СПОСОБЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ, ИМЕЮЩЕГО ДРОССЕЛЬ И ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЬ С ПЕРЕПУСКНОЙ ЗАСЛОНКОЙ ДЛЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ, И СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ
METHODS FOR ENGINE, HAVING THROTTLE AND TURBOCHARGER WITH WASTEGATE AND SYSTEM FOR ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее раскрытие относится к системе двигателя с турбонаддувом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Турбонаддув двигателя предоставляет двигателю возможность выдавать мощность, сходную с мощностью двигателя с большим рабочим объемом, наряду с тем, что работа насоса двигателя поддерживается приблизительно такой же, как работа насоса безнаддувного двигателя аналогичного рабочего объема. Таким образом, турбонаддув может расширять рабочую зону двигателя. Турбонагнетатели действуют посредством сжатия всасываемого воздуха с помощью компрессора, приводимого в движение турбиной, приводимой в действие потоком отработавших газов. Величина сжатия, обеспечиваемая турбонагнетателем (указываемая как давление наддува) может регулироваться посредством настройки положения перепускной заслонки для отработавших газов, присоединенной в параллель турбине, на основании обратной связи с датчика давления на входе дросселя (TIP), расположенного на впуске выше по потоку от дросселя и ниже по потоку от компрессора.
Если датчик давления на входе дросселя подвергнут ухудшению характеристик, например, если датчик на входе дросселя «завис» в каком-то диапазоне и выводит постоянный сигнал, даже по мере того, как изменяется давление на входе дросселя, процедура регулирования давления наддува двигателя может продолжать настраивать положение перепускной заслонки отработавших газов даже после того, как было достигнуто целевое давление наддува. В некоторых условиях, это может давать в результате детонацию в двигателе и/или повреждение двигателя, если перепускная заслонка для отработавших газов продолжает перемещаться в более закрытое положение, чем указано, и таким образом, всасываемый воздух сжимается в большей степени, чем требуется.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы настоящего изобретения выявили, что стандартная диагностика датчика давления на входе дросселя может требовать относительного длительного времени, чтобы распознать ухудшение характеристик датчика давления на входе дросселя. В течение времени, за которое выполняется процедура диагностики, могут возникать условия чрезмерного наддува, приводящие к детонации в двигателе и/или повреждению двигателя. Соответственно, предусмотрен способ для по меньшей мере частичного устранения проблемы, возникающей в вышеприведенном подходе.
В первом аспекте настоящего изобретения раскрывается способ для двигателя, имеющего дроссель, содержащий этап, на котором, если логически выведенное значение давления на входе дросселя (TIP) отличается от измеренного значения TIP, настраивают перепускную заслонку для отработавших газов турбонагнетателя на основании логически выведенного значения TIP, а не на основании измеренного значения TIP, причем логически выведенное значение TIP основано на потоке воздуха через дроссель, угле дросселя и абсолютном давлении в коллекторе (MAP).
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, способ дополнительно содержит этап, на котором определяют измеренное значение TIP на основании выходного значения датчика TIP, расположенного выше по потоку от дросселя.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, если логически выведенное значение TIP отличается от измеренного значения TIP, способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют проверку нормальности датчика над датчиком TIP.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, способ дополнительно содержит этап, на котором, если ухудшение характеристик датчика TIP подтверждено проверкой нормальности датчика, продолжают настраивать перепускную заслонку для отработавших газов на основании последующих логически выведенных значений TIP.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, способ дополнительно содержит этап, на котором, если ухудшение характеристик датчика TIP не подтверждено проверкой нормальности датчика, настраивают перепускную заслонку для отработавших газов на основании последующих измеренных значений TIP.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, способ дополнительно содержит этап, на котором определяют поток через дроссель на основании модели наполнения цилиндра, которая определяет поток через дроссель на основании изменения MAP.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, логический вывод значения TIP содержит этапы, на которых:
устанавливают первое предполагаемое значение TIP, чтобы оно было равным MAP;
рассчитывают угол дросселя на основании первого предполагаемого значения TIP, потока через дроссель и MAP;
сравнивают рассчитанный угол дросселя с командным (полученным из команды) углом дросселя; и
если рассчитанный угол дросселя меньше или равен командному углу дросселя, устанавливают первое предполагаемое значение TIP в качестве логически выведенного значения TIP.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, способ дополнительно содержит этапы, на которых, если рассчитанный угол дросселя больше, чем командный угол дросселя, повышают приращениями первое предполагаемое значение TIP и повторно рассчитывают угол дросселя до тех пор, пока первому предполагаемому значению TIP не будет дано приращение до второго предполагаемого значения TIP, которое дает в результате рассчитанный угол дросселя, меньший или равный действующему углу дросселя.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, способ дополнительно содержит этап, на котором, если второе предполагаемое значение TIP дает в результате рассчитанный угол дросселя, равный действующему углу дросселя, устанавливают второе предполагаемое значение TIP в качестве логически выведенного значения TIP.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, способ дополнительно содержит этап, на котором, если второе предполагаемое значение TIP дает в результате рассчитанный угол дросселя, меньший, чем действующий угол дросселя, интерполируют логически выведенное значение TIP в качестве находящегося между предыдущими двумя предполагаемыми значениями TIP.
В одном из вариантов осуществления первого аспекта, способ дополнительно содержит этап, на котором, если логически выведенное значение TIP равно измеренному значению TIP, настраивают перепускную заслонку для отработавших газов на основании измеренного значения TIP.
Во втором аспекте настоящего изобретения раскрывается система, содержащая:
двигатель;
турбонагнетатель, присоединенный по текучей среде к двигателю;
перепускную заслонку для отработавших газов, присоединенную в параллель турбине турбонагнетателя;
дроссель, расположенный выше по потоку от двигателя и регулирующий поток воздуха в двигатель; и
контроллер, хранящий постоянные команды, приводимые в исполнение, чтобы:
настраивать начальное положение перепускной заслонки для отработавших газов на основании обратной связи с датчика давления на входе дросселя (TIP), расположенного выше по потоку от дросселя;
рассчитывать логически выведенное значение TIP и сравнивать его с измеренным значением TIP с датчика TIP; и
если логически выведенное значение TIP отличается от измеренного значения TIP, настраивать последующее положение перепускной заслонки для отработавших газов на основании логически выведенного значения TIP.
В одном из вариантов осуществления второго аспекта, логически выведенное значение TIP рассчитывается на основании модели дросселя, которая оценивает TIP по углу дросселя, потоку воздуха через дроссель и абсолютное давление в коллекторе.
В одном из вариантов осуществления второго аспекта, поток воздуха через дроссель рассчитывается на основании скорости изменения абсолютного давления в коллекторе.
В третьем аспекте настоящего изобретения раскрывается способ для двигателя с турбонаддувом, имеющего дроссель, содержащий этапы, на которых:
логически выводят давление на входе дросселя (TIP) на основании потока воздуха через дроссель, угла дросселя и абсолютного давления в коллекторе (MAP);
измеряют TIP датчиком TIP, расположенным выше по потоку от дросселя;
если логически выведенное TIP находится в пределах порогового диапазона от измеренного TIP, настраивают давление наддува двигателя на основании измеренного TIP; и
если логически выведенное TIP находится вне порогового диапазона от измеренного TIP, настраивают давление наддува на основании логически выведенного TIP.
В одном из вариантов осуществления третьего аспекта, логический вывод TIP на основании потока воздуха через дроссель, угла дросселя и MAP дополнительно содержит этапы, на которых:
определяют поток через дроссель на основании скорости изменения MAP;
изначально предполагают, что логически выведенное TIP равно наименьшему возможному TIP;
рассчитывают предсказанный угол дросселя на основании наименьшего возможного TIP, потока через дроссель и MAP;
сравнивают предсказанный угол дросселя с командным углом дросселя;
если предсказанный угол дросселя меньше или равен командному углу дросселя, подтверждают, что логически выведенное TIP является наименьшим возможным TIP; и
если рассчитанный угол дросселя больше, чем командный угол дросселя, повышают приращениями предполагаемое TIP от наименьшего возможного TIP и повторно рассчитывают предсказанный угол дросселя до тех пор, пока предполагаемому TIP не будет дано приращение до окончательного предполагаемого значения TIP, которое дает в результате рассчитанный угол дросселя, равный действующему углу дросселя.
В одном из вариантов осуществления третьего аспекта, наименьшим возможным TIP является MAP или барометрическое давление.
В одном из вариантов осуществления третьего аспекта, повышение приращениями предполагаемого TIP содержит этап, на котором повышают приращениями предполагаемое TIP на величину, основанную на числе оборотов двигателя.
В одном из вариантов осуществления третьего аспекта, настройка давления наддува содержит этап, на котором настраивают положение перепускной заслонки для отработавших газов, присоединенной в параллель турбине турбонагнетателя.
В одном из вариантов осуществления третьего аспекта, способ дополнительно содержит этап, на котором, если логически выведенное TIP находится вне порогового диапазона от измеренного TIP, выполняют проверку нормальности датчика TIP, чтобы определять, подвергнут ли датчик TIP ухудшению характеристик.
Таким образом, логически выведенное значение TIP может оцениваться на основании рабочих параметров двигателя, иных чем действующее давление на входе дросселя. Логически выведенное значение TIP может использоваться вместо измеренного значения TIP, если значения отличаются, до тех пор, пока процедура диагностики датчика не выявляет ухудшение характеристик датчика TIP. При действии таким образом, детонация и/или повреждение двигателя, которые могут происходить до того, как процедура диагностики выявляет ухудшение характеристик датчика TIP, могут избегаться.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда понятны из последующего Подробного описания при рассмотрении отдельно или совместно с прилагаемыми чертежами.
Должно быть понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-нибудь недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает структурную схему двигателя.
Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая высокоуровневый способ для регулирования давления наддува на основании давления на входе дросселя.
Фиг. 3A-3B показывают блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ для логического вывода значения давления на входе дросселя.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Системы двигателя включают в себя многообразие датчиков, которые собирают данные, относящиеся к рабочим параметрам двигателя, а выходные сигналы датчиков могут использоваться системой управления двигателя для поддержания требуемой работы двигателя. Чтобы гарантировать, что датчики функционируют, различные процедуры диагностики и/или проверки нормальности могут периодически выполняться над датчиками. Однако, такие процедуры могут быть отнимающими много времени и/или могут быть выполнены с возможностью, чтобы работать только во время определенных условий эксплуатации. Таким образом, если датчик на самом деле подвергнут ухудшению характеристик, промежуток времени до и в течение выполнения процедуры диагностики может приводить к нарушению стратегий управления двигателем. В некоторых примерах, таких как когда датчик давления на входе дросселя (TIP) подвергнут ухудшению характеристик, потеря управления наддувом может приводить к проблемам сгорания в двигателе, таким как детонация и, возможно, повреждению двигателя.
Согласно вариантам осуществления, раскрытым в материалах настоящей заявки, давление на входе дросселя может непрерывно логически выводиться на основании рабочих параметров, в том числе MAP, угла дросселя и потока воздуха через дроссель. В некоторых условиях, таких как когда логически выведенное значение TIP находится вне порогового диапазона от значения TIP, измеренного датчиком TIP, логически выведенное значение TIP может использоваться вместо измеренного значения TIP. По существу, в течение времени выполнения процедуры диагностики датчика TIP, стратегия управления наддувом двигателя может поддерживаться с использованием логически выведенного значения TIP. Фиг. 1 показывает двигатель, включающий в себя турбонагнетатель, датчик TIP и контроллер. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять способы, проиллюстрированные на фиг. 2-3B.
Более точно, со ссылкой на фиг. 1, она включает в себя структурную схему, показывающую один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали.
Цилиндр 30 сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 цилиндра сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Цилиндр 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и могут выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с цилиндром 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
В этом примере, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в цилиндр 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку цилиндра сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном канале 42, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно как впрыск топлива во впускное окно, выше по потоку от цилиндра 30 сгорания.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, включенный дросселем 62, конфигурацией, которая может указываться как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие, чтобы регулировать всасываемый воздух, выдаваемый в цилиндр 30 сгорания, среди других цилиндров сгорания двигателя. Впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 121 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.
Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут эксплуатироваться в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.
x
Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NO, HC, или CO. Система выпуска отработавших газов может включать в себя розжиговые каталитические нейтрализаторы и каталитические нейтрализаторы низа кузова, а также выпускной коллектор, расположенные выше по потоку и/или ниже по потоку датчики топливо-воздушного соотношения. Каталитический нейтрализатор 70 отработавших газов может включать в себя многочисленные блоки нейтрализатора в одном из примеров. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выбросов, каждое с многочисленными брикетами. Каталитический нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы и информацию с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика 58 положения дросселя; сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 121, и давление на входе дросселя (TIP) с датчика 122. Датчик 122 находится ниже по потоку от компрессора (поясненного ниже), он может использоваться для определения давления наддува, выдаваемого турбонагнетателем. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе 44. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала 40. В некоторых примерах, постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Двигатель 10 дополнительно может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель, включающий в себя по меньшей мере компрессор 162, скомпонованный вдоль впускного канала 42. Что касается турбонагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 164, например, через вал 161 или другое соединительное устройство. Турбина 164 может быть скомпонована вдоль выпускного канала 48. Различные компоновки могут быть предусмотрены для осуществления привода компрессора. Что касается нагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в движение двигателем и/или электрической машиной и может не включать в себя турбину. Таким образом, величина сжатия, обеспечиваемого для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или нагнетателя, может регулироваться контроллером 12. В некоторых случаях, турбина 164, например, может приводить в движение электрогенератор для выдачи энергии в аккумуляторную батарею через приводной механизм турбонагнетателя. Энергия из аккумуляторной батареи затем может использоваться для приведения в движение компрессора 162 с помощью электродвигателя. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления, турбонагнетатель может быть турбонагнетателем с изменяемой геометрией.
Кроме того, выпускной канал 48 может включать в себя перепускную заслонку 72 для отработавших газов для отвода отработавших газов от турбины 164. Дополнительно, впускной канал 42 может включать в себя перепускной клапан 158 компрессора, выполненный с возможностью отводить всасываемый воздух вокруг компрессора 162. Перепускная заслонка 72 для отработавших газов и/или CBV 158 может управляться контроллером 12, чтобы открываться, например, когда требуется более низкое давление наддува. Таким образом, величина компрессии (например, наддува), выдаваемой в один или более цилиндров двигателя через турбонагнетатель или нагнетатель, может регулироваться контроллером 12 на основании обратной связи с различных датчиков, таких как датчик 122 TIP.
Как пояснено ранее, положение перепускной заслонки 72 для отработавших газов может регулироваться, чтобы выдавать требуемую величину давления наддува в двигатель. Давление наддува может измеряться датчиком 122 TIP. Таким образом, положение 72 перепускной заслонки для отработавших газов может настраиваться на основании обратной связи с датчика 122 TIP. В одном из примеров, если требуется повышение давления наддува, перепускная заслонка 72 для отработавших газов может настраиваться в более закрытое положение до тех пор, пока давление наддува ниже по потоку от компрессора 162 находится на требуемом давлении наддува в качестве указываемого на основании обратной связи с датчика 122 TIP. Однако, если датчик 122 TIP подвергнут ухудшению характеристик, он может выдавать неточные показания действующего давления наддува выше по потоку от дросселя 62. По существу, перепускная заслонка 72 для отработавших газов может продолжать перемещаться в более закрытое положение, повышая давление наддува. Это может вызывать состояние чрезмерного наддува, которое, например, может приводить к детонации в двигателе или повреждению двигателя. Для защиты двигателя от чрезмерного наддува, происходящего в результате подвергнутого ухудшению характеристик датчика TIP, проверки нормальности или процедура диагностики может выполняться для проверки, что датчик TIP является функционирующим как требуется. Например, процедура диагностики может включать в себя подачу команды перепускной заслонке для отработавших газов изменить положение, для того чтобы вызывать изменение давления на входе дросселя, и контроль выходного сигнала датчика TIP, чтобы убеждаться, что он изменяется в соответствии с командным изменением положения перепускной заслонки для отработавших газов. Если процедура диагностики указывает ухудшение характеристик датчика TIP, работа турбонагнетателя может временно приостанавливаться, или настройка в отношении уровня наддува может производиться на основании обратной связи с датчиков, иных чем датчик TIP, таких как датчик MAP, падение давления на турбине, и т. д., до тех пор, пока датчик TIP не подвергнут техническому обслуживанию.
Однако, такая процедура может требовать относительно длительного времени для завершения (например, пять секунд). В течение времени выполнения процедуры диагностики, если стратегия управления наддувом двигателя продолжает полагаться на обратную связь с датчика TIP для осуществления настроек в отношении положения перепускной заслонки для отработавших газов, чтобы добиваться требуемого уровня наддува, состояние чрезмерного наддува или недостаточного наддува может возникать, если датчик TIP фактически подвергнут ухудшению характеристик, приводя к проблемам сгорания и, возможно, повреждению двигателя. Для предотвращения таких проблем, логически выведенное значение TIP может использоваться вместо измеренного значения TIP с датчика TIP. Логически выведенное значение TIP может определяться с использованием информации, уже присутствующей в стратегии управления двигателем, для определения требуемого угла дросселя, как подробнее пояснено ниже со ссылкой на фиг. 2-3B.
Таким образом, система по фиг. 1 предусматривает систему, содержащую: двигатель; турбонагнетатель, присоединенный по текучей среде к двигателю; перепускную заслонку для отработавших газов, присоединенную в параллель турбине турбонагнетателя; дроссель, расположенный выше по потоку от двигателя и регулирующий поток воздуха в двигатель; и контроллер, хранящий постоянные команды, приводимые в исполнение, чтобы: настраивать начальное положение перепускной заслонки для отработавших газов на основании обратной связи с датчика давления на входе дросселя (TIP), расположенного выше по потоку от дросселя; рассчитывать логически выведенное значение TIP и сравнивать его с измеренным значением TIP с датчика TIP; и если логически выведенное значение TIP отличается от измеренного значения TIP, настраивать последующее положение перепускной заслонки для отработавших газов на основании логически выведенного значения TIP.
Логически выведенное значение TIP может рассчитываться на основании модели дросселя, которая оценивает TIP по углу дросселя, потоку воздуха через дроссель и абсолютное давление в коллекторе. Поток воздуха через дроссель может рассчитываться на основании скорости изменения абсолютного давления в коллекторе.
Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая способ 200 для настройки положения перепускной заслонки для отработавших газов на основании значения давления на входе дросселя (TIP). Способ 200 может выполняться контроллером двигателя согласно постоянным командам, хранимым в нем. Способ 200 может выполняться компонентами системы двигателя, такой как система по фиг. 1, в том числе, контроллером 12, перепускной заслонкой 72 для отработавших газов и датчиком 122 TIP.
На 202, способ 200 включает в себя определение рабочих параметров двигателя. Определенные рабочие параметры могут включать в себя, но не в качестве ограничения, давление на входе дросселя (в качестве определенного датчиком 122 TIP), MAP в качестве определенного датчиком 121 MAP, угол дросселя, число оборотов и нагрузку двигателя, требуемое давление наддува, положение перепускной заслонки для отработавших газов и другие параметры. На 204, давление на входе дросселя измеряется на основании выходного сигнала с датчика TIP. На 206, положение перепускной заслонки для отработавших газов настраивается на основании измеренного TIP, если указано, чтобы давать требуемое давление наддува.
На 208, давление на входе дросселя также логически выводится на основании модели дросселя, которая рассчитывает поток воздуха через дроссель и использует рассчитанный поток воздуха, наряду с MAP и углом дросселя, для оценки давления на входе дросселя. Более точно, справочные таблицы, которые контроллер использует для расчета угла дросселя по потоку воздуха дросселя, давлению на входе дросселя и MAP, могут использоваться для логического вывода TIP при заданных известных угле дросселя, MAP и потоке воздуха дросселя. Подробности логического вывода давления на входе дросселя будут представлены ниже со ссылкой на фиг. 3A и 3B.
Логический вывод давления на входе дросселя может выполняться непрерывно, из условия чтобы все измеренные значения давления на входе дросселя, основанные на выходном сигнале датчика TIP, могли сравниваться с логически выведенными значениями TIP, как подробнее описано ниже в материалах настоящей заявки. Однако, в некоторых вариантах осуществления, логически выведенное значение TIP может рассчитываться только во время определенных периодов эксплуатации, таких как когда выполняется процедура диагностики/проверки нормальности датчика TIP, и/или когда другие собранные данные датчиков указывают, что датчик TIP может быть подвергнут ухудшению характеристик.
По определению логически выведенного значения TIP, способ 200 переходит на 210, чтобы определять, находится ли логически выведенное значение TIP вне порогового диапазона от измеренного значения TIP. То есть, в данный момент времени, давление на входе дросселя может как измеряться датчиком TIP, так и логически выводиться посредством модели дросселя. Два значения TIP могут сравниваться, чтобы определять, отличаются ли значения на большую, чем пороговая, величину. Пороговый диапазон может быть пригодным диапазоном. Например, логически выведенное значение TIP может считаться равным измеренному значению, если логически выведенное значение TIP находится находится в пределах 5% от измеренного значения в одном из примеров, или в пределах 10% от измеренного значения в другом примере. Таким образом, если логически выведенное значение TIP больше, чем на 5 или 10% отличается от измеренного значения TIP, два значения могут считаться разными.
Если два значения не являются разными, то есть, если логически выведенное значение TIP находится в пределах порогового диапазона от измеренного значения TIP, способ 200 переходит на 212, чтобы продолжать настраивать положение перепускной заслонки для отработавших газов на основании обратной связи с датчика TIP, а затем, способ 200 переходит на 216, поясненный ниже.
Если два значения являются разными, способ 200 переходит на 214, чтобы настраивать положение перепускной заслонки для отработавших газов на основании логически выведенного значения TIP (и последующих логически выведенных значений TIP), а не на основании измеренного значения TIP. На 216, выполняется проверка нормальности/процедура диагностики датчика TIP. В течение продолжительности проверки нормальности, логически выведенные значения TIP продолжают использоваться для настройки положения перепускной заслонки для отработавших газов, если логически выведенное значение TIP определено иным, чем измеренное значение TIP. Однако, если измеренное значение TIP и логически выведенное значение TIP не являются разными, измеренное значение TIP может использоваться для регулирования положения перепускной заслонки для отработавших газов во время проверки нормальности в некоторых вариантах осуществления. Однако, в других вариантах осуществления, во время проверки нормальности, даже если измеренное значение TIP и логически выведенные значения TIP равны, логически выведенные значения TIP могут использоваться вместо измеренных значений TIP.
Если проверка нормальности подтверждает, что датчик TIP подвергнут ухудшению характеристик, контроллер может предпринимать действие по умолчанию, включающее в себя уведомление водителя транспортного средства (с помощью индикаторной лампы неисправности), установку диагностического кода и/или настройки стратегии управления наддувом (например, посредством деактивации работы турбонагнетателя или посредством управления положением перепускной заслонки для отработавших газов на основании данных с других датчиков).
Таким образом, согласно способу, описанному выше, логически выведенное TIP может использоваться вместо измеренного TIP, когда значения TIP отличаются на большую, чем пороговая, величину, по меньшей мере в течение периода времени, приводящего к и во время проверки нормальности. Однако, в некоторых вариантах осуществления, если логически выведенное значение TIP и измеренное значение TIP являются разными, но отличаются на меньшую, чем пороговая, величину, логически выведенное значение TIP и измеренное значение TIP могут комбинироваться, чтобы создавать комбинированное значение TIP, которое затем используется для управления положением перепускной заслонки для отработавших газов. В одном из примеров, если измеренное значение TIP находится значительно ниже, чем логически выведенное значение TIP, логически выведенное и измеренное значения TIP могут комбинироваться согласно таблице коэффициентов комбинирования, которая комбинирует два значения TIP в зависимости ошибки между двумя значениями. Например, если ошибка (например, разность между логически выведенным и измеренным значениями) относительно велика, например, имеет значение 10 дюймов рт. ст., логически выведенные значения TIP начинают комбинироваться с измеренным значением TIP. При достаточно большой ошибке, например, 12 дюймов рт. ст., логически выведенное значение TIP полностью используется вместо измеренного значения TIP. Зона гистерезиса может использоваться, чтобы избегать наличия в распоряжении зашумленного коэффициента комбинирования для искаженной оценки или показания датчика. По существу, когда логически выведенное значение TIP отличается от измеренного значения TIP на большую, чем пороговая, величину, датчик указывается в качестве подвергнутого ухудшению характеристик, и отдельной проверке нормальности выполняться не нужно.
Далее, с обращением к фиг. 3A-3B, представлен способ 300 для логического вывода значения давления на входе дросселя на основании модели дросселя. Способ 300 может выполняться во время выполнения способа 200, для того чтобы управлять перепускной заслонкой для отработавших газов турбонагнетателя, по меньшей мере в течение продолжительности проверки нормальности датчика TIP, с использованием логически выведенного значения TIP.
На 302, способ 300 определяет, является ли MAP убывающим в направлении барометрического давления (BP). То есть, на 302, способ оценивает, является ли убывающим MAP, и находится ли MAP около BP. Если так, MAP наиболее вероятно уменьшается до BP, и таким образом, способ 300 переходит на 304, чтобы устанавливать логически выведенное значение TIP в качестве барометрического давления и использовать постоянную времени фильтра BP в течение этапа фильтрации, поясненного ниже. Способ 300 затем переходит на 334, который будет подробнее пояснен ниже.
Если MAP не является падающим до BP, способ 300 переходит на 306, чтобы рассчитывать поток воздуха через дроссель с использованием модели наполнения коллектора. Модель наполнения коллектора использует закон идеального газа, чтобы демонстрировать, что скорость изменения абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) обусловлена разностью потоков, входящего в (дроссель) и выходящего из (цилиндра) коллектора, как указано на 308.
Таким образом, скорость изменения MAP равна скорости изменения массового расхода воздуха через дроссель, умноженной на температуру и объем впускного канала и постоянную идеального газа. Соответственно, при условии, что температура и объем относительно постоянны, изменение давления обусловлено изменением массы. Однако, если температура изменяется, изменение температуры может учитываться в модели.
Кроме того, при условии отсутствия пиковых значений, изменение массы обусловлено разностью потоков в и из коллектора, и таким образом, dP/dt=(throt_flow-cyl_flow)*RT/V. Уравнение может быть перекомпоновано, чтобы давать throt_flow=cyl_flow+dP/dt*V/(RT), где V/(RT) - постоянная, и таким образом, поток воздуха через дроссель является зависящим от скорости изменения MAP.
После того, как рассчитан поток воздуха через дроссель, простой механизм поиска используется в модели дросселя, чтобы логически выводить значение TIP. Стандартное использование модели дросселя предназначено для определения угла дросселя (TA) при заданном потоке, TIP и MAP. Таблицы определения характеристик модели в контроллере установлены, чтобы поддерживать это использование. Для выполнения механизма поиска, TIP назначается предполагаемое значение, и такое значение вставляется в модель дросселя для расчета угла дросселя. Рассчитанный угол дросселя сравнивается с действующим текущим командным углом дросселя, и если углы дросселя различны, предполагаемое значение TIP настраивается, а угол дросселя повторно рассчитывается до тех пор, пока не достигнуто значение TIP, которое дает рассчитанный угол дросселя, который относительно близок к действующему углу дросселя.
Начальное предполагаемое значение TIP может быть любым значением TIP. Однако, для упрощения процесса поиска, начальное предполагаемое значение TIP может быть минимальным или наименьшим возможным значением TIP, для того чтобы предусматривать настройки предполагаемого значения TIP только в одном направлении. Например, начальное предполагаемое значение TIP может устанавливаться в качестве MAP или BP, так как TIP не может быть более низким, чем MAP. Таким образом, как указано на 310, начальное предполагаемое TIP устанавливается в качестве минимального TIP.
На 312, способ 300 включает в себя расчет предсказанного угла дросселя на основании минимального TIP, потока через дроссель и MAP посредством использования таблиц модели дросселя, хранимых в контроллере. На 314, предсказанный угол дросселя сравнивается с командным углом дросселя, чтобы определять, является ли предсказанный угол дросселя меньшим, чем или равным командному углу дросселя. Если предсказанный TA меньше или равен командному TA, способ 300 переходит на 316, чтобы устанавливать логически выведенное значение TIP в качестве равного начальному предполагаемому TIP и устанавливать постоянную времени в ноль. Способ 300 затем переходит на 334. Если предсказанный TA не является меньшим или равным командному TA, способ 300 переходит на 318, чтобы определять, является ли предсказанный TA большим, чем командный TA, и является ли предполагаемое TIP меньшим, чем максимально возможное TIP. Максимально возможное TIP может быть основано на конфигурации двигателя и турбонагнетателя и/или рабочих параметрах двигателя, таких как число оборотов и нагрузка двигателя. Если предполагаемое TIP не является меньшим, чем максимальное TIP, способ 300 переходит на 322, поясненный ниже.
Если предсказанный TA больше, чем командный TA, а предполагаемое TIP является меньшим, чем максимальное, способ 300 переходит на 320, чтобы давать приращение предполагаемому TIP и повторно рассчитывать угол дросселя на основании подвергнутого приращению TIP, потока воздуха дросселя и MAP. Предполагаемому TIP может даваться приращение на подходящую величину. В одном из примеров, предполагаемому TIP может даваться приращение на фиксированную величину, такую как 1 кПа. В еще одном примере, предполагаемому TIP может даваться приращение на величину, которая меняется на основании числа оборотов двигателя. Например, если число оборотов двигателя является высоким, предполагаемому TIP может даваться приращение на большую величину, чем если бы число оборотов двигателя было низким, например, чтобы минимизировать вычислительную мощность, используемую для выполнения расчетов на более высоких числах оборотов двигателя, где большее количество расчетов выполняется процессором в более быстром темпе.
Дополнительно или в качестве альтернативы, предполагаемому TIP могут даваться приращения на величину, основанную на времени ожидания процессора, количестве впрысков или другом пригодном факторе, который указывает, насколько тяжело загружен процессор, или насколько точный требуется результат.
После того, как TA повторно рассчитан, способ 300 возвращается к началу цикла на 318, чтобы вновь определять, является ли предсказанный TA большим, чем командный TA. Приращение предполагаемого TIP и повторный расчет угла дросселя могут повторяться до тех пор, пока предсказанный TA уже не больше, чем командный TA, в какой момент, способ 300 переходит на 322.
На 322, определяется, является ли предполагаемое TIP большим, чем или равным максимальному TIP. Если да, способ 300 переходит на 324, чтобы устанавливать логически выведенное TIP в качестве максимального TIP, и способ 300 переходит на 334. Если предполагаемое TIP (то есть, предполагаемое TIP, которое давало предсказанный угол дросселя, который меньше или равен действующему углу дросселя, как определено выше) является меньшим, чем максимальное TIP, способ 300 переходит на 326, чтобы интерполировать логически выведенное значение TIP в качестве значения между предыдущими двумя предполагаемыми значениями TIP. Для хорошего осуществления на практике кодирования, этот расчет имеет защиту от деления на ноль, которая сохраняет последнее значение, если делитель в уравнении имеет значение ноль. На 328, определяется, является ли логически выведенное TIP возрастающим или убывающим, посредством контроля изменения логически выведенного TIP от логически выведенных ранее TIP. Если логически выведенное TIP возрастает, способ 300 переходит на 330, чтобы использовать постоянную времени для повышения TIP, наряду с тем, что, если логически выведенное TIP не возрастает, способ 300 переходит на 332, чтобы использовать постоянную времени для понижения TIP. Как 330, так и 332, а также 324, 316 и 304, переходят на 334, где, если указано, логически выведенное TIP фильтруется на основании определенной постоянной времени. Посредством использования постоянных времени возрастания или убывания, может моделироваться разность между аспектами наполнения/опустошения нарастания и затухания наддува. При действии таким образом, может достигаться точное соответствие между действующими рабочими характеристиками и моделированными рабочими характеристиками. Способ 300 затем осуществляет возврат.
Таким образом, способ 300 предусматривает логический вывод давления на входе дросселя с использованием модели дросселя. Модель дросселя типично устанавливается, чтобы рассчитывать угол дросселя при заданных измеренных TIP, MAP и рассчитанном потоке воздуха дросселя. Начиная с начального предполагаемого значения TIP, модель может использоваться для расчета предсказанного угла дросселя, который сравнивается действующим углом дросселя, заданным командой контроллера. Если предсказанный и командный углы дросселя являются разными, начальное предполагаемое TIP настраивается (например, повышается с приращениями) до тех пор, пока не найдено предполагаемое значение TIP, которое дает предсказанный TA, который равен командному TA. Это предполагаемое TIP затем устанавливается в качестве логически выведенного TIP. Если заключительное увеличенное приращениями TIP предусматривает предсказанный TA, который является меньшим, чем командный TA (то есть, если TIP дается приращение с первого TIP, которое дает предсказанный TA, который больше, чем командный TA, до второго TIP, которое дает предсказанный TA, который является меньшим, чем командный TA), значение TIP между первым TIP и вторым TIP может использоваться в качестве логически выведенного TIP.
Логически выведенное TIP может сравниваться с измеренным TIP. Если два значения TIP являются разными, логически выведенное значение TIP может использоваться вместо измеренного значения TIP по меньшей мере до тех пор, пока проверка нормальности или процедура диагностики не выполнена над датчиком TIP, чтобы гарантировать, что датчик TIP не подвергнут ухудшению характеристик. При действии таким образом, проблемы сгорания в двигателе могут избегаться, когда датчик TIP подвергнут ухудшению характеристик, в то время как выполняется процедура диагностики TIP.
Таким образом, в одном из вариантов осуществления, способ для двигателя, имеющего дроссель, содержит, если логически выведенное значение давления на входе дросселя (TIP) отличается от измеренного значения TIP, настройку перепускной заслонки для отработавших газов турбонагнетателя на основании логически выведенного значения TIP, а не на основании измеренного значения TIP, логически выведенное значение TIP основано на потоке воздуха через дроссель, угле дросселя и абсолютном давлении в коллекторе (MAP).
Способ дополнительно может содержать определение измеренного значения TIP на основании выходного значения датчика TIP, расположенного выше по потоку от дросселя. Если логически выведенное значение TIP отличается от измеренного значения TIP, способ дополнительно может содержать выполнение проверку нормальности датчика над датчиком TIP. Если ухудшение характеристик датчика TIP подтверждено проверкой нормальности датчика, перепускная заслонка для отработавших газов может продолжать настраиваться на основании последующих логически выведенных значений TIP. Если ухудшение характеристик датчика TIP не подтверждено проверкой нормальности датчика, перепускная заслонка для отработавших газов может настраиваться на основании последующих измеренных значений TIP.
Поток через дроссель может определяться на основании модели наполнения цилиндра, которая определяет поток через дроссель на основании изменения MAP. Логический вывод значения TIP может содержать: установку первого предполагаемого значения TIP, чтобы оно было равным MAP; расчет угла дросселя на основании первого предполагаемого значения TIP, потока через дроссель и MAP; сравнение рассчитанного угла дросселя с командным углом дросселя; и если рассчитанный угол дросселя меньше или равен командному углу дросселя, установку первого предполагаемого значения TIP в качестве логически выведенного значения TIP. Если рассчитанный угол дросселя больше, чем командный угол дросселя, логический вывод значения TIP может включать в себя повышение приращениями первого предполагаемого TIP и повторный расчет угла дросселя до тех пор, пока первому предполагаемому значению TIP не будет дано приращение до второго предполагаемого значения TIP, которое дает в результате рассчитанный угол дросселя, меньший или равный действующему углу дросселя. Если второе предполагаемое значение TIP дает в результате рассчитанный угол дросселя, равный действующему углу дросселя, второе предполагаемое значение TIP может устанавливаться в качестве логически выведенного значения TIP. Если второе предполагаемое значение TIP дает в результате рассчитанный угол дросселя, меньший, чем действующий угол дросселя, логически выведенное значение TIP может логически выводиться в качестве находящегося между различными двумя предполагаемыми значениями TIP. Если логически выведенное значение TIP равно измеренному значению TIP, способ может включать в себя настройку перепускной заслонки для отработавших газов на основании измеренного значения TIP.
Еще один вариант осуществления способа для двигателя с турбонаддувом, имеющего дроссель, содержит логический вывод давления на входе дросселя (TIP) на основании потока воздуха через дроссель, угла дросселя и абсолютного давления в коллекторе (MAP); измерение TIP датчиком TIP, расположенным выше по потоку от дросселя; если логически выведенное TIP находится в пределах порогового диапазона от измеренного TIP, настройку давления наддува двигателя на основании измеренного TIP; и если логически выведенное TIP находится вне порогового диапазона от измеренного TIP, настройку давления наддува на основании логически выведенного TIP.
Логический вывод TIP на основании потока воздуха через дроссель, угла дросселя и MAP дополнительно может содержать: определение потока через дроссель на основании скорости изменения MAP; начальное предположение, что логически выведенное TIP равно наименьшему возможному TIP; расчет предсказанного угла дросселя на основании наименьшего возможного TIP, потока через дроссель и MAP; сравнение предсказанного угла дросселя с командным углом дросселя; если предсказанный угол дросселя меньше или равен командному углу дросселя, подтверждение, что логически выведенное TIP является наименьшим возможным TIP; и если рассчитанный угол дросселя больше, чем командный угол дросселя, повышение приращениями предполагаемого TIP от наименьшего возможного TIP и повторный расчет предсказанного угла дросселя до тех пор, пока предполагаемому TIP не будет дано приращение до окончательного предполагаемого значения TIP, которое дает в результате рассчитанный угол дросселя, равный действующему углу дросселя.
Наименьшее возможное TIP может быть MAP или барометрическим давлением. Повышение приращениями предполагаемого TIP может содержать повышение приращениями предполагаемого TIP на величину, основанную на числе оборотов двигателя. Настройка давления наддува может содержать настройку положения перепускной заслонки для отработавших газов, присоединенной в параллель турбине турбонагнетателя. Способ дополнительно может содержать, если логически выведенное TIP находится вне порогового диапазона от измеренного TIP, выполнение проверки нормальности датчика TIP, чтобы определять, подвергнут ли датчик TIP ухудшению характеристик.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящей заявки, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Конкретные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машинно-читаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Будет принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.