СПОСОБ И СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ УСТРОЙСТВА СОЗДАНИЯ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКУЮ СИСТЕМУ
METHOD AND SYSTEM (EMBODIMENTS) OF CONTROLLING TEMPERATURE OF DEVICE FOR GENERATING PRESSURIZATION OF VEHICLE AND VEHICLE COMPRISING SUCH SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и системе регулирования рабочей температуры устройства создания давления наддува, и в частности, но не исключительно относится к динамическому определению температурного сдвига, на который может быть увеличен предварительно определенный предел рабочей температуры устройства создания давления наддува.
Уровень техники
Устройства создания давления наддува, такие как турбокомпрессоры и нагнетатели, являются компонентами, которые могут быть установлены для двигателя транспортного средства для цели повышения давления воздуха, подаваемого к двигателю через впускной коллектор. Повышение давления подаваемого к двигателю воздуха может приводить к повышению эксплуатационной характеристики и/или эффективности двигателя.
Современные тенденции повышения эффективности двигателя и общей экономии топлива в транспортном средстве вынудили производителей транспортных средств использовать меньшие двигатели с повышенными номинальными выходными мощностями, что потребовало работы устройства создания давления наддува с более высокими давлениями наддува.
Однако величина, на которую может быть повышено давление воздуха, может ограничиваться пределом рабочей температуры устройства создания давления наддува, - например, максимальной температурой выходного газа. Превышение этого предела рабочей температуры может вызывать повреждение самого устройства создания давления наддува или компонентов внутри двигателя, что может снижать долгосрочную надежность транспортного средства. Поэтому рабочая температура устройства создания давления наддува ограничивается в соответствии с требованиями надежности транспортного средства. В результате эксплуатационная характеристика двигателя может ограничиваться пределом рабочей температуры устройства создания давления наддува.
Известен режим работы устройств создания давления наддува на максимальных рабочих параметрах, например, по существу при максимальной рабочей температуре и/или по существу при максимальном рабочем давлении наддува, так что эффективность и эксплуатационная характеристика транспортного средства повышаются до максимума. Однако желательно, чтобы устройство создания давления наддува могло работать в короткие периоды времени с превышением предела рабочей температуры. При этом давление наддува устройства создания давления наддува может быть повышено во время определенных ситуаций, таких как маневры при обгоне и движение по крутому подъему, без ущерба для долгосрочной надежности устройства создания давления наддува.
Раскрытие изобретения
Согласно первому аспекту изобретения создан способ регулирования температуры устройства создания давления наддува для транспортного средства, содержащий: определение температурного сдвига, на который может быть повышен предварительно определенный предел рабочей температуры устройства создания давления наддува, причем температурный сдвиг является функцией предварительно определенного максимального температурного сдвига и динамического коэффициента пересчета. Устройство создания давления наддува может быть нагнетателем, турбокомпрессором или устройством создания давления наддува любого другого типа.
Динамический коэффициент пересчета может быть функцией изменения во времени рабочей температуры устройства создания давления наддува. Так например, динамический коэффициент пересчета может быть низким, например, близким к нулю, если рабочие температуры до этого были высокими. С другой стороны, динамический коэффициент пересчета может быть высоким, например, близким к единице, если рабочие температуры до этого были низкими.
Динамический коэффициент пересчета может определяться интегратором. Вводом в интегратор может быть первый интеграл, выражающий разность между первой рабочей температурой и предварительно определенным пределом рабочей температуры устройства создания давления наддува за предварительно определенный период времени. Другим вводом в интегратор может быть второй интеграл, выражающий разность между последующей второй рабочей температурой и предварительно определенным пределом рабочей температуры устройства создания давления наддува за предварительно определенный период времени.
Первый интеграл может быть определенным интегралом или приближенным интегралом, выражающим разность между рабочей температурой и предварительно определенным пределом рабочей температуры устройства создания давления наддува за предварительно определенный период времени. Второй интеграл может быть определенным интегралом или приближенным интегралом, выражающим разность между рабочей температурой и предварительно определенным пределом рабочей температуры устройства создания давления наддува за предварительно определенный период времени.
Вводами в интегратор может быть множество интегралов, выражающих разности между последовательными рабочими температурами и предварительно определенным пределом рабочей температуры устройства создания давления наддува за предварительно определенные периоды времени. Так например, вводы в интегратор могут содержать любое разумное число интегралов, которые могут использоваться для определения температурного сдвига.
Предварительно определенный период времени может быть выбран в соответствии с требуемой точностью интегратора. Предварительно определенный период времени может быть компромиссом между скоростью решения и точностью решения. Предварительно определенный период времени может составлять примерно 0,02 с или может иметь любую другую подходящую величину.
Динамический коэффициент пересчета может иметь минимальную величину, равную 0. Динамический коэффициент пересчета может иметь максимальную величину, равную 1. Если вычислено, что динамический коэффициент пересчета должен быть меньше 0, он должен быть установлен равным 0. Если вычислено, что динамический коэффициент пересчета должен быть больше 1, он должен быть установлен равным 1.
Предварительно определенный предел рабочей температуры устройства создания давления наддува и/или предварительно определенный максимальный температурный сдвиг могут быть выбраны в соответствии с требованиями по надежности устройства создания давления наддува. Предварительно определенный предел рабочей температуры устройства создания давления наддува и/или предварительно определенный максимальный температурный сдвиг могут быть выбраны в соответствии с требованиями по эксплуатационной характеристике устройства создания давления наддува и/или транспортного средства. Предварительно определенный предел рабочей температуры устройства создания давления наддува и/или предварительно определенный максимальный температурный сдвиг могут быть выбраны в соответствии с давлением окружающей среды. Предварительно определенный предел рабочей температуры устройства создания давления наддува и/или предварительно определенный максимальный температурный сдвиг могут быть выбраны в соответствии с фактором старения устройства создания давления наддува и/или транспортного средства. Предварительно определенный предел рабочей температуры устройства создания давления наддува и/или предварительно определенный максимальный температурный сдвиг могут быть переменными или постоянными величинами.
Согласно второму аспекту изобретения создана система регулирования температуры устройства создания давления наддува для транспортного средства, содержащая: один или большее число датчиков, предназначенных для измерения температуры устройства создания давления наддува; и устройство управления, выполненное с возможностью определения температурного сдвига, на который может быть повышен предварительно определенный предел рабочей температуры устройства создания давления наддува, причем температурный сдвиг является функцией предварительно определенного максимального температурного сдвига и динамического коэффициента пересчета.
Система может дополнительно содержать один или большее число датчиков, предназначенных для измерения рабочих давлений в устройстве создания давления наддува и/или давления окружающей среды.
Изобретение обеспечивает также программное обеспечение, такое как компьютерную программу или компьютерный программный продукт для выполнения любого из описанных способов и машиночитаемую среду с записанной на ней программой для выполнения любого из описанных способов. Реализующая изобретение компьютерная программа может быть записана на машиночитаемой среде или она может, например, иметь вид сигнала, такого как загружаемый сигнал данных, обеспечиваемый с веб-сайта Интернета, или может иметь любой другой вид.
Далее, устройство управления может быть выполнено с возможностью выполнения любого их упомянутых способов.
Транспортное средство или двигатель могут содержать упомянутую систему регулирования температуры устройства создания давления наддува.
Краткий перечень чертежей
На чертежах:
фиг. 1 изображает блок-схему, которая описывает способ определения температурного сдвига ΔΤ,
фиг. 2 изображает блок-схему, которая описывает способ определения первого интеграла, второго интеграла, динамического коэффициента пересчета и температурного сдвига ΔΤ,
x
LIM
фиг. 3A и 3B изображают диаграммы в функции времени рабочей температуры T, предварительно определенного предела T рабочей температуры и температурного сдвига ΔΤ устройства создания давления наддува,
фиг. 4 изображает систему для регулирования температуры устройства создания давления наддува для транспортного средства.
Осуществление изобретения
LIM
MAX
Способ регулирования температуры устройства создания давления наддува для транспортного средства представлен на фиг. 1. Способ содержит шаг 100 определения температурного сдвига ΔΤ, на который может быть повышен предварительно определенный предел T рабочей температуры устройства создания давления наддува, причем температурный сдвиг ΔΤ является функцией предварительно определенного максимального температурного сдвига ΔΤ и динамического коэффициента SF (scaling factor) пересчета. Устройство создания давления наддува может быть, например, турбокомпрессором или нагнетателем для двигателя транспортного средства, причем устройство создания давления наддува подвергается непосредственному воздействию рабочей температуры устройства создания давления наддува. Поэтому желательно повысить до максимума повышение давления, которое может быть получено от устройства создания давления наддува, так что эксплуатационная характеристика двигателя может быть повышена до максимума во время определенных ситуаций, таких как маневры при обгоне или движение по крутым подъемам.
LIM
LIM
Предварительно определенный предел T рабочей температуры может быть выбран в соответствии с требованиями по надежности устройства создания давления наддува. Так например, работа устройства создания давления наддува при слишком высокой температуре в течение продолжительного периода времени может вызывать повреждение устройства создания давления наддува или компонентов впускной системы двигателя, что может вызывать потерю эффективности устройства создания давления наддува и потерю эксплуатационной характеристики двигателя. Поэтому предварительно определенный предел T рабочей температуры может быть выбран с целью снижения риска повреждения в результате работы устройства создания давления наддува с превышением этой температуры в течение продолжительного периода времени.
LIM
LIM
x
LIM
Однако устройство создания давления наддува может работать в короткие периоды времени с превышением предварительно определенного предела T рабочей температуры без риска повреждения каких-либо компонентов. Как таковой предварительно определенный предел T рабочей температуры устройства создания давления наддува может быть повышен на величину температурного сдвига ΔΤ на короткие периоды времени, в течение которых рабочая температура T устройства создания давления наддува, такая как температура выходного газа, может быть ограничена до величины выше предварительно определенного предела T рабочей температуры. Таким путем повышение давления, которое может давать устройство создания давления наддува, может быть повышено на короткие периоды времени.
max
LIM
max
Предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T также может быть выбран в соответствии с требованиями по надежности устройства создания давления наддува, поскольку работа с превышением этой температуры может вызывать значительное повреждение устройства создания давления наддува и/или компонентов впускной системы двигателя. Поэтому температурный сдвиг ΔΤ является ступенью, на которую может быть повышен предварительно определенный предел T рабочей температуры, и ограничивается предварительно определенным максимальным температурным сдвигом ∆T. Поэтому динамический коэффициент SF пересчета используется для мгновенного вычисления ступени, на которую может быть повышен температурный сдвиг ΔΤ. Так например, температурный сдвиг ΔΤ может быть вычислен следующим образом:
1
2
1
LIM
1
2
LIM
2
1
2
1
2
Динамический коэффициент SF пересчета может быть определен интегратором, который может быть, по меньшей мере, частью устройства 13 управления транспортного средства. Вводами в интегратор могут быть первый интеграл I и второй интеграл I. Первый интеграл I может выражать разность между предварительно определенным пределом T рабочей температуры и первой рабочей температурой T устройства создания давления наддува за предварительно определенный период ∆t времени. Второй интеграл I может выражать разность между предварительно определенным пределом T рабочей температуры и последующей второй рабочей температурой T устройства создания давления наддува за предварительно определенный период ∆t времени. Первый интеграл I и второй интеграл I могут быть определенными интегралами или приближенными интегралами, например, интегралом, полученным интегрированием методом прямоугольников, методом трапеций или любым другим ступенчатым методом. Первый и второй интегралы I, I могут быть выражены следующим образом:
LIM
LIM
max
Динамический коэффициент SF пересчета может быть ограничен до минимальной величины, равной 0, и/или до максимальной величины, равной 1. При этом температурный сдвиг ΔΤ ограничен до диапазона температур в рамках от нижнего предела, то есть от предварительно определенного предела T рабочей температуры, и до верхнего предела, то есть суммы предварительно определенного предела T рабочей температуры и предварительно определенного максимального температурного сдвига ∆T. Если вычислено, что динамический коэффициент пересчета должен быть меньше 0, он должен быть установлен равным 0. Если вычислено, что динамический коэффициент пересчета должен быть больше 1, он должен быть установлен равным 1.
LIM
max
LIM
max
Далее, фиг. 2 и 3 описывают способ определения температурного сдвига ΔΤ. Способ содержит первый шаг 210 выбора предварительно определенного предела T рабочей температуры и предварительно определенного максимального температурного сдвига ∆T в соответствии с требованиями к устройству создания давления наддува и/или к транспортному средству. Так например, предварительно определенный предел T рабочей температуры может быть установлен на 180°C, а предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T может быть установлен на 10°C, как это показано на фиг. 3.
1
1
1
LIM
1
1
LIM
Далее, способ содержит второй шаг 220 определения первого интеграла I, причем первый интеграл I является функцией первой рабочей температуры Т, предварительно определенного предела T рабочей температуры и периода t времени. В показанном на фиг. 2 примере первый интеграл I является произведением разности между первой рабочей температурой T в начале периода времени и предварительно определенным пределом T рабочей температуры и предварительно определенного периода ∆t времени. Предварительно определенный период ∆t времени может быть равен, например, 0,02 с. Однако предварительно определенный период ∆t времени может быть любой подходящей величиной. Так например, продолжительность предварительно определенного периода ∆t времени может быть выбрана такой, чтобы давать подходящий динамический коэффициент SF пересчета.
2
2
2
LIM
Далее, способ содержит шаг 230 определения второго интеграла I, причем второй интеграл I является функцией второй рабочей температуры T, предварительно определенного предела T рабочей температуры и периода ∆t времени.
1
2
1
2
Далее, способ содержит четвертый шаг 240 определения динамического коэффициента SF пересчета, который является функцией первого интеграла I и второго интеграла I. В показанном на фиг. 2 примере динамический коэффициент SF пересчета определяют суммированием первого интеграла I и второго интеграла I. Так например, динамический коэффициент SF пересчета может быть вычислен следующим образом:
max
max
LIM
Далее, способ содержит шаг 100 определения с температурного сдвига ΔΤ, который является функцией предварительно определенного максимального температурного сдвига ∆T и динамического коэффициента SF пересчета. В показанном на фиг. 2 примере температурный сдвиг ΔΤ является произведением предварительно определенного максимального температурного сдвига ∆T и динамического коэффициента SF пересчета. Таким образом, способ по изобретению определяет ступень, на которую предварительно определенный предел T рабочей температуры может быть повышен на короткий период времени.
x
На фиг. 3A и 3B показан пример способа в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. A показана рабочая температура T устройства создания давления наддува в функции времени, а на фиг. 3B показан температурный сдвиг ΔΤ устройства создания давления наддува в функции времени.
x
LIM
max
LIM
x
x
LIM
x
LIM
Фиг. 3B показывает, что рабочая температура T устройства создания давления наддува постоянна и составляет 160°C в первые секунды работы, что является показателем того, что требуемое давление наддува постоянно. Предварительно определенный предел T рабочей температуры установлен на 180°C. В этом примере во время первых 5 секунд допустимый температурный сдвиг ΔΤ динамически определяется таким, что температурный сдвиг ΔΤ приближается к предварительно определенному максимальному температурному сдвигу ∆T в 10°. Таким образом, максимальная рабочая температура устройства создания давления наддува ограничивается до суммы предварительно определенного предела T рабочей температуры и температурного сдвига ΔΤ, то есть она равна 190°. После исходных 5 секунд работы требования к давлению наддува изменяются таким образом, что требуется максимальное повышение. В результате рабочая температура T устройства создания давления наддува повышается до максимального предела, то есть до 190°C. В этой точке рабочая температура T выше предварительно определенного предела T рабочей температуры. Температурный сдвиг ΔΤ как таковой пересчитывается с помощью динамического коэффициента SF таким образом, что допустимый температурный сдвиг ΔΤ приближается к нулю, причем рабочая температура T устройства создания давления наддува по существу ограничена до предварительно определенного предела T, то есть до 180°C. Таким путем имеющееся в распоряжении давление наддува от устройства создания давления наддува повышается на короткий период времени при сохранении долгосрочной надежности устройства создания давления наддува.
LIM
max
На фиг. 4 показана система 300 в соответствии с изобретением. Система 300 содержит один или несколько датчиков 21 температуры, предназначенных для измерения одной или нескольких температур устройства создания давления наддува. Далее, система 300 содержит устройство 13 управления, предназначенное для определения температурного сдвига ΔΤ, на который может быть повышен предварительно определенный предел T рабочей температуры устройства создания давления наддува, причем температурный сдвиг ΔΤ является функцией предварительно определенного максимального температурного сдвига ∆T и динамического коэффициента SF пересчета. Система 300 может дополнительно содержать один или несколько датчиков давления, предназначенных для измерения рабочих давлений в устройстве создания давления наддува и/или давления окружающей среды.
max
LIM
max
LIM
Предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T и/или предварительно определенный предел T рабочей температуры могут выбираться в соответствии с требованиями по надежности устройства создания давления наддува и/или транспортного средства. Так например, предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T и/или предварительно определенный предел T рабочей температуры могут быть установлены на более высоком уровне, если ожидаемый срок службы устройства создания давления наддува короток. При этом повышение давления устройством создания давления наддува может быть увеличено до максимума без серьезного учета надежности устройства создания давления наддува на долгосрочный период.
max
LIM
max
LIM
Дополнительно и/или альтернативно предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T и/или предварительно определенный предел T рабочей температуры могут выбираться в соответствии с фактором старения устройства создания давления наддува. Так например, предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T и/или предварительно определенный предел T рабочей температуры могут быть установлены на более низком уровне, в тех устройствах создания давления наддува, которые совершили большее число рабочих циклов, чем в тех устройствах создания давления наддува, которые совершили меньшее число рабочих циклов. Фактор старения может определяться через соответствующие промежутки срока службы и может выбираться в соответствии с установленной степенью износа устройства создания давления наддува.
max
LIM
max
LIM
Дополнительно и/или альтернативно предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T и/или предварительно определенный предел T рабочей температуры могут выбираться в соответствии с давлением окружающей среды устройства создания давления наддува. Так например, предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T и/или предварительно определенный предел T рабочей температуры могут быть установлены на более высоком уровне при установке на транспортном средстве, которое работает на большей высоте над уровнем моря. При этом устройство создания давления наддува способно создавать более высокое давление, чтобы компенсировать пониженное давление окружающей среды на этих высотах над уровнем моря.
max
LIM
max
LIM
Предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T и/или предварительно определенный предел T рабочей температуры могут быть установлены на постоянные величины и/или могут быть переменными в зависимости от эксплуатационных требований к устройству создания давления наддува и/или к транспортному средству. Так например, может быть предусмотрена автоматическая регулировка фактора старения при увеличении числа рабочих циклов устройства создания давления наддува. В другом примере устройство 13 управления может быть выполнено с возможностью определения условий среды, окружающей транспортное средство. Устройство управления может быть выполнено с возможностью определения атмосферного давления и/или температуры среди прочих переменных условий. Предварительно определенный максимальный температурный сдвиг ∆T и/или предварительно определенный предел T рабочей температуры могут изменяться в соответствии с изменяющимися условиями среды, так что надежность и/или эксплуатационная характеристика устройства создания давления наддува приводится к максимуму в соответствии с условиями окружающей среды.
LIM
Таким образом, предварительно определенный предел T рабочей температуры может превышаться на короткие периоды времени с соблюдением долгосрочного предела после этих коротких периодов.