Способ и система для регулирования впрыска воды
METHOD AND SYSTEM FOR REGULATING WATER INJECTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для регулирования использования воды в двигателе, соединенном с транспортным средством, содержащим гибридный узел «ведущий мост - коробка передач» и систему аккумулирования энергии.
Уровень техники и сущность изобретения
Двигатели внутреннего сгорания могут содержать системы впрыска воды, осуществляющие впрыск воды во множество мест, например, впускной коллектор выше по потоку от цилиндров двигателя или непосредственно в них. Впрыск воды в двигателе обеспечивает ряд преимуществ, например, повышение топливной экономичности и эксплуатационных характеристик двигателя, а также сокращение выбросов от двигателя. В частности, при впрыске воды во впускную систему или цилиндры двигателя происходит передача тепла от всасываемого воздуха и/или компонентов двигателя с испарением воды, что ведет к охлаждению заряда. Впрыск воды во всасываемый воздух (например, во впускном коллекторе) понижает как температуру всасываемого воздуха, так и температуру сгорания в цилиндрах двигателя. Охлаждение заряда всасываемого воздуха позволяет снизить предрасположенность к детонации без обогащения воздушно-топливного отношения сжигаемой смеси. Это также обеспечивает возможность повышения степени сжатия, изменения момента зажигания в сторону опережения, улучшения показателей при работе по внешней скоростной характеристике и снижения температуры отработавших газов. В результате, возрастает топливная экономичность. Кроме того, результатом роста объемного КПД может стать рост крутящего момента. Снижение температуры сгорания при впрыске воды позволяет сократить выбросы оксидов азота (NOx), а более экономичная топливная смесь (с меньшим обогащением) позволяет снизить выбросы угарного газа и углеводородов.
Системы управления двигателем выполнены с возможностью выбора времени применения впрыска воды в зависимости от параметров работы двигателя, например, ограничений по детонации в двигателе. Один пример решения раскрыт Сурнилла с соавторами в US 8,096,283. Согласно данному решению, применение воды зависит от запаса воды, границ детонации, потребностей в разбавлении и ограничений по зажиганию. Еще один пример решения раскрыт Коннором в US 5,148,776. Данное решение предусматривает регулирование применения воды в зависимости от необходимой величины охлаждения для борьбы с преждевременным воспламенением топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки указанных решений. Например, в случае впрыска воды в двигатель со ступенчатой трансмиссией, оптимальное повышение топливной экономичности за счет впрыска воды может не быть реализовано из-за постоянного передаточного числа трансмиссии. В частности, при том или ином водительском запросе, в зависимости от того, происходит ли впрыск топлива или нет, может иметь место постоянный диапазон частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, соответствующий водительскому запросу. Контроллер двигателя может применять впрыск воды в зависимости от запаса воды в транспортном средстве. Однако при переходе от работы с впрыском воды к работе без впрыска воды и наоборот могут иметь место ограничения в работе двигателя при соответствующей комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, могущие уменьшить преимущество топливной экономичности, обеспечиваемое указанным переходом. Например, когда впрыск воды не применяют, могут возрасти ограничения по детонации в двигателе при высоких нагрузках. Как следствие, оптимальная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя для указанного водительского запроса может быть отлична от той, что была бы в случае применения впрыска воды. Еще один недостаток состоит в том, что частые изменения водительских команд через педаль могут привести колебаниям нагрузки двигателя и, как следствие, частым включениям и выключениям впрыска воды. Чрезмерно частые переключения могут снизить топливную экономичность из-за потерь при переходах и сократить срок службы деталей. Кроме того, частые переключения могут привести к резким изменениям частоты вращения/нагрузки и воздушно-топливного отношения. Данный недостаток может быть еще сильнее выражен в гибридном транспортном средстве, где могут происходить многократные повышения и понижения нагрузки двигателя (например, во время частых событий запуска/останова), причем двигатель перезапускают или глушат во время движения транспортного средства.
Авторы настоящего изобретения установили, что эксплуатационный КПД гибридного силового агрегата можно повысить (например, до максимума) путем определения наиболее экономичного состояния впрыска воды при той или иной запрашиваемой водителем мощности, с одновременной компенсацией за счет мощности от аккумулятора и, дополнительно, с одновременным сглаживанием скачков крутящего момента за счет крутящего момента мотора. В частности, мощность от аккумулятора можно применять для снижения частоты изменений состояния впрыска воды с одновременным повышением эксплуатационного КПД без необходимости учета соответствующих ограничений и выбора в пользу одних параметров в ущерб другим. Кроме того, преимущества двигателя, выполненного с возможностью впрыска воды, в части топливной экономичности можно использовать эффективнее при совместном использовании с гибридным узлом «ведущий мост - коробка передач» (например, модульной гибридной трансмиссией или МГТ), обеспечивающим возможность регулирования частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя в зависимости от применения (и запаса) воды с одновременным поддержанием выходной мощности двигателя. В одном примере экономию топлива может увеличить способ для гибридного транспортного средства, содержащего двигатель, выполненный с возможностью впрыска воды, и модульный гибридный узел «ведущий мост - коробка передач» (МГТ). Способ может содержать шаги, на которых: для того или иного уровня мощности, сравнивают первую экономию топлива без впрыска воды при первой величине компенсации за счет запаса мощности системы аккумулирования энергии со второй экономией топлива с впрыском воды при первой скорректированной комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя и второй величине компенсации за счет запаса мощности; если вторая экономия топлива превышает первую, и запас воды выше порогового, впрыскивают в двигатель некоторое количество воды и переходят на первую скорректированную комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя; и, если первая экономия топлива превышает вторую или запас воды ниже порогового, осуществляют работу двигателя без впрыска воды и переходят на вторую скорректированную комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя.
Например, система гибридного транспортного средства может быть выполнена с электромотором, питаемым от аккумулятора, для приведения в движение колес транспортного средства за счет крутящего момента мотора, двигателем, выполненным с возможностью впрыска воды, и гибридным узлом «ведущий мост - коробка передач» (например, МГТ). Воду можно впрыскивать из водяного бака во впускной коллектор двигателя одноточечным впрыском и/или впрыском во впускные каналы, и/или непосредственно в цилиндр двигателя. При том или ином водительском запросе, контроллер может быть выполнен с возможностью сравнения соотношений топливной экономичности и мощности с впрыском воды и без него. Контроллер также может вычислить экономичность каждого из состояний впрыска воды с диапазоном компенсаций за счет аккумулятора, причем энергетический КПД электрической системы в части выработки, аккумулирования, разрядки и приведения в движение суммируют с энергетическим КПД двигателя для определения общего КПД для каждого возможного варианта компенсации за счет аккумулятора. Варианты компенсации за счет аккумулятора могут быть определены в зависимости от степени заряженности аккумулятора системы и могут включать в себя положительную компенсацию (при которой мощность аккумулятора путем его разрядки используют для повышения выходной мощности двигателя) и отрицательную компенсацию (при которой мощность аккумулятора путем его зарядки используют для регулирования выходной мощности двигателя). Затем контроллер может сделать выбор между сохранением текущего состояния впрыска воды (с компенсацией за счет аккумулятора или без нее) и переходом в другое состояние впрыска воды (с компенсацией за счет аккумулятора или без нее) путем сравнения соответствующих величин топливной экономичности. А именно, если за счет перехода к другому состоянию впрыска воды будет достигнут рост экономичности выше порогового, переход может быть выполнен, в противном случае - может быть сохранено текущее состояние впрыска воды. Кроме того, может быть применена компенсация за счет аккумулятора, соответствующая более экономичному состоянию. Любые переходные явления, возникающие во время перехода, могут быть сглажены за счет крутящего момента мотора. Кроме того, после того, как будет выбрано более экономичное состояние впрыска воды, контроллер может, за счет регулировок крутящего момента мотора и регулировок гибридного узла «ведущий мост - коробка передач», эксплуатировать двигатель в узком диапазоне комбинаций частоты вращения двигателя и нагрузок, в котором происходит оптимизация экономичности выбранного состояния впрыска воды с одновременным поддержанием того или иного уровня мощности транспортного средства. Например, для преодоления детонации, ожидаемой во время работы без впрыска воды, контроллер двигателя может выбрать передаточное число МГТ для повышения частоты вращения двигателя с одновременным снижением нагрузки двигателя для поддержания требуемой выходной мощности двигателя. Аналогичным образом, во время работы с включенным впрыском воды, может быть выбрано передаточное число МГТ для снижения частоты вращения двигателя (относительно предыдущей частоты вращения двигателя, когда впрыск воды был выключен) с одновременным повышением нагрузки (по сравнению с нагрузкой, когда впрыск воды был выключен). Поскольку количество воды в баке ограничено, контроллер транспортного средства может быть нацелен на использование воды только в случае достижения заранее заданного роста топливной экономичности, поэтому он осуществляет впрыск воды и корректирует комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки только тогда, когда рост экономичности «с водой» относительно экономичности при той или иной комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки «без воды» превышает пороговый.
Так можно увеличить преимущества в части топливной экономичности. Технический эффект, достигаемый введением технологии впрыска воды в транспортном средстве с МГТ, состоит в возможности более эффективного использования преимуществ в части топливной экономичности для той или иной запрашиваемой водителем мощности. В частности, можно регулировать частоту вращения и крутящий момент двигателя для той или иной запрашиваемой водителем мощности для уменьшения ограничений по детонации при более высоких нагрузках и для повышения максимальной нагрузки и снижения потерь на трение при более низких нагрузках, учитывая при этом изменения границ детонации, обусловленные впрыском воды. Один технический эффект использования мощности от аккумулятора для продления работы двигателя с тем или иным состоянием впрыска воды состоит в снижении потерь, связанных с частыми изменениями состояния впрыска воды. В частности, за счет мощности от аккумулятора можно поддерживать работу двигателя в том или ином текущем состоянии впрыска воды при более экономичной мощности. Во время работы двигателя с более экономичным состоянием впрыска воды, мощность от аккумулятора можно использовать до того или иного порога для компенсации разности выходной мощности. Во время работы двигателя с более эффективным и экономичным состоянием впрыска воды, за счет регулировок МГТ можно продлить работу двигателя с впрыском воды, невзирая на изменения запрашиваемого водителем крутящего момента или запрашиваемого крутящего момента на колесе, а в условиях, когда преимущество впрыска воды невелико, за счет регулировок МГТ можно продлить работу двигателя без впрыска воды, невзирая на изменения запрашиваемого водителем крутящего момента или запрашиваемого крутящего момента на колесе. Оптимизация использования воды позволяет продлить преимущества впрыска воды на более длительную часть ездового цикла даже при ограниченном запасе воды. Таким образом, двигатель можно эксплуатировать с впрыском воды с одновременным повышением экономии топлива для того или иного водительского запроса путем повышения максимальной нагрузки, которая может быть достигнута без детонации, или, иными словами, путем повышения предела детонации.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Заявляемый предмет изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание фигур чертежей
Фиг. 1 иллюстрирует пример силовой установки для гибридно-электрического транспортного средства.
На Фиг. 2 изображена принципиальная схема системы двигателя, содержащей систему впрыска воды.
На Фиг. 3 изображена высокоуровневая блок-схема выбора состояния впрыска воды для применения в системе двигателя на Фиг. 1 в зависимости от одновременных корректировок профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя посредством регулировок гибридного узла «ведущий мост - коробка передач».
На Фиг. 4А-4В изображены диаграммы, иллюстрирующие ограничения в работе транспортного средства со ступенчатой трансмиссией.
На Фиг. 5-6 изображены примеры диаграммы для выбора применения воды и вариантов компенсации за счет аккумулятора для удовлетворения водительского запроса.
На Фиг. 7 представлены примеры применения воды и регулировок гибридного узла «ведущий мост - коробка передач» во время работы гибридного транспортного средства.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для повышения экономии топлива в системе гибридного транспортного средства с гибридным узлом «ведущий мост - коробка передач», например, в системе транспортного средства на Фиг. 1. Система транспортного средства может содержать двигатель, выполненный с возможностью впрыска воды, как раскрыто на примере системы двигателя на Фиг. 2. Контроллер может быть выполнен с возможностью реализации алгоритма управления, например, алгоритма на Фиг. 3, для выбора состояния впрыска воды (включенного или выключенного) в зависимости от запаса воды с одновременной корректировкой профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя посредством регулировок кинематического передаточного числа гибридного узла «ведущий мост - коробка передач» и компенсаций за счет мощности от аккумулятора для лучшего использования преимуществ экономии топлива, создаваемых впрыском воды. Пример диаграммы с возможностью использования контроллером для выбора между сохранением того или иного состояния впрыска воды и переходом к другому раскрыт на Фиг. 5-6. Компенсацию за счет мощности от аккумулятора (в том числе, положительную и отрицательную компенсации мощности) можно применять для преодоления ограничений, связанных с работой ступенчатой трансмиссии, как раскрыто на Фиг. 4А-4В. Пример работы двигателя с применением воды, компенсациями за счет мощности от аккумулятора и регулировками гибридного узла «ведущий мост - коробка передач» раскрыт на Фиг. 7. Таким образом, технологию впрыска воды можно использовать совместно с технологией гибридного транспортного средства с взаимным усилением эффективности для достижения значительного повышения экономии топлива.
На Фиг. 1 изображена гибридная силовая установка 100 для транспортного средства. В изображенном варианте осуществления транспортное средство представляет собой гибридно-электрическое транспортное средство ГЭТС, при этом другие варианты осуществления могу представлять собой гибридные транспортные средства, содержащие гидравлические, пневматические, маховичные или иные системы аккумулирования энергии и моторы. Силовая установка 100 содержит двигатель 10 внутреннего сгорания. Топливо в каждый цилиндр двигателя 10 может поступать из топливной системы (не показана), содержащей один или несколько топливных баков, один или несколько топливных насосов и форсунки. Вариант осуществления двигателя детально раскрыт на примере Фиг. 2.
Гибридная силовая передача 18 содержит первый источник мощности в форме двигателя 10 и второй источник мощности в форме мотора 26 с возможностью отбора мощности из аккумулятора 54 или другого устройства аккумулирования энергии. Двигатель 10 может быть функционально связан со стартером 70 с возможностью его использования для запуска двигателя 10, когда нужен дополнительный крутящий момент. Электрическая машина, в данном случае представленная в виде тягового мотора 26, может быть функционально связана с силовой передачей 18 и расположена между двигателем 10 и трансмиссией 44 или коробкой передач. Двигатель 10 выполнен с возможностью выборочного соединения с мотором 26 и трансмиссией 44 посредством муфты 62 расцепления. Передача крутящего момента от двигателя 10 и мотора 26 может происходить через силовую передачу 18 в трансмиссию 44, подающую крутящий момент для приведения в действие колес 52.
Гидротрансформатор 60 может быть установлен между трансмиссией 44 и двигателем 10 и/или мотором 26 для передачи крутящего момента через трансмиссию 44 колесам 52. В другом примере вместо гидротрансформатора может быть установлена пусковая муфта.
Транспортное средство может содержать контроллер 68, например, контроллер системы транспортного средства КСТС, для управления различными системами и подсистемами транспортного средства. Контроллер 68 может содержать машиночитаемые носители данных разных типов для реализации энергозависимых и/или постоянных запоминающих устройств. Контроллер 68 выполнен с возможностью связи с одним или несколькими датчиками и исполнительными устройствами (не показаны). В число одного или нескольких датчиков может входить, например, датчик 64 момента, установленный для измерения крутящего момента, подводимого к трансмиссии 44.
В одном варианте осуществления контроллер 68 представляет собой КСТС, содержащий блок 12 управления двигателем БУД и блок 66 управления трансмиссией БУТ. БУД 12 электрически соединен с двигателем 10 для управления работой двигателя. БУТ 66 электрически соединен с мотором 26 и трансмиссией 44 и управляет их работой. БУД 12 выполнен с возможностью связи с БУТ 66 и другими контроллерами (не показаны) по сети транспортного средства с использованием протокола общей шины (например, CAN) по одному или нескольким вариантам осуществления раскрываемого изобретения. Несмотря на то, что в иллюстрируемом варианте раскрыты функциональные элементы КСТС 66 для управления силовым агрегатом с МГТ, содержащиеся в двух контроллерах (БУД 12 и БУТ 66), другие варианты осуществления гибридного транспортного средства могут содержать единственный контроллер КСТС и/или иную комбинацию контроллеров для управления силовым агрегатом с МГТ.
Переключение передач в автоматической трансмиссии сопровождается включением и/или выключением множества фрикционных элементов (например, дисковых сцеплений, ленточных тормозов и т.п.), изменяющих соотношения частоты вращения двигателя и крутящего момента путем изменения конфигурации шестерен. Фрикционные элементы можно приводить в действие гидравлическими, механическими средствами или посредством иных стратегий с использованием одного или нескольких соответствующих исполнительных устройств, выполненных с возможностью связи с контроллером на базе микропроцессорного устройства для реализации той или иной стратегии управления в зависимости от сигналов от одного или нескольких датчиков. Возможная комбинация конфигураций шестерен определяет общее количество ступеней передаточного числа.
Во время типового события синхронного повышения передачи от конфигурации шестерен более низкой передачи к конфигурации шестерен более высокой передачи, происходит снижение и передаточного числа (определяемого как отношение числа оборотов ведущего вала к числу оборотов ведомого вала автоматической трансмиссии), и отношения крутящих моментов (определяемого как отношение крутящего момента на ведомом валу к крутящему моменту на ведущем валу автоматической трансмиссии). Во время события повышения передачи фрикционный элемент (именуемый «отходящее сцепление» ОС), относящийся к конфигурации шестерен более низкой передачи, выходит из зацепления, при этом другой фрикционный элемент (именуемый «наступающее сцепление» НС), относящийся к конфигурации шестерен более высокой передачи, входит в зацепление.
В раскрытом примере трансмиссия представляет собой модульную гибридную трансмиссию (МГТ) 44, в настоящем описании также именуемую «гибридный узел «ведущий мост - коробка передач», содержащую механические и гидравлические средства управления для системы с несколькими фиксированными ступенчатыми передачами с постоянным передаточным числом с возможностью установки в несколько положений скоростей переднего хода, заднего хода и в нейтральное положение. МГТ может представлять собой автоматическую трансмиссию с постоянными кинематическими передаточными числами, схожую с другими механическими трансмиссия, имеющими ограниченное количество постоянных передаточных чисел (кинематических передаточных чисел). Например, частоту вращения двигателя можно снизить с одновременным соответствующим повышением нагрузки двигателя для поддержания выходной мощности путем перевода МГТ на более низкое кинематическое передаточное число. В качестве еще одного примера, частоту вращения двигателя можно повысить с одновременным соответствующим снижением нагрузки двигателя для поддержания выходной мощности путем перевода МГТ на более высокое кинематическое передаточное число.
При этом, в связи с тем, что кинематические передаточные числа являются постоянными, диапазон возможного регулирования частоты вращения двигателя ограничен. Данное ограничение графически отражено на диаграмме 400 на Фиг. 4А. На диаграмме 400 изменение частоты вращения двигателя во время работы на более высокой передаче МГТ представлено на графике 402, а изменение частоты вращения двигателя во время работы на более низкой передаче МГТ - соответственно на графике 404. Работа на более высокой передаче включает в себя работу с более высоким кинематическим передаточным числом, а работа на более низкой передаче - с более низким кинематическим передаточным числом. При той или иной скорости (Vs) транспортного средства, представленной графиком 405, двигатель может работать в первой рабочей точке 406, на более высокой передаче с первой, более низкой, частотой вращения двигателя (Spd1) и соответственно повышенной нагрузкой двигателя. Или же, для той же скорости транспортного средства 405, двигатель может работать во второй рабочей точке 408, на более низкой передаче со второй, более высокой, частотой вращения двигателя (Spd2) и соответственно пониженной нагрузкой двигателя. При этом двигатель не может работать с любой частотой вращения в диапазоне от Spd1 и Spd2 из-за постоянного передаточного числа. Для того или иного водительского запроса есть рабочая точка с определенной комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающей наивысшую производительность (то есть мощность наибольшей величины для некоторого количества топлива). Возможно изменение данной рабочей точки в зависимости от того, впрыскивают воду в двигатель или нет. При этом возможны условия, в которых ни рабочая точка 406, ни рабочая точка 408 не являются наиболее экономичными для данного водительского запроса и состояния впрыска воды.
Диаграмма 450 на Фиг. 4В графически отражает данное ограничение. В частности, на диаграмме 450 сопоставлены уровни топливной экономичности, относящиеся к разным состояниям впрыска воды для той или иной запрашиваемой водителем выходной мощности, а также уровни топливной экономичности, относящиеся к разным профилям комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя для того или иного состояния впрыска воды. Диаграмма 450 содержит первый график соотношения наилучшей экономичности и мощности с выключенным впрыском воды (впрыск воды_выключен), в настоящем описании также именуемую «первый предел 454 нагрузки с оптимальной топливной экономичностью» (обозначен сплошной линией). Диаграмма 450 также содержит второй график соотношения наилучшей экономичности и мощности с включенным впрыском воды (впрыск воды_включен), в настоящем описании также именуемую «второй предел 456 нагрузки с оптимальной экономичностью» (обозначен штриховой линией). Частота вращения двигателя представлена на кривых по оси х, а нагрузка или крутящий момент двигателя - по оси y. Комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, соответствующие тем или иным водительским запросам, предствлены на графике 458 мощности. График 458 мощности соответствует графику постоянной мощности для первой запрошенной мощности. Рабочие точки 462 и 460 двигателя на графике 458 отражают две такие комбинации, чей результат обеспечивает ту же (первую) выходную мощность двигателя. Кроме того, аналогичным образом могут быть построены графики, соответствующие более высокой и более низкой выходной мощности (здесь не показаны). Точка пересечения графика 458 мощности и первого предела 454 нагрузки с оптимальной топливной экономичностью представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя с максимальной экономичностью при работе двигателя с выключенным впрыском воды. Аналогичным образом, точка пересечения графика 458 и второго предела 456 нагрузки с оптимальной топливной экономичностью представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя с максимальной экономичностью при работе двигателя с включенным впрыском воды.
В раскрытом примере запрашиваемая водителем мощность 458 может быть обеспечена путем эксплуатации ступенчатой трансмиссии, например, МГТ на Фиг. 1, либо на более низкой, либо на более высокой передаче. При работе на более низкой передаче, запрашиваемая водителем мощность может быть создана двигателем, работающим с первой, более низкой, частотой вращения Spd_1 и более высокой нагрузкой двигателя в рабочей точке 462. Для сравнения, при работе на более высокой передаче, та же запрашиваемая водителем мощность может быть создана двигателем, работающим со второй, более высокой, частотой вращения Spd_2 и более низкой нагрузкой двигателя в рабочей точке 460. При этом ни одна из рабочих точек 460 и 462 не попадает на графики 456 и 454 максимальной экономичности. Иными словами, рабочие точки не представляют собой рабочие точки максимальной экономичности ни в одном из состояний впрыска воды. В связи с постоянным кинематическим передаточным числом МГТ, рабочая точка между 460 и 462, попадающая на график 456 или 454 максимальной экономичности также невозможна. В результате, показатели двигателя ниже, чем могли бы быть для данного водительского запроса.
Как подробно раскрыто на примерах Фиг. 3-6, по одной или нескольким таким диаграммам экономичности контроллер двигателя может определять наиболее экономичную рабочую точку, в которой можно эксплуатировать двигатель с впрыском воды или без него путем регулировок передаточного числа МГТ. Кроме того, если двигатель нельзя эксплуатировать в рабочей точке наибольшей экономичности, с впрыском воды или без него, из-за постоянных передаточных чисел, мощность от аккумулятора МГТ можно использовать для компенсации мощности от двигателя. Это обеспечивает возможность лучшего использования преимуществ экономии топлива, создаваемых при работе двигателя с впрыском воды. Выбор кинематического передаточного числа и состояния впрыска воды раскрыт на примерах Фиг. 5-6. В некоторых примерах с электромотором 26 может быть соединен с возможностью привода генератор, благодаря чему электрогенератор и электромотор 26 могут работать с использованием электроэнергии от устройства аккумулирования электроэнергии, в настоящем описании раскрытом как аккумулятор 54. В некоторых вариантах осуществления между аккумулятором и мотором может быть установлено устройство преобразования энергии, например, инвертор, для преобразования отдаваемого аккумулятором постоянного тока в отдаваемый переменный ток для использования электромотором. При этом в других вариантах инвертор может быть выполнен за одно целое с электромотором.
Электромотор 26 можно эксплуатировать в рекуперативном режиме, то есть в качестве генератора, для поглощения энергии от движения транспортного средства и/или двигателя и преобразования поглощенной кинетической энергии в энергию, подходящую для аккумулирования в аккумуляторе 54. При необходимости, электромотор 26 также можно эксплуатировать в качестве мотора или генератора для увеличения или поглощения крутящего момента, создаваемого двигателем, например, при переходе двигателя 10 из одного в другой режим сгорания (например, во время переходов из режима искрового зажигания в режим воспламенения от сжатия и наоборот). Например, в условиях, когда выходной крутящий момент двигателя превышает водительский запрос, избыток крутящего момента может быть поглощен на моторе и использован для зарядки аккумулятора, тем самым сгладив переходный крутящий момент.
Гибридную силовую установку 100 можно эксплуатировать в разных вариантах, в том числе в полногибридной системе, при которой транспортное средство приводят в действие только совместно двигатель и генератор, или только электромотор, или та или иная их комбинация. Или же возможны варианты параллельного или умеренного гибрида, в которых двигатель является основным источником крутящего момента, а электромотор выборочно создает дополнительный крутящий момент в определенных условиях, например, во время события нажатия педали акселератора. Соответственно, гибридную силовую установку 100 можно эксплуатировать в разных режимах работы.
Например, приведение транспортного средства в действие может происходить в первом режиме с включенным двигателем, в настоящем описании также именуемом «режим тяги от двигателя», в котором двигатель 10 эксплуатируют в качестве основного источника крутящего момента для подачи мощности на колеса 52. В режиме тяги от двигателя топливо в двигатель 10 может поступать из топливного бака через топливную форсунку с возможностью вращения двигателя с подачей топлива для обеспечения крутящего момента для приведения в движение транспортного средства. А именно, мощность от двигателя поступает в трансмиссию, в свою очередь подающую ее на колеса 52. Двигатель можно необязательно эксплуатировать для обеспечения крутящего момента величиной больше необходимой для приведения в движение транспортного средства, при этом дополнительную мощность поглощает мотор (в режиме генерации) для зарядки аккумулятора 54 или подачи электроэнергии другим потребителям транспортного средства. В данном режиме колеса транспортного средства приводят в движение только за счет мощности, создаваемой двигателем.
В еще одном примере транспортное средство можно приводить в действие во втором режиме с включенным двигателем, в настоящем описании также именуемом «параллельный режим». В параллельном режиме двигатель 10 эксплуатируют и используют в качестве основного источника крутящего момента для подачи мощности на колеса 52, а электромотор служит дополнительным источником крутящего момента для работы во взаимодействии с двигателем 10 и создания крутящего момента в дополнение к создаваемому двигателем 10. В параллельном режиме, как и в режиме тяги только от двигателя, в двигатель 10 поступает топливо для вращения двигателя с подачей топлива и подачи крутящего момента на колеса транспортного средства. В данном режиме колеса транспортного средства приводят в движение и за счет крутящего момента двигателя, и за счет крутящего момента мотора.
В еще одном примере транспортное средство можно приводить в действие в режиме с выключенным двигателем, в настоящем описании также именуемом «режим электрической тяги», в котором питаемый от аккумулятора электромотор 26 эксплуатируют и используют в качестве единственного источника крутящего момента для приведения в действие колес 52. В режиме с выключенным двигателем может не происходить впрыск топлива в двигатель 10 независимо от того, вращается он или нет. Режим с выключенным двигателем можно применять, например, при движении с постоянной средней эксплуатационной скоростью транспортного средства, во время торможения, слабого ускорения при низких скоростях, во время остановки у светофора и т.п. А именно, мощность от мотора подводят к колесам 52 для приведения их в действие. В данном режиме колеса транспортного средства приводят в движение только за счет крутящего момента мотора.
Контроллеры 12, 66 и 68 выполнены с возможностью приема входных данных от различных датчиков, обработки входных данных и приведения в действие исполнительных устройств в зависимости от результатов обработки входных данных в соответствии с командой или кодом, запрограммированными в них и соответствующими одному или нескольким алгоритмам. Алгоритмы управления раскрыты в настоящем описании на примере Фиг. 3.
Следует понимать, что, несмотря на то, что раскрытые в настоящем описании примеры относятся к гибридно-электрическому транспортному средству с электроприводным мотором, они не являются ограничивающими, и то же самое решение можно применять к другим системам гибридного транспортного средства, например, содержащим маховичный, гидравлический и/или пневматический мотор. Аналогичным образом, для обеспечения крутящего момента мотора можно использовать любую систему аккумулирования энергии, в том числе, помимо прочих, аккумулятор системы.
На Фиг. 2 раскрыт пример осуществления системы 100 двигателя, выполненной с системой 60 впрыска воды. Система 100 двигателя соединена с автомобилем 102, показанным схематически. Система 100 двигателя содержит двигатель 10, могущий представлять собой двигатель 10 на Фиг. 1. В изображенном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбокомпрессором 13, содержащим компрессор 14, приводимый от турбины 116. Свежий воздух поступает по заборному каналу 142 в двигатель 10 через воздухоочиститель 31 и течет в компрессор 14. Компрессор может представлять собой подходящий компрессор всасываемого воздуха, например приводимый от мотора или приводного вала компрессор турбокомпрессора. В системе 100 двигателя компрессор показан в виде компрессора турбокомпрессора, механически соединенного с турбиной 116 посредством вала 19, при этом турбину 116 приводят в действие расширяющиеся отработавшие газы двигателя. В одном варианте осуществления компрессор и турбина могут входить в состав турбокомпрессора с двойной улиткой. В еще одном варианте осуществления турбокомпрессор может представлять собой турбокомпрессор с изменяемой геометрией ТИГ, в котором геометрию турбины активно изменяют в зависимости от частоты вращения двигателя и прочих параметров работы.
Компрессор 14 на Фиг. 2 соединен через охладитель 118 наддувочного воздуха ОНВ с дроссельной заслонкой (например, впускным дросселем) 20. Например, ОНВ может представлять собой теплообменник охлаждения воздуха воздухом или воздуха хладагентом. Дроссельная заслонка 20 соединена с впускным коллектором 122 двигателя. Заряд горячего сжатого воздуха из компрессора 14 поступает во вход ОНВ 118, где происходит его охлаждение при прохождении через ОНВ, и покидает последний для прохождения через дроссельную заслонку 20 во впускной коллектор 122. В варианте осуществления на Фиг. 2 давление заряда воздуха во впускном коллекторе определяет датчик 224 давления воздуха в коллекторе ДВК, а давление наддува - датчик 124 давления наддува. Перепускной клапан компрессора (не показан) может быть установлен последовательно между входом и выходом компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может представлять собой нормально закрытый клапан, выполненный с возможностью открытия при определенных рабочих условиях для сброса чрезмерного давления наддува. Например, открытие перепускного клапана компрессора может происходить в связи с помпажем в компрессоре.
Впускной коллектор 122 соединен с рядом камер сгорания или цилиндров 180 через ряд впускных клапанов (не показаны) и впускных трактов (например, впускных каналов) 185. На Фиг. 2 впускной коллектор 122 показан установленным выше по потоку от всех камер 180 сгорания двигателя 10. Дополнительные датчики, например, датчик 33 температуры заряда в коллекторе ТЗК и датчик 125 температуры заряда воздуха ТЗВ могут быть установлены для определения температуры всасываемого воздуха в соответствующих местах в заборном канале. Например, по температуре воздуха, совместно с температурой хладагента двигателя, можно вычислять количество подаваемого в двигатель топлива. Каждая камера сгорания также может содержать датчик 183 детонации для выявления и взаимного различения событий аномального сгорания, например, детонации и преждевременного воспламенения. В других вариантах один или несколько датчиков 183 детонации могут быть установлены в выбранных местах блока цилиндров двигателя.
Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 136 через ряд выпускных клапанов (не показаны). Камеры 180 сгорания покрыты головкой 182 блока цилиндров и соединены с топливными форсунками 179 (несмотря на то, что на Фиг. 2 показана только одна топливная форсунка, каждая камера сгорания содержит соединенную с ней топливную форсунку). Топливо может поступать в топливную форсунку 179 по топливной системе (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. Топливная форсунка 179 может быть выполнена как форсунка непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в камеру 180 сгорания или как форсунка впрыска во впускной канал для впрыска топлива во впускной канал выше по потоку от впускного клапана камеры 180 сгорания.
В изображенном варианте осуществления показан одинарный выпускной коллектор 136. При этом в других вариантах осуществления выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора позволяют направлять отходы из разных камер сгорания в разные места в системе двигателя. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ показан соединенным с выпускным коллектором 136 выше по потоку от турбины 116. Или же вместо УДКОГ 126 можно использовать двухрежимный датчик кислорода в отработавших газах.
На Фиг. 2 показано, что отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора направляют в турбину 116 для приведения ее в действие. Когда нужно снизить крутящий момент турбины, некоторая часть отработавших газов может быть направлена через перепускную заслонку (не показана) в обход турбины. Затем объединенный поток из турбины и перепускной заслонки течет через устройство 170 снижения токсичности выбросов. Как правило, одно или несколько устройств 170 снижения токсичности выбросов могут представлять собой каталитические нейтрализаторы отработавших газов, выполненные с возможностью каталитической очистки потока отработавших газов и, тем самым, уменьшения содержания в нем одного или нескольких веществ.
Все отработавшие газы из устройства 170 снижения токсичности выбросов или их часть могут быть сброшены в атмосферу через выпускной канал 35. При этом, в зависимости от параметров работы, некоторая часть отработавших газов может быть перенаправлена в магистраль 151 рециркуляции отработавших газов РОГ, через охладитель 50 РОГ и клапан 152 РОГ во вход компрессора 14. Таким образом, компрессор выполнен с возможностью приема отработавших газов, отобранных из области ниже по потоку от турбины 116. Клапан 152 РОГ выполнен с возможностью открытия для пропуска регулируемого количества охлажденных отработавших газов во вход компрессора для достижения необходимых показателей в части сгорания и снижения токсичности выбросов. Таким образом, система 100 двигателя выполнена с возможностью обеспечения внешней РОГ низкого давления НД. Вращение компрессора, наряду с относительно длинным путем потока РОГ НД в системе 100 двигателя, обеспечивают отличную гомогенизацию отработавших газов в заряде всасываемого воздуха. Кроме того, расположение точек отбора и смешивания газов РОГ обеспечивает эффективное охлаждение отработавших газов для увеличения массы газов РОГ, которые могут быть использованы, и улучшения показателей. В других вариантах осуществления система РОГ может представлять собой систему РОГ высокого давления, при этом магистраль 151 РОГ соединяет область выше по потоку от турбины 116 с областью ниже по потоку от компрессора 14. В некоторых вариантах осуществления датчик 23 температуры заряда в коллекторе ТЗК может быть установлен с возможностью определения температуры заряда в коллекторе, в том числе воздуха и отработавших газов, рециркулирующих через магистраль 151 РОГ.
В камеру 180 сгорания также поступает вода и/или водяной пар по системе 60 впрыска воды. Впрыск воды из системы 60 впрыска воды может происходить во впускную систему двигателя или непосредственно в камеры 180 сгорания посредством одной или нескольких водяных форсунок 45-48. Например, впрыск воды во впускной коллектор 122 выше по потоку от дросселя 20, в настоящем описании также именуемый «центральный впрыск воды», может осуществлять водяная форсунка 45. В качестве еще одного примера, также можно осуществлять впрыск воды во впускной коллектор 122 ниже по потоку от дросселя посредством водяной форсунки 46. В еще одном примере воду можно впрыскивать в один или несколько впускных трактов (например, впускные каналы) 185 посредством водяной форсунки 48 (в настоящем описании такой впрыск также именуется «впрыск воды во впускные каналы»), и/или непосредственно в камеру 180 сгорания посредством водяной форсунки 47 (в настоящем описании это также именуется «непосредственный впрыск воды»). В одном варианте осуществления форсунка 48, расположенная во впускном тракте, может быть направлена под углом и обращена в сторону впускного клапана цилиндра, с которым соединен данный впускной тракт. В результате, форсунка 48 может впрыскивать воду непосредственно на впускной клапан, в результате чего испарение впрыснутой воды происходит быстрее, а водяной пар создает преимущество, состоящее в повышении степени разбавления. В еще одном варианте осуществления форсунка 48 может быть направлена под углом в сторону от впускного клапана и расположена с возможностью впрыска воды в направлении, противоположном направлению потока всасываемого воздуха по впускному тракту. В результате, большее количество впрыскиваемой воды может быть вовлечено в поток воздуха, что усиливает преимущество, создаваемое впрыском воды, в части охлаждения заряда.
Несмотря на то, что на Фиг. 1 показаны только типовые форсунка 47 и форсунка 48, каждая камера 180 сгорания и впускной тракт 185 могут содержать собственную форсунку. В других вариантах система 60 впрыска воды может содержать водяные форсунки, расположенные в одном или нескольких из указанных положений. Например, в одном варианте осуществления двигатель может содержать только водяную форсунку 46. В еще одном варианте осуществления двигатель может содержать и водяную форсунку 46, и водяные форсунки 48 (по одной в каждом впускном тракте), и водяные форсунки 47 (по одной в каждой камере сгорания).
Система 60 впрыска воды содержит бак 63 запаса воды, водоподкачивающий насос 162, систему 72 сбора и водоналивной канал 69. Воду, хранящуюся в водяном баке 63, подают на водяные форсунки 45-48 по водяной магистрали 61 и каналам 161. В вариантах осуществления, содержащих несколько форсунок, водяная магистраль 61 может содержать клапан 162 (например, распределительный клапан, многоходовой клапан, дозирующий клапан и т.п.) для направления воды в разные водяные форсунки по соответствующим каналам. Или же каждый канал 161 может содержать соответствующие клапаны в водяных форсунках 45-48 для регулирования потока воды через них. Помимо водоподкачивающего насоса 162, в каналах 161 могут быть установлены один или несколько дополнительных насосов для повышения давления воды, направляемой в форсунки, например, в канале, соединенном с водяной форсункой 47 непосредственного впрыска.
Бак 63 запаса воды может содержать датчик 65 уровня воды и датчик 67 температуры воды с возможностью передачи информации о параметрах воды в контроллер 12. Например, в условиях низкой температуры датчик 67 температуры воды определяет, замерзла ли вода в баке 63 или пригодна ли она для впрыска. В некоторых вариантах осуществления канал хладагента двигателя (не показан) может быть термически соединен с резервуаром 63 для размораживания замерзшей воды. Водитель транспортного средства может получать данные об уровне воды в водяном баке 63, определяемом датчиком 65 уровня воды, с возможностью их использования для регулирования работы двигателя. Например, для сообщения об уровне воды можно использовать водоуказатель или индикатор на приборной панели (не показана) транспортного средства. Если уровень воды в водяном баке 63 выше порогового, можно сделать вывод, что воды для впрыска достаточно, в связи с чем контроллер может включить впрыск воды. В противном случае, если уровень воды в водяном баке 63 ниже порогового, можно сделать вывод, что воды для впрыска недостаточно, в связи с чем контроллер может запретить впрыск воды.
В изображенном варианте осуществления бак 63 запаса воды выполнен с возможностью наполнения вручную через водоналивной канал 69 и/или автоматически посредством системы 72 сбора по каналу 76 заправки водяного бака. Система 72 сбора может быть соединена с одним или несколькими компонентами 74 транспортного средства для дозаправки бака запаса воды в транспортном средстве за счет конденсата, собранного из различных систем двигателя или транспортного средства. В одном примере система 72 сбора может быть соединена с системой РОГ для сбора водяного конденсата из отработавших газов, проходящих по системе РОГ. В еще одном примере система 72 сбора может быть соединена с системой кондиционирования воздуха (не показана) для сбора водяного конденсата из хладагента, проходящего через конденсатор. Канал 69 для заправки вручную может быть связан по текучей среде с фильтром 68, выполненным с возможностью удаления мелких примесей, содержащихся в воде. Слив 92, содержащий сливной клапан 91, выполнен с возможностью слива воды из бака 63 запаса воды за пределы транспортного средства (например, на дорогу), например, если будет установлено, что качество воды ниже того или иного порога, и вода непригодна для впрыска в двигатель (например, из-за низкой проводимости, высокого содержания твердых частиц и т.п.).
На Фиг. 2 также раскрыта система 28 управления. Система 28 управления может быть соединена с возможностью связи с различными компонентами системы 100 двигателя для выполнения раскрытых в настоящем описании алгоритмов управления и управляющих действий. Система 28 управления может содержать электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Контроллер 12 может принимать входные данные от множества датчиков 30, например, различных датчиков на Фиг. 1-2, принимать входные сигналы, в том числе сигналы положения передачи в трансмиссии, положения педали акселератора, запроса торможения, скорости транспортного средства, частоты вращения двигателя, массового расхода воздуха через двигатель, давления наддува, параметров окружающей среды (температуры, давления, влажности) и т.п. В число прочих датчиков входят: датчики ОНВ 118, например, температуры воздуха на входе ОНВ, датчик 125 ТЗВ и датчик 124 давления, датчик температуры воздуха на выходе ОНВ и датчик 23 ТЗК, датчик 183 детонации для определения воспламенения отработавших газов и/или распределения воды по цилиндрам и др. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на Фиг. 1-2 и задействует различные исполнительные устройства на Фиг. 1-2 для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и в соответствии с командами в памяти контроллера. Например, впрыск воды в двигатель может включать в себя регулирование длительности импульса форсунок 45-48 для изменения количества впрыскиваемой воды с одновременным регулированием момента впрыска воды и количества импульсов впрыска. В некоторых примерах в среду хранения могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой команды, исполняемые процессорным устройством для выполнения раскрытых ниже (например, на Фиг. 3) способов, а также других предусмотренных, но конкретно не перечисленных вариантов.
Таким образом, на Фиг. 1-2 предложена система транспортного средства, содержащая: двигатель; мотор, питаемый от системы аккумулирования энергии; топливную форсунку для подачи топлива из топливного бака в двигатель; водяную форсунку для подачи воды из водяного бака в двигатель; модульный гибридный узел «ведущий мост - коробка передач» (МГТ), соединяющий двигатель и мотор с колесами транспортного средства, при этом МГТ имеет множество кинематических передаточных чисел; и контроллер с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для совершения следующих действий: оценки первой экономичности, обеспечиваемой при эксплуатации двигателя с выключенной водяной форсункой и первой компенсацией мощности за счет системы аккумулирования энергии; оценки второй экономичности, обеспечиваемой при эксплуатации двигателя с включенной водяной форсункой и второй, другой, компенсацией мощности; если вторая экономичность выше первой, и уровень воды в водяном баке выше порогового, включения водяной форсунки, регулирования выходной мощности мотора для обеспечения второй компенсации мощности, и выбора одного из множества кинематических передаточных чисел МГТ для эксплуатации двигателя с первым измененным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя; и, если вторая экономичность ниже первой, или уровень воды в водяном баке ниже порогового, выключения водяной форсунки, регулирования выходной мощности мотора для обеспечения первой компенсации мощности и выбора другого из множества кинематических передаточных чисел МГТ для обеспечения второго измененного профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, отличного от первого измененного профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. В еще одном примере первый измененный профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя зависит от предела детонации в двигателе и трения в двигателе при работе с впрыском воды, причем второй измененный профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя зависит от предела детонации в двигателе и трения в двигателе при работе без впрыска воды, причем первый измененный профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя более низкую частоту вращения двигателя и более высокую нагрузку двигателя, чем второй измененный профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, причем выходная мощность двигателя с включенной водяной форсункой и первым измененным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя является такой же, как и выходная мощность двигателя с выключенной водяной форсункой и вторым измененным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя.
На Фиг. 3 раскрыт пример алгоритма 300 для координации регулирования выбранного состояния впрыска воды и работы мотора и регулирования кинематического передаточного числа модульной гибридной трансмиссии (МГТ) или гибридного узла «ведущий мост - коробка передач» в системе гибридного транспортного средства. Способ обеспечивает возможность продления работы двигателя с топливоэкономичным состоянием впрыска воды за счет регулировок крутящего момента мотора, невзирая на изменения запрашиваемого водителем крутящего момента. Кроме того, можно корректировать профиль силового агрегата, содержащего двигатель (в том числе, частоту вращения и нагрузку двигателя), с одновременным поддержанием запрошенной выходной мощности двигателя и использованием свойств впрыска воды в части охлаждения заряда (например, повышения детонационной стойкости и подавления детонации) и его преимуществ в части экономии топлива. Команды для реализации способа 300 и других раскрытых в настоящем описании способов может осуществлять контроллер в соответствии с командами в его памяти и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере Фиг. 1-2. Контроллер может задействовать исполнительные устройства двигателя и мотора системы гибридного транспортного средства для регулирования работы транспортного средства в соответствии с раскрытыми ниже способами. Например, контроллер может регулировать включение и длительность импульса водяной форсунки, подающей воду, и выбирать передаточное число МГТ для эксплуатации двигателя с выбранной частотой вращения двигателя.
На шаге 302 алгоритм предусматривает оценку и/или измерение параметров работы транспортного средства. В их число могут входить, например, запрашиваемый водителем крутящий момент (например, определяемый по выходному сигналу датчика положения педали, соединенного с водительской педалью), температура, давление и влажность окружающей среды, температура двигателя, степень заряженности аккумулятора, уровень топлива в топливном баке, уровень воды в водяном баке, октановое число имеющегося топлива и т.п. Кроме того, могут быть оценены параметры работы двигателя, например, давление в коллекторе (ДВК), расход воздуха через коллектор (МРВ), температура двигателя, температура каталитического нейтрализатора, температура на впуске, пределы детонации и т.п.
На шаге 304 способа выбирают режим работы транспортного средства в зависимости от результатов оценки параметров работы транспортного средства. Это включает в себя переход от приведения транспортного средства в движение за счет крутящего момента мотора к приведению его в действие за счет крутящего момента двигателя и наоборот в зависимости от параметров работы, в том числе водительского запроса. Например, режим работы на электрической тяге может быть выбран, если запрошен относительно низкий крутящий момент, если уровень топлива в топливном баке относительно низкий, и/или если степень заряженности аккумулятора относительно высокая. В режиме электрической тяги колеса транспортного средства можно приводить в движение только за счет крутящего момента мотора, создаваемого электромотором, питаемым от аккумулятора системы. В качестве еще одного примера, режим работы на тяге от двигателя может быть выбран, если запрошен относительно высокий крутящий момент, если уровень топлива в топливном баке относительно высокий, и/или степень заряженности аккумулятора относительно низкая. В режиме тяги от двигателя колеса транспортного средства можно приводить в движение только за счет крутящего момента двигателя, создаваемого двигателем. Кроме того, может быть выбран параллельный режим, если указанный крутящий момент превышает уровнь, который может быть создан только за счет крутящего момента двигателя. В этом случае колеса транспортного средства можно приводить в движение и за счет крутящего момента мотора, и за счет крутящего момента двигателя.
На шаге 306 можно проверить, были ли выбран режим электрической тяги. Если да, то на шаге 310 способа транспортное средство приводят в движение за счет крутящего момента мотора. Если будет установлено, что режим электрической тяги не был выбран, на шаге 308 можно проверить, был ли выбран режим тяги от двигателя. Если да, то на шаге 312 способа оценивают водительский запрос. В одном примере запрашиваемый водителем крутящий момент можно определить по положению водительской педали, например, положению педали акселератора. Гибридное транспортное средство может приводить в движение двигатель, работающий в первом состоянии впрыска воды (в котором впрыск воды может быть включен или выключен), в зависимости от водительского запроса, а также от изменения водительского запроса, при этом контроллер может выбирать между сохранением текущего состояния впрыска воды или переходом во второе, другое, состояние впрыска воды в зависимости от изменения водительского запроса и степени заряженности аккумулятора. Указанный выбор может также зависеть от преимуществ экономии топлива, достигаемых при использовании компенсации за счет мощности от аккумулятора.
А именно на шаге 314 способа сравнивают экономичность данного топлива двигателя в каждом из состояний впрыска воды для данного водительского запроса. В число разных состояний впрыска воды входят включенное состояние впрыска воды, в котором впрыск воды включен, и воду впрыскивают в двигатель (например, в цилиндр, во впускной канал или во впускной коллектор), и выключенное состояние впрыска воды, в котором впрыск воды выключен. Впрыск воды может быть включен только при наличии достаточного количества воды в водяном баке. Например, топливную экономичность двигателя с включенным впрыском воды можно сравнить с топливной экономичностью двигателя с выключенным впрыском воды.
В вариантах осуществления с несколькими вариантами водяных форсунок, можно сравнить топливную экономичность каждого из различных вариантов впрыска воды (например, непосредственного впрыска, впрыска во впускные каналы и центрального впрыска воды). Например, топливную экономичность при работе двигателя без впрыска воды можно сравнить с экономичностью при впрыске воды непосредственно в цилиндр двигателя через водяную форсунку непосредственного впрыска, и при впрыске воды во впускной канал выше по потоку от впускного клапана через водяную форсунку впрыска во впускной канал, а также при впрыске воды во впускной коллектор выше или ниже по потоку от впускного дросселя через водяную форсунку центрального впрыска воды.
В контексте настоящего описания, топливную экономичность двигателя можно определить, как количество работы, совершаемое с тем или иным количеством топлива в каждом из состояний впрыска воды, при этом общепринятым показателем для ее измерения в уровне технике является УРТТС (BSFC), что означает «удельный расход топлива на тормозном стенде». В одном примере контроллер может сравнить топливную экономичность указанных двух состояний впрыска воды путем сравнения удельного расхода топлива на тормозном стенде (УРТТС) двигателя для каждого из состояний. УРТТС двигателя в каждом из состояний впрыска воды может быть сохранен в виде таблиц, диаграмм и/или уравнений зависимости от параметров работы, например, ЧВД, нагрузки, крутящего момента, температуры, влажности, октанового числа топлива и т.п. В частности, для того или иного водительского запроса контроллер может определить УРТТС двигателя с выключенным впрыском воды, а затем определить экономичность, обратно пропорциональную УРТТС. Затем контроллер может определить необходимое количество воды для впрыска и вычислить топливную экономичность с включенным впрыском воды (в том числе топливную экономичность с результатом определения количества воды при ее подаче непосредственным впрыском, впрыском во впускные каналы и/или центральным впрыском), и определить экономичность как величину, обратно пропорциональную УРТТС.
На шаге 316 способа для данного водительского запроса определяют соотношение топливной экономичности и мощности для каждого из состояний впрыска воды с той или иной компенсацией за счет мощности от аккумулятора. Могут быть оценены различные компенсации за счет мощности от аккумулятора, при этом диапазон компенсации за счет мощности от аккумулятора выбирают в зависимости от текущей степени заряженности аккумулятора (характеризующей величину мощности в аккумуляторе, которая может быть отдана, а также величину зарядки, которая может быть принята аккумулятором). Компенсации за счет мощности от аккумулятора могут включать в себя повышение степени заряженности аккумулятора путем его зарядки за счет мощности от двигателя и снижение степени заряженности аккумулятора путем его разряжения для дополнения мощности от двигателя. Например, контроллер может вычислить экономичность (например, УРТТС) несколько раз для вариантов компенсации мощности от двигателя за счет аккумулятора 5, 10, -5 и -10 кВт. В данном случае, компенсации 5 и 10 кВт (положительные) подразумевают использование мощности от аккумулятора для повышения мощности от двигателя, при этом происходит разряжение аккумулятора для эксплуатации двигателя в более экономичной рабочей области. В отличие от них, компенсации -5, -10 кВт (отрицательные) подразумевают отбор мощности в аккумулятор за счет мощности от двигателя, при этом происходит зарядка аккумулятора за счет мощности от двигателя для эксплуатации двигателя в более экономичной рабочей области. В одном примере компенсации за счет мощности от аккумулятора, применяемые в первом состоянии впрыска воды (например, при включенном впрыске воды), могут быть отличны от компенсаций за счет мощности от аккумулятора во втором состоянии впрыска воды (например, при выключенном впрыске воды). В других примерах указанные компенсации могут быть одинаковыми. Примеры диаграмм с возможностью использования для определения компенсаций за счет мощности от аккумулятора раскрыты на Фиг. 5-6.
На шаге 318 способа определяют, возрастет ли экономичность двигателя на величину выше пороговой за счет изменения текущего состояния впрыска воды в двигатель на другое, с учетом ростов экономичности, достигаемых при применении компенсаций за счет мощности от аккумулятора.
В одном примере контроллер может определить количество топлива, необходимое для удовлетворения водительского запроса с впрыском воды и без него. В областях комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, в которых впрыск воды создает преимущество в виде подавления детонации, меньше используют запаздывание зажигания, благодаря чему происходит уменьшение общего количества топлива, необходимого для удовлетворения того или иного водительского запроса. Контроллер может может найти значение стоимости топлива и по нему вычислить стоимость эксплуатации двигателя с количеством топлива согласно результату определения количества топлива, необходимого для удовлетворения водительского запроса с впрыском воды и без него. Контроллер может разделить значение экономичности на стоимость топлива для получения результата оценки мощности на один доллар для каждого из состояний впрыска воды. Затем контроллер может найти результат оценки стоимости для мощности от аккумулятора (соответствующей компенсации за счет аккумулятора), исходя из средней за цикл экономичности для мощности от аккумулятора, создаваемой за счет двигателя. Контроллер может разделить значение экономичности, обеспечиваемой за счет подачи мощности от аккумулятора, на стоимость топлива с прибавлением стоимости мощности, необходимой для зарядки аккумулятора для получения результата оценки мощности от аккумулятора на один доллар. По результату сравнения указанных значений можно определить, достаточен ли рост экономичности для того, чтобы оправдать переход из одного состояния впрыска воды в другое.
Например, в тот или иной момент двигатель может работать с выключенным впрыском воды, и в связи с изменением водительского запроса может быть установлено, что переход к работе с включенным впрыском воды (в обоих случаях - без компенсации за счет аккумулятора) обеспечит рост топливной экономичности двигателя на величину выше пороговой. В еще одном примере, в тот или иной момент двигатель может работать с включенным впрыском воды, и в связи с изменением водительского запроса может быть установлено, что переход к работе с выключенным впрыском воды (в обоих случаях - без компенсации за счет аккумулятора) обеспечит рост топливной экономичности двигателя на величину выше пороговой. Контроллер выполнен с возможностью выбора состояния впрыска воды, обеспечивающего более низкий УРТТС, в качестве более экономичного состояния.
В еще одном примере контроллер может сравнить значения мощности на один доллар текущего состояния впрыска воды с разными компенсациями за счет мощности от аккумулятора и другого состояния впрыска воды с разными компенсациями за счет мощности от аккумулятора и выбрать сочетание состояния впрыска воды и компенсации за счет мощности от аккумулятора с наивысшим значением мощности на один доллар. Это включает в себя определение того, превышает ли стоимость эксплуатации двигателя с текущим состоянием впрыска воды с той или иной компенсацией за счет аккумулятора (или без нее) стоимость эксплуатации двигатель с другим состоянием впрыска воды с той или иной компенсацией за счет аккумулятора (или без нее). Кроме того, можно определить, превышает ли разность стоимостей пороговую величину.
Если экономичность двигателя не вырастет на величину, превышающую пороговую, на шаге 324 способа сохраняют текущее состояние впрыска воды в двигатель. То есть, если конечный результат с учетом перехода в другое состояние впрыска воды и компенсаций за счет мощности от аккумулятора означает потерю топлива, сохраняют текущее состояние впрыска воды в двигатель. В данном случае, если впрыск воды уже был включен, водяную форсунку оставляют включенной.
На шаге 326, при сохранении текущего состояния впрыска воды, контроллер может компенсировать недостаток мощности (при его наличии) для удовлетворения водительского запроса за счет крутящего момента мотора, создаваемого электромотором, соединенным с аккумулятором. Кроме того, на шаге 328 контроллер может отрегулировать МГТ для приведения профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя к оптимальному для выбранного состояния впрыска воды. Это может включать в себя сохранение заданного по умолчанию профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя с одновременным сохранением текущего состояния впрыска воды. Или же это может включать в себя коррекцию профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя для текущего состояния впрыска воды путем регулирования кинематического передаточного числа МГТ с одновременным сохранением текущего состояния впрыска воды. В вариантах осуществления с системой гибридного транспортного средства, не содержащей МГТ, двигатель можно удерживать в области комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, оптимальной для текущего состояния впрыска воды, за счет регулировок крутящего момента мотора.
Таким образом, регулировки крутящего момента мотора и/или МГТ позволяют корректировать профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя в текущем состоянии впрыска воды для достижения дополнительных преимуществ экономии топлива. Например, если в текущем состоянии впрыск воды включен, может быть выбрано передаточное число МГТ, обеспечивающее возможность снижения частоты вращения двигателя с одновременным повышением нагрузки двигателя за счет регулирования исполнительного устройства создания крутящего момента двигателя для снижения потерь на трение при низких нагрузках во время нахождения в текущем состоянии впрыска воды с одновременным поддержанием запрошенного уровня мощности двигателя. Или же, если в текущем состоянии впрыск воды выключен, пороговое значение может быть отрицательным, в связи с чем воду отключают, если впрыск воды создает некоторое преимущество, но оно очень мало. Это позволяет сэкономить воду для будущих событий, в которых преимущество топливной экономичности будет выше.
Если экономичность двигателя вырастет на величину выше пороговой, то есть окончательный результат с учетом перехода в другое состояние впрыска воды и/или компенсаций за счет мощности от аккумулятора будет представлять собой чистую выгоду, способ переходит на шаг 320 для проверки наличия каких-либо причин, делающих невозможным переход в другое состояние впрыска воды. В одном примере, если в текущем состоянии впрыск воды выключен, а другим состоянием является состояние с включенным впрыском воды, переход в указанное другое состояние может быть невозможен из-за того, что уровень воды в водяном баке системы впрыска воды ниже порогового или того, что величина запаса воды меньше необходимого для впрыска количества воды. В качестве еще одного примера, переход в другое состояние впрыска воды может быть невозможен из-за ухудшения характеристик того или иного компонента системы впрыска воды (например, ухудшения характеристик водяной форсунки, водяного насоса и т.п.). Кроме того, переход в другое состояние впрыска воды может быть невозможен из-за плохого результата оценки качества запаса воды (например, из-за низкой проводимости воды).
Если переход в другое состояние возможен, например, когда запас воды ограничен, на шаге 322 способ начинает перевод двигателя в более экономичное состояние впрыска воды путем регулировок соответствующих водяных форсунок. Например, если в указанном другом состоянии впрыск воды выключен, контроллер может направить сигнал выключения водяной форсунки (форсунок). В качестве еще одного примера, если в указанном другом состоянии впрыск воды включен, контроллер может направить сигнал длительности импульса водяной форсунке (форсункам), разрешающий подачу определенного количества воды данной форсункой в определенное место (места) (например, места центрального впрыска, впрыска во впускные каналы или непосредственного впрыска). Кроме того, применяют компенсацию за счет аккумулятора определенной величины. Это включает в себя регулировки крутящего момента мотора для выбора заданного значения мощности от аккумулятора, обеспечивающего определенную положительную или отрицательную компенсацию.
На шаге 328 контроллер может отрегулировать МГТ и двигатель для обеспечения профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, оптимального для выбранного состояния впрыска воды (например, профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, учитывающего любые ограничения по детонации). Например, двигатель может быть переведен в состояние с включенным впрыском воды с одновременным переводом МГТ на кинематическое передаточное число, снижающее частоту вращения двигателя. Одновременно могут быть отрегулированы одно или несколько исполнительных устройств двигателя для повышения нагрузки двигателя без изменения выходной мощности силового агрегата. В число указанных одного или нескольких исполнительных устройств двигателя могут входить, например, впускной дроссель двигателя, кулачки впускных и/или выпускных клапанов и момент зажигания. Например, контроллер может отрегулировать степень открытия впускного дросселя, выбрать фазы или профиль кулачкового распределения впускных и/или выпускных клапанов и изменить величину изменения момента зажигания в сторону запаздывания для повышения нагрузки двигателя, при этом нагрузку двигателя повышают на величину, зависящую от величины снижения частоты вращения двигателя, для сохранения без изменений выходной мощности силового агрегата.
Кроме того, на шаге 324, во время перехода из текущего в другое состояние впрыска воды, могут быть сглажены скачки крутящего момента за счет крутящего момента мотора. Таким образом, за счет мощности от аккумулятора сглаживают скачки крутящего момента путем заполнения провалов крутящего момента, вызванных изменениями состояния впрыска воды. Это обеспечивает дополнительное повышение экономии топлива за счет уменьшения необходимости изменения момента зажигания в сторону запаздывания, которое в ином случае потребовалось бы для сглаживания скачков крутящего момента. Крутящий момент мотора может быть создан за счет системы аккумулирования энергии, не ограниченной аккумулятором. В другом примере крутящий момент мотора может представлять собой крутящий момент электрического, и/или гидравлического, и/или маховичного мотора.
Если на шаге 320 будет установлено, что переход в другое состояние невозможен, на шаге 324 способа сохраняют текущее состояние впрыска воды в двигатель. То есть, даже если другое состояние впрыска воды более топливоэкономично для данного водительского запроса, контроллер может оставить двигатель в текущем состоянии впрыска воды ввиду невозможности обеспечения необходимого впрыска воды из-за ограничений системы впрыска воды. Или же контроллер может оставить двигатель в текущем состоянии впрыска воды во избежание чрезмерного расхода воды, когда запас воды ограничен. Как сказано выше, на шаге 324 контроллер может восполнить разность/недостаток мощности для удовлетворения потребности в крутящем моменте за счет мощности от аккумулятора. Мощность от аккумулятора можно использовать в пределах порога мощности от аккумулятора, в основе которого лежит степень заряженности аккумулятора. Кроме того, на шаге 328 контроллер может отрегулировать МГТ для обеспечения профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, оптимального для текущего состояния впрыска воды. Это может включать в себя сохранение заданного по умолчанию профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя с одновременным сохранением текущего состояния впрыска воды или коррекцию профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя для текущего состояния впрыска воды путем регулировок передаточного числа МГТ.
В одном примере, как раскрыто на Фиг. 5-6, из данных о топливной экономичности, полученных из диаграмм данных об областях топливной экономичности, для каждого из состояний впрыска воды могут быть выбраны две кривые наилучшей экономичности, которые контроллер может быстрее интерполировать в истинном масштабе времени. В ином случае, контроллер должен был бы выполнять оптимизацию для каждой диаграммы, а затем сделать попытку дополнительной опитмизации точки между двумя состояниями впрыска воды. Согласно предложенному решению, контроллер может использовать диаграммы областей топливной экономичности для предварительного определения кривой оптимальной экономичности. Затем, для текущей запрошенной мощности, контроллер может выполнить поиск кривых оптимальной экономичности для текущей рабочей мощности и оценить указанные две кривые для определения оптимальной экономичности. Контроллер может выполнить линейную интерполяцию между кривыми оптимальной экономичности для состояния с включенным впрыском воды и состояния с выключенным впрыском воды, а также для разных кинематических передаточных чисел, возможных в ступенчатой МГТ. Несмотря на то, что указанная кривая может не быть строго линейной, изменения могут быть в достаточной степени малыми для того, чтобы линейная аппроксимация была удовлетворительной аппроксимацией в истинном масштабе времени.
Таким образом, гибридное транспортное средство можно приводить в движение посредством двигателя, работающего в состоянии впрыска воды, выбранном в зависимости от водительского запроса и запаса воды в транспортном средстве; при этом, в связи с изменением водительского запроса, состояние впрыска воды может быть изменено в зависимости от изменения водительского запроса, степени заряженности системы аккумулирования энергии и запаса воды. В данном случае указанное изменение может включать в себя выбор между сохранением текущего состояния впрыска воды и переходом в другое состояние впрыска воды в зависимости от экономии топлива в текущем и в другом состоянии впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности в зависимости от степени заряженности, причем текущее состоянии впрыска воды представляет собой состояние с включенным впрыском воды или состояние с выключенным впрыском воды, а другое состояние впрыска воды представляет собой другое из двух состояний с включенным и выключенным впрыском воды, соответственно. Компенсация за счет запаса мощности, применяемая при первом состоянии впрыска воды, может быть отлична от компенсации за счет запаса мощности, применяемой при другом состоянии впрыска воды. Кроме того, компенсация за счет запаса мощности может включать в себя повышение степени заряженности путем зарядки системы аккумулирования энергии за счет крутящего момента двигателя или снижение степени заряженности путем отбора запаса мощности для дополнения крутящего момента двигателя. Указанный выбор может включать в себя переход в другое состояние впрыска воды, если экономия топлива, обеспечиваемая другим состоянием впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности, превышает экономию топлива, обеспечиваемую текущим состоянием впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности, на величину выше пороговой, и если доступный уровень воды в водяном баке выше порогового; и сохранение текущего состояния впрыска воды, если экономия топлива, обеспечиваемая другим состоянием впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности, меньше экономии топлива, обеспечиваемой текущим состоянием впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности, либо превышает ее на величину ниже пороговой, либо уровень воды в водяном баке ниже порогового. Кроме того, сохраняя текущее состояние впрыска воды, контроллер может компенсировать недостаток мощности для удовлетворения водительского запроса за счет крутящего момента от мотора, соединенного с системой аккумулирования энергии. В связи с сохранением текущего состояния впрыска воды, двигатель можно эксплуатировать с первым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, поддерживая уровень мощности транспортного средства за счет крутящего момента мотора, и, в связи с переходом в другое состояние впрыска воды, двигатель можно эксплуатировать со вторым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, поддерживая уровень мощности транспортного средства за счет крутящего момента мотора. В указанном случае, в основе первого скорректированного профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя может лежать предел детонации при работе двигателя с текущим состоянием впрыска воды, при этом в основе второго скорректированного профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя может предел детонации при работе двигателя с другим состоянием впрыска воды. Например, текущее состояние впрыска воды представляет собой состояние с включенным впрыском воды, при этом первая скорректированная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя частоту вращения двигателя ниже заданной по умолчанию и нагрузку двигателя выше заданной по умолчанию, причем другое состояние впрыска воды представляет собой состояние с выключенным впрыском воды, при этом вторая скорректированная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя частоту вращения двигателя выше заданной по умолчанию и нагрузку двигателя ниже заданной по умолчанию. Гибридное транспортное средство может содержать модульный гибридный узел «ведущий мост - коробка передач» (МГТ), при этом эксплуатация с первым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя может включать в себя выбор первого кинематического передаточного числа МГТ, соответствующего первому скорректированному профилю комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, при этом эксплуатация со вторым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя может включать в себя выбор второго, другого, кинематического передаточного числа МГТ, соответствующего второму скорректированному профилю комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. Уровень мощности двигателя можно поддерживать и при работе двигателя в текущем состоянии впрыска воды с первым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, и при работе двигателя в другом состоянии впрыска воды со второй скорректированной комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, причем уровень мощности представляет собой мощность, отдаваемую двигателем силового агрегата и определяемую как произведение нагрузки и частоты вращения двигателя. В контексте настоящего описания, эксплуатация двигателя в состоянии с включенным впрыском воды может включать в себя впрыск некоторого количества воды в двигатель непосредственным впрыском в цилиндр двигателя через водяную форсунку непосредственного впрыска, и/или впрыском во впускной канал выше по потоку от впускного клапана через водяную форсунку впрыска во впускной канал, и/или центральным впрыском во впускной коллектор, выше или ниже по потоку от впускного дросселя, через водяную форсунку центрального впрыска воды.
На Фиг. 5 раскрыт пример диаграммы 500 для сравнения уровней топливной экономичности, обеспечиваемой при разных состояниях впрыска воды, для той или иной запрашиваемой водителем выходной мощности, а также для сравнения уровней топливной экономичности, обеспечиваемой при разных профилях комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя для разных кинематических передаточных чисел МГТ в том или ином состоянии впрыска воды. В одном примере диаграмма на Фиг. 5 может быть сформирована во время калибровки двигателя и сохранена в памяти контроллера двигателя. Контроллер может впоследствии обращаться к диаграмме во время работы двигателя для определения того, сохранить ли текущее состояние впрыска воды или перейти в другое состояние впрыска воды, в зависимости от изменения водительского запроса. Кроме того, контроллер может обращаться к диаграмме для определения того, с каким кинематическим передаточным числом МГТ эксплуатировать двигатель, а также для определения того, какую компенсацию за счет мощности от аккумулятора можно применить для эксплуатации двигателя с максимальной топливной экономичностью с одновременным обеспечением запрошенной мощности. Таким образом, мощность от двигателя и мощность от аккумулятора можно использовать совместно для обеспечения запрошенной мощности, при этом эксплуатируя двигатель с наибольшой топливной экономичностью.
Диаграмма 500 на Фиг. 5 содержит первый график соотношения максимальной экономичности и мощности с выключенным впрыском воды (впрыск воды_выключен) на кривой 504 (в виде сплошной линии) и второй график соотношения максимальной экономичности и мощности с включенным впрыском воды (впрыск воды_включен) на кривой 506 (в виде штриховой линии). Кривые построены со значениями частоты вращения двигателя по оси х и нагрузки или крутящего момента двигателя по оси y. Графики постоянной отдаваемой мощности представлены в виде графиков 530 и 540 мощности. Каждый график постоянной отдаваемой мощности представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую ту или иную мощность. В раскрытом примере график 530 мощности представляет постоянную отдаваемую мощность 15 кВт, а график 540 мощности представляет постоянную отдаваемую мощность 20 кВт. Могут быть построены дополнительные подобные графики, соответствующие более высоким и более низким отдаваемым мощностям (здесь не показаны). Точка пересечения графика 530 мощности и кривой 504 представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую 15 кВт мощности с максимальной экономичностью при работе двигателя с выключенным впрыском воды. Аналогичным образом, точка пересечения графика 530 мощности и кривой 506 представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую 15 кВт мощности с максимальной экономичностью при работе двигателя с включенным впрыском воды. Аналогичным образом, точка пересечения графика 540 мощности и кривой 504 представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую 20 кВт мощности с максимальной экономичностью при работе двигателя с выключенным впрыском воды. Аналогичным образом, точка пересечения графика 540 мощности и кривой 506 представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую 20 кВт мощности с максимальной экономичностью при работе двигателя с включенным впрыском воды.
В раскрытом примере запрашиваемая водителем мощность составляет 20 кВт. Ее можно обеспечить путем эксплуатации двигателя в рабочей точке 518, причем в ступенчатой трансмиссии, например, МГТ на Фиг. 1, включена более низкая передача. В связи с выбором указанного более низкого передаточного числа, в рабочей точке 518 двигатель работает с первой, более низкой, частотой вращения Spd_11 и более высокой нагрузкой двигателя. При этом рабочая точка 518 находится за пределами кривых 506 и 504, в связи с чем не представляет собой наиболее экономичную рабочую точку.
В качестве другого примера, запрашиваемая водителем мощность 20 кВт может быть обеспечена путем эксплуатации двигателя в рабочей точке 520, причем в ступенчатой трансмиссии включена более высокая передача. В связи с выбором более высокого передаточного числа, в рабочей точке 520 двигатель работает со второй, более высокой, частотой вращения Spd_12 и более низкой нагрузкой двигателя. При этом рабочая точка 520 также находится за пределами кривых 506 и 504, в связи с чем не представляет собой наиболее экономичную рабочую точку.
Для повышения топливной экономичности в условиях ограниченного числа возможных комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки в связи с постоянным кинематическим передаточным числом трансмиссии, контроллер может эксплуатировать двигатель с компенсацией за счет мощности от аккумулятора, при этом выбирая кинематическое передаточное число, оптимизующее состояние впрыска воды (могущее представлять собой текущее или другое состояние впрыска воды). В раскрытом примере топливную экономичность повышают путем перемещения рабочей точки двигателя из 518 в 522. Рабочая точка представляет состояние двигателя, в котором максимальная экономичность обеспечена за счет работы трансмиссии на указанной более низкой передаче, с частотой вращения двигателя в Spd_11 и с включенным впрыском воды (поскольку она попадает на кривую 506). Таким образом, двигатель работает более экономично в рабочей точке 522 за счет включения впрыска воды (если до этого впрыск воды был выключен) или оставления впрыска воды включенным (если он уже был включен), а также за счет переключения на указанное более низкое кинематическое передаточное число МГТ (если до этого кинематическое передаточное число было другим) или сохранения более низкого кинематического передаточного числа МГТ (если она уже находилась на указанном более низком кинематическом передаточном числе). При этом рабочая точка 522 расположена на графике 530 мощности и представляет выходную мощность двигателя, более низкую чем запрошена водителем. В связи с этим, разность мощности между рабочими точками 522 и 518, в данном случае -отрицательную (то есть недостаток), устраняют посредством положительной компенсации 524 за счет мощности от аккумулятора. То есть мощность от аккумулятора, соответствующую разности между рабочими точками 518 и 522, передают посредством мотора колесам транспортного средства для обеспечения запрашиваемой водителем мощности, в связи с чем происходит снижение степени заряженности аккумулятора. Таким образом, в данном случае выходная мощность двигателя составляет 15 кВт, компенсация за счет аккумулятора составляет +5 кВт, а их комбинация обеспечивает запрашиваемую водителем мощность 20 кВт, подаваемую на колеса транспортного средства. Таким образом, водительский запрос может быть выполнен путем эксплуатации двигателя в том или ином состоянии впрыска воды, являющемся наиболее топливоэкономичным, и выбора постоянного кинематического передаточного числа, оптимизированного для данного состояния впрыска воды. Затем, в связи с тем, что мощность двигателя в указанной рабочей точке ниже запрошенной водителем, применяют компенсацию за счет аккумулятора, соответствующую недостатку мощности для удовлетворения водительского запроса.
На Фиг. 6 раскрыта диаграмма 600, представляющая собой еще один пример диаграммы для сравнения уровней топливной экономичности, обеспечиваемых при разных состояниях впрыска воды для той или иной запрашиваемой водителем выходной мощности, а также для сравнения уровней топливной экономичности, обеспечиваемых при разных профилях комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя для разных кинематических передаточных чисел МГТ в том или ином состоянии впрыска воды. В одном примере диаграмма на Фиг. 6 может быть сформирована во время калибровки двигателя и сохранена в памяти контроллера двигателя. Контроллер может впоследствии обращаться к данной диаграмме во время работы двигателя для определения того, сохранить ли текущее состояние впрыска воды или перейти в другое состояние впрыска воды в зависимости от изменения водительского запроса. Кроме того, контроллер может обращаться к диаграмме для определения того, с каким кинематическим передаточным числом МГТ эксплуатировать двигатель, а также для определения того, какую компенсацию за счет мощности от аккумулятора можно применить для эксплуатации двигателя с максимальной топливной экономичностью.
Диаграмма 600 на Фиг. 6 содержит первый график соотношения максимальной экономичности и мощности с выключенным впрыском воды (впрыск воды_выключен) на кривой 504 (в виде сплошной линии) и второй график соотношения максимальной экономичности и мощности с включенным впрыском воды (впрыск воды_включен) на кривой 506 (в виде штриховой линии). Кривые построены со значениями частоты вращения двигателя по оси х и нагрузки или крутящего момента двигателя по оси у. Графики постоянной отдаваемой мощности представлены в виде графиков 540 и 550 мощности. Каждый график постоянной отдаваемой мощности представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую ту или иную мощность. В раскрытом примере график 540 мощности представляет постоянную отдаваемую мощность 20 кВт, а график 550 мощности представляет постоянную отдаваемую мощность 25 кВт. Могут быть построены дополнительные подобные графики, соответствующие более высоким и более низким отдаваемым мощностям (здесь не показаны). Точка пересечения графика 540 мощности и кривой 504 представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую 20 кВт мощности с максимальной экономичностью при работе двигателя с выключенным впрыском воды. Аналогичным образом, точка пересечения графика 540 мощности и кривой 506 представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую 20 кВт мощности с максимальной экономичностью при работе двигателя с включенным впрыском воды. Аналогичным образом, точка пересечения графика 550 мощности и кривой 504 представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую 25 кВт мощности с максимальной экономичностью при работе двигателя с выключенным впрыском воды. Аналогичным образом, точка пересечения графика 550 мощности и кривой 506 представляет комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, обеспечивающую 25 кВт мощности с максимальной экономичностью при работе двигателя с включенным впрыском воды.
В раскрытом примере запрашиваемая водителем мощность составляет 20 кВт. Ее можно обеспечить путем эксплуатации двигатель в рабочей точке 618, причем в ступенчатой трансмиссии, например, МГТ на Фиг. 1, включена более низкая передача. В связи с выбором указанного более низкого передаточного числа, в рабочей точке 618 двигатель работает с первой, более низкой, частотой вращения Spd_21 и более высокой нагрузкой двигателя. При этом рабочая точка 618 находится за пределами кривых 506 и 504, в связи с чем не представляет собой наиболее экономичную рабочую точку.
В качестве другого примера, запрашиваемая водителем мощность 20 кВт может быть обеспечена путем эксплуатации двигателя в рабочей точке 620, причем в ступенчатой трансмиссии включена более высокая передача. В связи с выбором более высокого передаточного числа, в рабочей точке 620 двигатель работает со второй, более высокой, частотой вращения Spd_22 и более низкой нагрузкой двигателя. При этом рабочая точка 620 также находится за пределами кривых 506 и 504, в связи с чем не представляет собой наиболее экономичную рабочую точку.
Для повышения топливной экономичности в условиях ограниченного числа возможных комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки в связи с постоянным кинематическим передаточным числом трансмиссии, контроллер может эксплуатировать двигатель с компенсацией за счет мощности от аккумулятора, при этом выбирая кинематическое передаточное число, оптимизующее состояние впрыска воды (могущее представлять собой текущее или другое состояние впрыска воды). В раскрытом примере топливную экономичность повышают путем перемещения рабочей точки двигателя из 618 в 622. Рабочая точка представляет состояние двигателя, в котором максимальная экономичность обеспечена путем включения в трансмиссия указанной более высокой передачи, с частотой вращения двигателя в Spd_22 и с выключенным впрыском воды (поскольку она попадает на кривую 504). Таким образом, двигатель работает более экономично в рабочей точке 622 за счет выключения впрыска воды (если до этом впрыск воды был включен) или оставления впрыска воды выключенным (если он уже был выключен), а также переключением на указанное более высокое кинематическое передаточное число МГТ (если в ней было включено другое кинематическое передаточное число) или оставлением без изменений указанного более высокого кинематического передаточного числа МГТ (если в ней уже было включено указанное более высокое кинематическое передаточное число). При этом рабочая точка 622 расположена на графике 550 мощности и представляет более высокую выходную мощность двигателя, чем запрашиваемая водителем мощность. В связи с этим, разность мощности между рабочими точками 622 и 618, в данном случае - положительную (то есть избыток), устаняют посредством отрицательной компенсации за счет мощности от аккумулятора 624. То есть происходит отбор мощности, соответствующей разности рабочих точек 618 и 622, в мотор от колес транспортного средства для обеспечения запрашиваемой водителем мощности, при этом происходит рост степени заряженности аккумулятора. Таким образом, в данном случае выходная мощность двигателя составляет 25 кВт, компенсация за счет аккумулятора составляет -5 кВт, а их комбинация обеспечивает запрашиваемую водителем мощность 20 кВт, подаваемую на колеса транспортного средства. Таким образом, водительский запрос может быть выполнен путем эксплуатации двигателя в том или ином состоянии впрыска воды, являющемся наиболее топливоэкономичным, и выбора постоянного кинематического передаточного числа, оптимизированного для данного состояния впрыска воды. Далее, в связи с тем, что мощность двигателя в указанной рабочей точке превышает водительский запрос, применяют компенсацию за счет аккумулятора, соответствующую превышению водительского запроса.
Таким образом, для того или иного водительского запроса, контроллер двигателя может оценить первую экономию топлива, обеспечиваемую сохранением первого состояния впрыска воды, в котором впрыск воды выключен, и вторую экономию топлива, обеспечиваемую переходом во второе состояние впрыска воды, в котором впрыск воды включен, при работе со скорректированным с учетом детонации профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. Если вторая экономия топлива превышает первую, контроллер может установить, что переход обеспечить большую топливную экономичность, и перевести двигатель во второе состояние впрыска воды. Кроме того, контроллер может перевести двигатель на скорректированный с учетом детонации профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя путем регулировок кинематического передаточного числа МГТ. Кроме того, контроллер может осуществить перевод двигателя и устранить любую разность мощности двигателя и запрошенной мощности посредством компенсаций за счет мощности от аккумулятора.
На Фиг. 7 раскрыт пример регулировок расхода топлива, координированых с регулировками гибридного узла «ведущий мост - коробка передач» и крутящего момента мотора в системе гибридного транспортного средства в виде диаграммы 700. Диаграмма 700 иллюстрирует изменения частоты вращения двигателя на кривой 702, нагрузки двигателя на кривой 704 и мощности двигателя на кривой 706 относительно водительского запроса 707. Диаграмма 700 также иллюстрирует частоту вращения мотора для электромотора гибридного транспортного средства на кривой 708, изменения степени заряженности аккумулятора, соединенного с электромотором, на кривой 710, выбор состояния впрыска воды (между первым состоянием с выключенным впрыском воды и вторым состоянием с включенным впрыском воды) на кривой 712, признак детонации на кривой 716, и запас воды для впрыска воды (например, по выходному сигналу датчика уровня, соединенного с водяным баком) на кривой 718. Все кривые отражают изменения во времени (по оси х). Значимые моменты времени работы транспортного средства указаны в t1-t4. Следует понимать, что в контексте настоящего описания, мощность двигателя определяют как произведение частоты вращения двигателя и нагрузки (или крутящего момента) двигателя. Кроме того, комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя регулируют за счет регулировок кинематического передаточного числа МГТ, установленной между двигателем и выходным валом. В представленном примере состояние впрыска воды можно изменять от включенного до выключенного и наоборот, при этом в других примерах возможно несколько включенных состояний, каждое из которых соответствует отличному от других режиму/месту впрыска воды (например, непосредственному впрыску, впрыску во впускной канал или центральному впрыску воды).
До t1 гибридное транспортное средство работает в режиме тяги от двигателя, при этом колеса транспортного средства приводят в движение только за счет крутящего момента двигателя (кривая 706). В одном примере транспортное средство работает в режиме тяги от двигателя в связи с относительно высоким водительским запросом (кривая 707, штриховая линия). В связи с приведением транспортного средства в движение за счет крутящего момента двигателя, электромотор выключен (кривая 708), а СЗ аккумулятора может оставаться без изменений (кривая 710). В частности, до t1, выходную мощность двигателя, соответствующую водительскому запросу, обеспечивают за счет работы двигателя с указанным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя и с включенным впрыском воды, так как запас воды относительно высокий (например, уровни воды в водяном баке выше порогового уровня). Следствием работы с включенным впрыском воды может быть монотонное снижение уровня воды в водяном баке до t1, также что в момент t2 запас воды становится ниже.
В момент t1, в связи с возрастанием водительского запроса (например, в связи с нажатием педали акселератора), выходная мощность двигателя может быть повышена для приведения транспортного средства в движение и удовлетворения водительского запроса. С учетом водительского запроса, предрасположенности к детонации и степени заряженности (СЗ) аккумулятора, в момент t1 более экономичным решением может быть эксплуатация двигателя без выключения впрыска воды. Однако, из-за более низкого запаса воды в t1, впрыск воды выключают для для ограничения расхода воды.
Кроме того, в момент t1, профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя во время работы в состоянии с выключенным впрыском воды корректируют путем регулировок МГТ для оптимизации выходной мощности двигателя. В частности, ту или иную мощность двигателя обеспечивают за счет частоты вращения двигателя выше заданной по умолчанию и нагрузки двигателя ниже заданной по умолчанию. Заданные по умолчанию частота вращения и нагрузка двигателя (для данного состояния впрыска воды) представлены здесь штриховыми линиями 703а и 705а. В число регулировок МГТ могут входить выбор передачи, соответствующей кинематическому передаточному числу, при котором двигатель работает с целевой (для состояния с выключенным впрыском воды) частотой вращения двигателя, и соответствующие регулировки одного или нескольких исполнительных устройств двигателя (например, прохода дросселя или фаз кулачкового распределения), при которых двигатель работает с целевой нагрузкой двигателя, зависящей от целевой частоты вращения двигателя, обеспечивая при этом указанную выходную мощность двигателя. В частности, если бы двигатель эксплуатировали с выключенным впрыском воды и заданной по умолчанию комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, двигатель работал бы на границе детонации, на что указывает выходной сигнал 714 (заштрихованный сегмент) датчика прогнозирования детонации, превышающий порог детонации. В данном случае, переход в состояние с выключенным впрыском воды и на более высокую частоту вращения двигателя посредством регулировок МГТ подавляет детонацию при относительно высоких нагрузках с одновременным повышением экономии топлива в двигателе в целом без ущерба для выходной мощности двигателя.
В данном случае результатом экономичной работы двигателя с выбранным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки и с выключенным впрыском воды является мощность двигателя (кривая 706) ниже водительского запроса 707. Поэтому недостаток мощности относительно запрошенной компенсируют за счет крутящего момента мотора. В частности, вращение электромотора (кривая 708) обеспечивают путем отбора энергии из аккумулятора системы для обеспечения крутящего момента мотора, достаточного для удовлетворения водительского запроса, с соответствующим падением СЗ аккумулятора (кривая 710).
Двигатель может работать с частотой вращения двигателя выше заданной по умолчанию и нагрузкой двигателя ниже заданной по умолчанию с включенным впрыском воды в течение периода до наступления момента t2. В момент t2, в связи со снижением водительского запроса, работа двигателя может происходить с сохранением выключенного состояния впрыска воды с одновременным возобновлением заданных по умолчанию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя в связи с тем, что двигатель уже не работает на границе детонации. Такая работа может продолжаться до момента t3.
В момент t3, в связи со снижением водительского запроса, выходная мощность двигателя может быть снижена. В данном случае снижение отдаваемой мощности происходит с переходом к эксплуатации двигателя с включенным впрыском воды в связи с тем, что состояние с включенным впрыском воды является более топливоэкономичным. Кроме того, дополнительные преимущества в виде экономии топлива обеспечены за счет корректировки профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя посредством регулировок МГТ, таким образом создание той же мощности двигателя происходит при частоте вращения двигателя ниже заданной по умолчанию и нагрузке двигателя выше заданной по умолчанию. Заданные по умолчанию частота вращения и нагрузка двигателя (для данного топлива) представлены здесь штриховыми линиями 703b и 705b. В частности, если бы двигатель был переведен в состояние с включенным впрыском воды и эксплуатировался бы с заданной по умолчанию комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, могли бы иметь место ограничения работы двигателя, связанные с трением. В данном случае переход на более низкую частоту вращения двигателя и более высокую нагрузку двигателя посредством регулировок МГТ с одновременным переходом к использованию впрыска воды позволяет снизить потери на трение при относительно низких нагрузках с одновременным повышением экономии топлива в двигателе в целом без ущерба для выходной мощности двигателя. Кроме того, это предотвращает детонацию.
В данном случае результатом экономичной работы двигателя с выбранным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки и возобновленным впрыском воды является мощность двигателя (кривая 706), превышающая водительский запрос 707. Поэтому разность с запрошенной мощностью коменсируют за счет крутящего момента мотора и/или компенсации за счет мощности от аккумулятора. В частности, электромотор работает (кривая 708) как генератор с аккумулированием избыточной энергии в аккумуляторе системы с соответствующим ростом СЗ аккумулятора (кривая 710). Работу двигателя с включенным впрыском воды и в режиме комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, оптимизированном для данного состояния впрыска воды, продолжают до t4.
В момент t4, в связи с возрастанием водительского запроса, выходную мощность двигателя повышают с одновременным продолжением работы двигателя с включенным впрыском воды, так как состояние с включенным впрыском воды является более топливоэкономичным. Кроме того, происходит возврат к заданному по умолчанию профилю комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки посредством регулировок МГТ. В данном случае, переход на более низкую частоту вращения двигателя и более высокую нагрузку двигателя посредством регулировок МГТ с одновременным переходом к использованию впрыска воды позволяет снизить потери на трение при относительно низких нагрузках с одновременным повышением экономии топлива в двигателе в целом без ущерба для выходной мощности двигателя. В это время выходная мощность двигателя достаточна для удовлетворения водительского запроса, в связи с чем отсутствует необходимость дополнительной компенсации за счет аккумулятора.
Таким образом, можно снизить потери в части экономии топлива в системе гибридного транспортного средства из-за частого повышения и понижения нагрузки (например, в ходе городского цикла) за счет совместного применения технологии впрыска воды и технологии гибридного узла «ведущий мост - коробка передач». Удовлетворение водительского запроса за счет крутящего момента мотора и мощности от аккумулятора с одновременным продолжением работы двигателя в более экономичном состоянии впрыска воды и в более экономичной рабочей области для выбранного состояния впрыска воды позволяет снизить частоту переходов из одного состояния впрыска воды в другое даже при частых изменениях положения педали, его колебаниях или переходах за требуемое положение. Как следствие, даже при слишком частых переходах нагрузки двигателя из оптимальной для того или иного состояния впрыска воды области и в нее, экономию топлива можно повысить путем сохранения более экономичной настройки с одновременным применением небольшой величины компенсации за счет мощности от аккумулятора для удовлетворения водительского запроса. В результате, могут быть достигнуты взаимоусиливающие преимущества в части экономии топлива за счет использования электрических компонентов системы гибридного транспортного средства при выборе применения воды. Использование различных комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, возможных для той или иной выходной мощности двигателя, посредством регулировок МГТ позволяет контроллеру гибридного транспортного средства более точно соблюдать ограничения для двигателя, например, ограничения по детонации, связанные с переходом в другое состояние впрыска воды. Это позволяет точнее определить затраты, связанные с тем или иным переходом, снизить частоту неэкономичных переходов при частых изменениях запрашиваемого водителем крутящего момента или запрашиваемого крутящего момента на колесах или при изменениях запаса воды. В целом можно повысить экономию топлива в гибридном транспортном средстве.
Один пример способа для гибридного транспортного средства, содержащего двигатель, выполненный с возможностью впрыска воды, и гибридный узел «ведущий мост - коробка передач» (МГТ), содержит шаги, на которых: для того или иного уровня мощности, сравнивают первую экономию топлива без впрыска воды при первой величине компенсации за счет запаса мощности системы аккумулирования энергии со второй экономией топлива с впрыском воды при первой скорректированной комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя и второй величине компенсации за счет запаса мощности; если вторая экономия топлива превышает первую, и запас воды выше порогового, впрыскивают в двигатель некоторое количество воды и переходят на первую скорректированную комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя; и, если первая экономия топлива превышает вторую, или запас воды ниже порогового, осуществляют работу двигателя без впрыска воды и переходят на вторую скорректированную комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаг, на котором: если вторая экономия топлива превышает первую, и запас воды ниже порогового, продолжают работу двигателя без впрыска воды, изменяют комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя на вторую скорректированную комбинацию частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, и компенсируют недостаток выходной мощности двигателя относительно указанного уровня мощности за счет запаса мощности из системы аккумулирования энергии. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, первая и вторая величины компенсации за счет запаса мощности зависят от степени заряженности системы аккумулирования энергии и указанного уровня мощности. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, первая скорректированная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя зависит от предела детонации и предела трения при работе двигателя с впрыском воды, при этом вторая скорректированная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя зависит от предела детонации и предела трения при работе двигателя без впрыска воды. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, переход к первой или ко второй скорректированной комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя переход от заданной по умолчанию комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя путем регулировок кинематического передаточного числа МГТ, причем первая скорректированная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя более низкую частоту вращения двигателя и более высокую нагрузку двигателя по сравнению с заданной по умолчанию комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, а вторая скорректированная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя более высокую частоту вращения двигателя и более низкую нагрузку двигателя по сравнению с заданной по умолчанию комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, выходная мощность двигателя с включенным впрыском воды и первой скорректированной комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя являются теми же, что и выходная мощность двигателя с выключенным впрыском воды и второй скорректированной комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, запас воды ниже порогового является результатом того, что уровень воды в водяном баке системы впрыска воды, соединенной с двигателем, ниже порогового, или качество воды в водяном баке ниже порогового, или произошло ухудшение характеристик того или иного компонента системы впрыска воды, при этом в число таких компонентов входят водяная форсунка и водяной насос.
Еще один пример способа для гибридного транспортного средства содержит шаги, на которых: приводят транспортное средство в движение за счет работы двигателя с тем или иным состоянием впрыска воды, выбранным в зависимости от водительского запроса и запаса воды в транспортном средстве; и, в связи с изменением водительского запроса, корректируют состояние впрыска воды в зависимости от изменения водительского запроса, степени заряженности системы аккумулирования энергии и запаса воды. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, указанная коррекция включает в себя выбор между сохранением текущего состояния впрыска воды и переходом в другое состояние впрыска воды в зависимости от экономии топлива в текущем и в другом состоянии впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности в зависимости от степени заряженности, причем текущее состоянии впрыска воды представляет собой состояние с включенным впрыском воды или состояние с выключенным впрыском воды, причем другое состояние впрыска воды представляет собой другое из двух состояний с включенным и выключенным впрыском воды, соответственно. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, компенсация за счет запаса мощности, применяемая при первом состоянии впрыска воды, отлична от компенсации за счет запаса мощности, применяемой при другом состоянии впрыска воды, причем компенсация за счет запаса мощности включает в себя повышение степени заряженности путем зарядки системы аккумулирования энергии за счет крутящего момента двигателя или снижение степени заряженности путем отбора запаса мощности для дополнения крутящего момента двигателя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, указанный выбор включает в себя: переход в другое состояние впрыска воды, если экономия топлива, обеспечиваемая другим состоянием впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности, превышает экономию топлива, обеспечиваемую текущим состоянием впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности, на величину выше пороговой, и если доступный уровень воды в водяном баке выше порогового; и сохранение текущего состояния впрыска воды, если экономия топлива, обеспечиваемая другим состоянием впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности, меньше экономии топлива, обеспечиваемой текущим состоянием впрыска воды с компенсацией за счет запаса мощности, либо превышает ее на величину ниже пороговой, либо уровень воды в водяном баке ниже порогового. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаг, на котором: сохраняя текущее состояние впрыска воды, компенсируют недостаток мощности для удовлетворения водительского запроса за счет крутящего момента от мотора, соединенного с системой аккумулирования энергии. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаг, на котором: в связи с сохранением текущего состояния впрыска воды, осуществляют работу двигателя с первым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, поддерживая уровень мощности транспортного средства за счет крутящего момента мотора, и, в связи с переходом в другое состояние впрыска воды, осуществляют работу двигателя со вторым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, поддерживая уровень мощности транспортного средства за счет крутящего момента мотора. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, в основе первого скорректированного профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя лежит предел детонации при работе двигателя с текущим состоянием впрыска воды, при этом в основе второго скорректированного профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя лежит предел детонации при работе двигателя с другим состоянием впрыска воды. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, текущее состояние впрыска воды представляет собой состояние с включенным впрыском воды, при этом первая скорректированная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя частоту вращения двигателя ниже заданной по умолчанию и нагрузку двигателя выше заданной по умолчанию, причем другое состояние впрыска воды представляет собой состояние с выключенным впрыском воды, при этом вторая скорректированная комбинация частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя частоту вращения двигателя выше заданной по умолчанию и нагрузку двигателя ниже заданной по умолчанию. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, гибридное транспортное средство содержит модульный гибридный узел «ведущий мост - коробка передач» (МГТ), причем эксплуатация с первым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки включает в себя выбор первого кинематического передаточного числа МГТ, соответствующего первому скорректированному профилю комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, причем эксплуатация со вторым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки включает в себя выбор второго, другого, кинематического передаточного числа МГТ, соответствующего второму скорректированному профилю комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, тот или иной уровень мощности двигателя поддерживают и при работе двигателя в текущем состоянии впрыска воды с первым скорректированным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, и при работе двигателя в другом состоянии впрыска воды со второй скорректированной комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, причем уровень мощности представляет собой мощность, отдаваемую двигателем силового агрегата и определяемую как произведение нагрузки и частоты вращения двигателя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или необязательно, эксплуатация двигателя в состоянии с включенным впрыском воды включает в себя впрыск некоторого количества воды в двигатель непосредственным впрыском в цилиндр двигателя через водяную форсунку непосредственного впрыска, и/или впрыском во впускной канал выше по потоку от впускного клапана через водяную форсунку впрыска во впускной канал, и/или центральным впрыском во впускной коллектор, выше или ниже по потоку от впускного дросселя, через водяную форсунку центрального впрыска воды.
Еще один пример системы транспортного средства содержит: двигатель; мотор, питаемый от системы аккумулирования энергии; топливную форсунку для подачи топлива из топливного бака в двигатель; водяную форсунку для подачи воды из водяного бака в двигатель; модульный гибридный узел «ведущий мост - коробка передач» (МГТ), соединяющий двигатель и мотор с колесами транспортного средства, при этом МГТ имеет множество кинематических передаточных чисел; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для совершения следующих действий: оценки первой экономичности, обеспечиваемой при эксплуатации двигателя с выключенной водяной форсункой и первой компенсацией мощности за счет системы аккумулирования энергии; оценки второй экономичности, обеспечиваемой при эксплуатации двигателя с включенной водяной форсункой и второй, другой, компенсацией мощности; если вторая экономичность выше первой, и уровень воды в водяном баке выше порогового, включения водяной форсунки, регулирования выходной мощности мотора для обеспечения второй компенсации мощности, и выбора одного из множества кинематических передаточных чисел МГТ для эксплуатации двигателя с первым измененным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя; и, если вторая экономичность ниже первой, или уровень воды в водяном баке ниже порогового, выключения водяной форсунки, регулирования выходной мощности мотора для обеспечения первой компенсации мощности, и выбора другого из множества кинематических передаточных чисел МГТ для обеспечения второго измененного профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, отличного от первого измененного профиля комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, первый измененный профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя зависит от предела детонации в двигателе и трения в двигателе при работе с впрыском воды, причем второй измененный профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя зависит от предела детонации в двигателе и трения в двигателе при работе без впрыска воды, причем первый измененный профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя включает в себя более низкую частоту вращения двигателя и более высокую нагрузку двигателя, чем второй измененный профиль комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, причем выходная мощность двигателя с включенной водяной форсункой и первым измененным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя является такой же, как и выходная мощность двигателя с выключенной водяной форсункой и вторым измененным профилем комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя.
В еще одном аспекте способ для гибридного транспортного средства, содержащего двигатель, выполненный с возможностью впрыска воды, и модульный гибридный узел «ведущий мост - коробка передач» (МГТ), содержит шаги, на которых: для требуемого уровня мощности, сравнивают экономию топлива при работе двигателя в каждом из состояний впрыска воды при первой, нескорректированной, комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя и второй, скорректированной, комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, выбирают сочетание состояния впрыска воды и первой или второй из указанных комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки, обеспечивающее большую экономию топлива, и осуществляют работу двигателя с выбранными состоянием впрыска воды и комбинацией частоты вращения двигателя и нагрузки. Способ дополнительно содержит шаг, на котором применяют ту или иную компенсацию за счет мощности от аккумулятора в зависимости от разности мощности двигателя при выбранных состоянии впрыска воды и комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки и необходимого уровня мощности. Способ также предусматривает применение положительной компенсации за счет мощности от аккумулятора со снижением степени заряженности аккумулятора, если мощность двигателя при выбранных состоянии впрыска воды и комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки ниже необходимого уровня мощности. Или же способ предусматривает применение отрицательной компенсации за счет мощности от аккумулятора с повышением степени заряженности аккумулятора, если мощность двигателя при выбранных состоянии впрыска воды и комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки выше необходимого уровня мощности. Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящем описании способы и алгоритмы управления можно хранить в виде исполняемых команд в долговременной памяти и могут реализовываться системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами системы двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения команд, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.