС. В соответствии с еще одним примером контроллер может задействовать спускной клапан САС в ответ на открывание и/или закрывание CBV. В соответствии с другим примером, если спускной клапан САС представляет собой клапан сброса давления, то спускной клапан САС может быть автоматически открыт, если TIP превышает пороговое значение.
Если на этапе 416 установлено, что уровень конденсата не превышает пороговое значение, то способ переходит на этап 420. На этапе 420 контроллер определяет, превышает ли величина требуемого понижения давления пороговое значение. Как изложено выше, пороговое значение понижения давления может быть основано на допустимом периоде срабатывания CBV. Например, если период открывания CBV слишком большой (например, превышает допустимый период), то эффективность работы двигателя может быть снижена. Пороговое значение понижения давления может также зависеть от уровня помпажа компрессора. Например, если при помпаже компрессора необходимо немедленно понизить давление, то одновременное открывание CBV и спускного клапана САС может быстрее это осуществить, а также уменьшить и/или прекратить помпаж компрессора.
По существу, если на этапе 420 установлено, что величина требуемого понижения давления превышает пороговое значение, то на этапе 422 могут быть открыты как CBV, так и спускной клапан САС. Как изложено выше в отношении этапа 418, CBV и спускной клапан САС могут быть открыты в течение периода времени, который зависит от величины требуемого понижения давления. В некоторых примерах период времени на этапе 422 не может превышать период времени на этапе 418, если величина требуемого понижения давления больше. Кроме того, на этапе 422 период открывания CBV и спускного клапана САС может быть короче, чем в случае, когда на этапе 422 открыт только CBV. Как изложено выше, открывание CBV и спускного клапана САС на этапе 422 может включать в себя открывание спускного клапана САС на определенный период времени перед открыванием CBV. Таким образом, слив конденсата может быть начат до открывания CBV. На этапе 422 после открывания CBV и спускного клапана САС в течение некоторого времени, контроллер закрывает CBV и спускной клапан САС.
Если на этапе 420 установлено, что величина требуемого понижения давления равна или меньше порогового значения, то на этапе 424 контроллер может открыть CBV, оставляя при этом спускной клапан САС закрытым. По существу, давление наддува может быть понижено при открытом CBV, однако конденсат не будет слит из САС. В качестве альтернативы, если срабатывание CBV было вызвано ожидаемым появлением шумов и вибраций, то шумы могут быть устранены или уменьшены при открывании CBV на этапе 424. По истечении определенного периода времени контроллер может закрыть CBV. Как изложено выше, период времени зависит от величины требуемого понижения давления. Кроме того, период времени может, в качестве альтернативы или дополнения, зависеть от величины необходимого уменьшения шума. В качестве варианта на этапе 420 спускной клапан может быть также открыт до тех пор, пока его открытое состояние не влияет на эффективность работы системы двигателя.
На Фиг.5 показан способ 500 для оценки количества конденсата в САС. На основании количества конденсата в САС относительно порогового значения процедура слива конденсата, например, процедура, описанная со ссылкой на Фиг.4, может быть начата во время или до срабатывания перепускного клапана компрессора.
Способ начинается на этапе 502 с определения рабочих параметров двигателя. Данные параметры могут включать в себя, как ранее изложено в отношении стадии 402, условия окружающей среды, рабочие характеристики САС (значения температуры и давления на впуске и выпуске, поток через САС и т.д.), массовый расход воздуха, абсолютное давление в коллекторе, поток EGR, скорость вращения и нагрузку двигателя, температуру двигателя, наддув и так далее. Далее на этапе 504 определяют, известно ли значение влажности окружающего воздуха. В соответствии с одним примером значение влажности окружающего воздуха может быть определено на основании выходного сигнала датчика влажности, соединенного с двигателем. В соответствии с другим примером значение влажности может быть получено от датчика UEGO (универсального датчика концентрации кислорода в выхлопных газах), либо получено от электронных информационных систем (например, подключения к Интернету, навигационной системы транспортного средства и т.д.) или с помощью сигнала от датчика дождя или стеклоочистителя. Если значение влажности неизвестно (например, если двигатель не имеет датчика влажности), то на этапе 506 влажность может быть установлена на 100%. Однако если значение влажности известно на основании данных от датчика влажности, то оно может быть использовано на этапе 508.
Значения температуры и влажности окружающей среды могут быть использованы для определения точки конденсации всасываемого воздуха, которая может в дальнейшем воздействовать на количество EGR во всасываемом воздухе (например, значения влажности и температуры EGR могут быть отличны от значений влажности и температуры атмосферного воздуха). Различие между точкой конденсации и температурой на выпуске из САС указывает на то, будет ли иметь место конденсация в охладителе, при этом на количество конденсата, фактически накопленного в охладителе, может повлиять массовый расход воздуха. На этапе 510 алгоритм может предполагать расчет давления насыщенного пара на выпуске САС в виде функции температуры и давления на выпуске САС. Далее на этапе 512 алгоритм предполагает расчет массы воды при данном давлении насыщенного пара. Наконец, на этапе 514 может быть определена скорость конденсации на выпуске САС путем вычитания массы воды в условиях давления насыщенного пара на выпуске САС из массы воды в окружающем воздухе. Путем определения на этапе 516 промежутка времени между измерениями конденсата, на этапе 518 способ 500 может предполагать определение количества конденсата в САС с момента последнего измерения. Текущее количество конденсата в САС может быть вычислено на этапе 522 путем сложения количества конденсата, вычисленного на этапе 518, с предыдущим значением количества конденсата, и вычитания потерь конденсата с момента выполнения последней процедуры (т.е. количество удаленного конденсата, например, с помощью процедуры удаления) на этапе 520. Потери конденсата могут быть приняты равными нулю, если температура на выпускном отверстии САС превышала точку конденсации. В качестве альтернативы на этапе 520 количество удаленного конденсата может быть смоделировано или определено эмпирическим путем в виде функции воздушной массы, и включено в каждый цикл задачи программного обеспечения (т.е. в каждый цикл процедуры 500).
Таким образом, способ, представленный на Фиг.5, может быть использован контроллером в ходе процедуры, представленной на Фиг.4, для применения метода моделирования с целью оценки количества конденсата в САС. В других вариантах система управления двигателем может строить график зависимости количества конденсата в САС от температуры на впуске/выпуске САС, влажности окружающего воздуха и нагрузки двигателя. Например, значения могут быть соотнесены и сохранены в таблице соответствия, которую применяет контроллер во время процедуры, описанной на Фиг.4 (на этапе 414), и затем обновлены.
На Фиг.6 показаны примеры удаления конденсата из САС с помощью спускного клапана САС при срабатывании перепускного клапана компрессора. В частности, схема 600 показывает изменения положения педали (РР) на графике 602, изменения давления в дросселе на впуске (TIP) на графике 604, изменения давления наддува (например, давления на выпускном отверстии компрессора) на графике 606, изменения уровня конденсата в САС на графике 608, изменения положения перепускного клапана компрессора (CBV) на графике 610 и изменения положения спускного клапана (DV) САС на графике 612. По оси х схемы 600 представлено время. Как показано выше на схеме 600, CBV и спускной клапан САС могут быть отрегулированы между открытым и закрытым положениями. В альтернативных вариантах CBV и спускной клапан САС могут быть отрегулированы в соответствии с несколькими положениями между полностью открытым и полностью закрытым положениями. Кроме того, на графике 606 показано пороговое значение давления наддува, Т2. Пороговое значение давления наддува, Т2, может быть целевым давлением, до которого падает давление наддува во время срабатывания CBV. Таким образом, если давление наддува ниже Т2, то помпаж будет прекращен, и компрессор может быть возвращен к нормальной работе. В другом варианте различное давление или рабочее условие двигателя может быть использовано контроллером с целью определения величины требуемого падения давления или определенного периода срабатывания перепускного клапана компрессора (например, продолжительность открытого состояния CBV).
До момента времени t1 CBV и спускной клапан САС могут быть закрыты (графики 610 и 612). Кроме того, уровень конденсата в САС может быть ниже порогового уровня Т3 (график 608), наддув может выполняться на постоянном уровне (график 606), TIP может быть ниже порогового значения Т1 (график 604), а РР может находиться на постоянном уровне (график 602). В момент времени t1 РР может резко упасть, что указывает на отпускание педали акселератора (график 602). В результате TIP может превысить пороговое значение T1 (график 604). Величина требуемого понижения давления (например, давления наддува) может не превышать пороговый перепад давления. Кроме того, в момент времени t1 уровень конденсата в САС может быть ниже порогового значения Т3. Так как уровень конденсата в САС не превышает пороговое значение Т3, а величина требуемого понижения давления не превышает пороговый перепад давления, контроллер может открыть CBV (график 610) и не открывать спускного клапана САС (график 612). Открывание CBV приводит к понижению давления наддува (график 606). По истечении первого периода времени, d1, в момент времени t2 контроллер закрывает CBV (график 610). Это может соответствовать падению давления наддува ниже порогового значения T2 (график 606).
Между моментом времени t1 и моментом времени t2 уровень конденсата в САС может расти. Таким образом, в момент времени t3 уровень конденсата в САС может превысить пороговое значение ТЗ (график 608). Далее в момент времени t4 TIP может превысить пороговое значение T1 (график 604). Кроме того, теперь в момент времени t4 величина требуемого понижения давления во избежание или для уменьшения помпажа может превышать пороговое значение. Так как TIP превышает пороговое значение T1, когда уровень конденсата в САС превышает пороговое значение Т3, контроллер может открыть как CBV, так и спускной клапан САС. Прежде всего, контроллер открывает спускной клапан САС в момент времени t4, а затем сразу же после t4 открывает CBV. Спускной клапан САС может быть открыт в течение некоторого времени перед открыванием CBV для того, чтобы начать слив конденсата при высоком давлении. После второго периода времени, d2, контроллер закрывает CBV (график 610) и спускной клапан САС (график 612). Второй период времени d2 может соответствовать падению давления наддува ниже порогового значения Т3 (график 606). Между t4 и t5 может происходить падение уровня конденсата в САС, который в результате упадет ниже порогового значения Т3 непосредственно сразу после t5.
В момент времени t6 имеет место еще одно срабатывание CBV, на которое указывает отпускание педали акселератора (график 602). Уровень конденсата в САС в момент времени t6 может все еще быть ниже порогового значения ТЗ (график 608). Однако теперь величина требуемого понижения давления может превышать пороговое значение (график 606). Таким образом, так как произошло отпускание педали акселератора, когда уровень конденсата превышает пороговое значение ТЗ, а величина требуемого понижения давления превышает пороговое значение, контроллер может открыть как CBV, так и спускной клапан САС. В момент времени t6 контроллер снова сначала открывает спускной клапан САС, а CBV при этом остается закрытым. Далее непосредственно после t6 контроллер открывает CBV, при этом спускной клапан САС все еще открыт.Во время открывания CBV и спускного клапана САС происходит падение как давления наддува, так и уровня конденсата в САС. После третьего периода времени, d3, контроллер закрывает CBV и спускной клапан САС. Третий период времени d3 может соответствовать падению давления наддува ниже порогового значения Т3 (график 606), Кроме того, d3 может превышать d2, поскольку величина понижения давления, необходимого в момент времени t6, превышает величину понижения давления, необходимого в момент времени t4.
Как показано на схеме 600, при первом условии перепускной клапан компрессора может быть открыт при обнаружении вероятности помпажа компрессора. Как показано, в момент времени t1 первое условие включает в себя уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха и величину требуемого понижения давления, не превышающие пороговых значений. В другом примере перепускной клапан компрессора может быть открыт при наличии шума в двигателе или ожидаемом появлении шумов и вибраций. При втором условии перепускной клапан компрессора и спускной клапан охладителя наддувочного воздуха могут быть открыты при наличии вероятности помпажа компрессора. Второе условие включает в себя одно из следующего: когда уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха превышает пороговое значение (как показано в момент времени t4), или когда уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха не превышает пороговое значение, а величина требуемого понижения давления превышает пороговое значение (как показано в момент времени t6).
Вероятность возникновения помпажа компрессора может быть установлена при одном или обоих из следующих событий: давление на впуске дросселя превышает пороговое значение (как показано в момент времени t4) и водитель отпускает педаль акселератора (как показано в моменты времени t1 и t6). Кроме того, перепускной клапан компрессора может быть сохранен открытым в течение периода времени, длительность которого будет уменьшена при наличии одного или обоих из следующих условий: меньшая величина требуемого понижения давления и открытое положение спускного клапана САС охладителя наддувочного воздуха при открытом перепускном клапане компрессора. В одном примере величина требуемого понижения давления может зависеть от падения давления на выпуске компрессора, необходимого для уменьшения или предотвращения помпажа компрессора. В одном варианте перепускной клапан компрессора и спускной клапан охладителя наддувочного воздуха могут быть открыты одновременно с помощью одного привода. В других вариантах при втором условии спускной клапан охладителя наддувочного воздуха может быть открыт до открывания перепускного клапана компрессора.
Таким образом, конденсат может быть слит из охладителя наддувочного воздуха (САС) во время срабатывания перепускного клапана компрессора (CBV). В одном примере спускной клапан (DV) САС может быть расположен в САС. При открывании спускного клапана САС конденсат может быть слит из САС в другое место. Когда CBV срабатывает, CBV может быть открыт для уменьшения давления на выпуске компрессора (например, давления наддува), тем самым уменьшая или предотвращая помпаж компрессора. Когда уровень конденсата в САС превышает пороговое значение, контроллер двигателя может открыть спускной клапан САС при срабатывании CBV. Таким образом, CBV и спускной клапан САС могут быть открыты одновременно для уменьшения давления на выпускном отверстии компрессора и конденсата в САС. Даже если уровень конденсата в САС не превышает пороговое значение, спускной клапан САС может быть открыт вместе с CBV при срабатывании CBV. Таким образом, открывание спускного клапана САС в дополнение к CBV может дополнительно уменьшить давление на выпуске компрессора. При этом период срабатывания CBV может быть уменьшен в случае открывания как CBV, так и спускного клапана САС. Использование данного способа позволяет удалить конденсат из САС во время таких рабочих условий двигателя, когда давление наддува в двигатель может быть уменьшено без снижения эффективности работы двигателя.
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 конфигурации и последовательности операций, раскрытые в данном описании, являются примерами, и что эти конкретные варианты выполнения не следует рассматривать как ограничительные, поскольку возможны их различные варианты и модификации. Например, возможно использование описанной технологии для двигателей V6, 1-4, 1-6, VI 2, оппозитных двигателей с четырьмя цилиндрами, а также других типов двигателей. Кроме того, описанные выше технологии могут быть использованы вместе с различными конфигурациями систем. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.