СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к области техники моторных транспортных средств, и в частности, к предотвращению чрезмерного разбавления заряда всасываемого воздуха двигателя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатель с наддувом может обеспечивать лучшую экономию топлива, чем безнаддувный двигатель аналогичной мощности на выходном валу. Однако наддув может приводить к нежелательно высоким температурам сгорания в двигателе. Рециркуляция выхлопных газов (EGR) может использоваться для исправления этой проблемы и обеспечения других преимуществ. В бензиновых двигателях, например, охлажденная EGR может улучшать экономию топлива. На средних и высоких нагрузках, экономия топлива улучшается вследствие подавления детонации, предоставляя возможность для более эффективного фазирования сгорания, пониженной потери тепла в хладагент двигателя и более низких температур выхлопных газов - которые, в свою очередь, уменьшают потребность в обогащении для охлаждения выпускных компонентов. На низких нагрузках, EGR обеспечивает дополнительное преимущество снижения потерь на дросселирование.
В системах двигателя с наддувом, оборудованных компрессором всасываемого воздуха, присоединенным к турбине с приводом от выхлопных газов, выхлопные газы могут подвергаться рециркуляции через контур EGR высокого давления (HP) и/или контур EGR низкого давления (LP). В контуре EGR LP, выхлопные газы отбираются из положения ниже по потоку от турбины и смешиваются с всасываемым воздухом выше по потоку от компрессора. В противоположность EGR HP, где выхлопные газы отбираются из положения выше по потоку от турбины и подаются ниже по потоку от компрессора, EGR LP обеспечивает отвечающий требованиям поток на от средних до высоких нагрузках двигателя, легче охлаждается и может регулироваться в большей степени независимо от дросселя и регулятора давления наддува.
С EGR LP, степень разбавления определяется давлением на впуске компрессора и массовым расходом воздуха через компрессор. Проблема у двигателей с наддувом состоит в том, что компрессор может подвергаться помпажу, когда массовый расход воздуха становится слишком низким для текущего уровня наддува (см. например US 8272215, опубл. 25.09.2012, МПК F02D23/00). Авторы в материалах настоящего описания обнаружили, что, во время помпажа компрессора, колебания давления и потока на системе впуска воздуха (AIS) двигателя также могут побуждать колебаться степень разбавления. В системах бензиновых двигателей, колебания степени разбавления могут приводить к нестабильности сгорания - то есть, когда слишком мало кислорода подается в двигатель. Более того, современное управление с обратной связью степенью разбавления EGR LP может усиливать колебания, давая в результате устойчивую нестабильность сгорания с заметным влиянием на ездовые качества. В системах дизельных двигателей, колебания степени разбавления могут ослаблять выигрыши снижения токсичности выхлопных газов от EGR.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Для преодоления обозначенных проблем в одном из вариантов предложена система двигателя, содержащая:
впуск воздуха;
воздушный компрессор, присоединенный к впуску воздуха и выполненный с возможностью подачи подвергнутого наддуву заряда всасываемого воздуха в камеру сгорания;
выпускной трубопровод для приема выхлопных газов из камеры сгорания;
клапан с электронным управлением, присоединенный между выпускным трубопроводом и впуском воздуха для регулируемого впуска выхлопных газов на впуск воздуха; и
контроллер, выполненный с возможностью применения по меньшей мере некоторого управления с обратной связью к открыванию и закрыванию клапана в первом состоянии, и во втором состоянии предотвращения применения управления с обратной связью к открыванию или закрыванию клапана, и возможностью применения управления с прямой связью к закрыванию клапана, при этом второе состояние является прогнозирующим помпаж компрессора.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая датчик положения педали и датчик давления наддува, функционально присоединенные к контроллеру, при этом комбинированный выходной сигнал датчика положения педали и датчика давления наддува не прогнозирует помпаж компрессора в первом состоянии, но прогнозирует помпаж компрессора во втором состоянии.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая, функционально присоединенный к контроллеру, датчик разбавления всасываемого воздуха или датчик топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, при этом управление с обратной связью основано на выходном сигнале датчика.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая турбину с приводом от выхлопных газов, механически присоединенную к компрессору, при этом выпускной трубопровод присоединен ниже по потоку от турбины, а впуск воздуха присоединен выше по потоку от компрессора.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая клапан (CRV) рециркуляции компрессора, присоединенный между впуском и выпуском компрессора, при этом CRV поддерживается закрытым во втором состоянии.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая регулятор давления наддува, присоединенный между впуском и выпуском турбины, при этом регулятор давления наддува поддерживается закрытым во втором состоянии.
Соответственно, один из вариантов осуществления настоящей полезной модели предусматривает способ избегания чрезмерного разбавления заряда всасываемого воздуха двигателя. В этом способе, в первом состоянии, по меньшей мере некоторое управление с обратной связью применяется к открыванию и закрыванию клапана, который с возможностью регулировки впускает выхлопные газы в заряд всасываемого воздуха. Во втором состоянии, прогнозирующего помпаж компрессора, никакое управление с обратной связью не применяется к открыванию или закрыванию клапана. Скорее, управление с прямой связью применяется к закрыванию клапана. Таким образом, стабильность сгорания двигателя поддерживается даже в условиях помпажа.
Формулировки, приведенные выше, представлены для ознакомления с выборочной частью настоящей полезной модели в упрощенной форме, а не для идентификации ключевых или существенных признаков. Заявленный предмет, определенный формулой полезной модели, не ограничен ни содержанием, приведенным выше, ни реализациями, которые принимают меры в ответ на проблемы или недостатки, указываемые ссылкой в материалах настоящего описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 и 2 показывают аспекты примерных систем двигателя в соответствии с вариантами осуществления настоящей полезной модели.
Фиг.3 - график степени повышения давления с выпуска на впуск примерного компрессора в зависимости от скорректированного массового расхода воздуха через компрессор в соответствии с вариантом осуществления настоящей полезной модели.
Фиг.4 иллюстрирует примерный способ предотвращения чрезмерного разбавления заряда всасываемого воздуха двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящей полезной модели.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Аспекты настоящей полезной модели далее будут описаны посредством примера и со ссылкой на проиллюстрированные варианты осуществления, перечисленные выше. Компоненты, этапы последовательности операций и другие элементы, которые могут быть по существу идентичными в одном или более вариантах осуществления, идентифицируются согласованно и описаны с минимальным повторением. Однако будет отмечено, что элементы, идентифицированные согласовано, к тому же, могут отличаться до некоторой степени. Дополнительно, должно быть отмечено, что признаки чертежей, включенные в это раскрытие, схематичны и, вообще, не начерчены в масштабе. Скорее, различные масштабы чертежей, коэффициенты пропорциональности и количества компонентов, показанных на фигурах, могут быть преднамеренно искажены, чтобы сделать некоторые признаки или зависимости более легкими для понимания.
Фиг.1 схематично показывает аспекты примерной системы 10 двигателя моторного транспортного средства. В системе 10 двигателя, свежий воздух вводится в воздушный фильтр 12 и втекает в компрессор 14. Компрессор может быть любым пригодным компрессором всасываемого воздуха - например, компрессором турбонагнетателя с приводом от электродвигателя или с приводом от ведущего вала. В системе 10 двигателя, однако, компрессор механически присоединен к турбине 16 в турбонагнетателе 18, турбина приводится в движение расширением выхлопных газов двигателя из выпускного коллектора 20.
Компрессор 14 присоединен по текучей среде к впускному коллектору 22 через охладитель 24 наддувочного воздуха (CAC) и дроссельный клапан 26. Сжатый воздух из компрессора течет через CAC и дроссельный клапан по пути во впускной коллектор. В проиллюстрированном варианте осуществления, клапан 28 рециркуляции компрессора (CRV) присоединен между впуском и выпуском компрессора. Перепускной клапан компрессора может быть нормально закрытым клапаном, выполненным с возможностью открываться, чтобы понижать избыточное давление наддува при выбранных условиях работы.
Выпускной коллектор 20 и впускной коллектор 22 присоединены к ряду цилиндров 30 через ряд впускных клапанов 32 и выпускных клапанов 34, соответственно. В одном из вариантов осуществления, выпускные и/или впускные клапаны могут быть с электронным приводом. В еще одном варианте осуществления, выпускные и/или впускные клапаны могут быть с кулачковым приводом. С любым из электронного привода или кулачкового привода, установка моментов открывания и закрывания выпускных и впускных клапанов может регулироваться по необходимости под требуемое функционирование сгорания и снижения токсичности выхлопных газов.
Цилиндры 30 могут снабжаться любым из многообразия видов топлива в зависимости от варианта осуществления: бензином, спиртами или их смесями. В проиллюстрированном варианте осуществления, топливо из топливной системы 36 подается в цилиндры посредством непосредственного впрыска через топливные форсунки 38. В различных вариантах осуществления, рассмотренных в материалах настоящего описания, топливо может подаваться посредством непосредственного впрыска, оконного впрыска, впрыска через корпус дросселя, или любой их комбинации. В системе 10 двигателя, сгорание инициируется посредством искрового зажигания на свечах 40 зажигания. Свечи зажигания приводятся в действие синхронизированными по времени импульсами высокого напряжения из блока электронного зажигания (не показан на чертежах).
Система 10 двигателя включает в себя клапан 42 рециркуляции выхлопных газов (EGR) высокого давления (HP) и охладитель 44 EGR HP. Когда клапан EGR HP открыт, некоторое количество выхлопных газов высокого давления из выпускного коллектора 20 втягивается через охладитель EGR HP во впускной коллектор 22. Во впускном коллекторе, выхлопные газы высокого давления разбавляют заряд всасываемого воздуха для более низких температур сгорания, сниженных выбросов и других преимуществ. Оставшиеся выхлопные газы втекают в турбину 16 для приведения в движение турбины. Когда требуется уменьшенный крутящий момент турбины, взамен, некоторое количество или все выхлопные газы могут направляться через регулятор 46 давления наддува, обходя турбину. Смешанный поток из турбины и регулятора давления наддува затем течет через различные устройства последующей очистки выхлопных газов системы двигателя, как дополнительно описано ниже.
x
x
x
x
В системе 10 двигателя, устройство 48 трехкомпонентного каталитического нейтрализатора (TWC) присоединено ниже по потоку от турбины 16. Устройство TWC включает в себя внутреннюю опорную конструкцию каталитического нейтрализатора, на которую нанесено тонкое покрытие. Тонкое покрытие выполнено с возможностью окислять остаточные CO, водород и углеводороды, и восстанавливать оксиды (NO) азота, присутствующие в выхлопных газах двигателя. Уловитель 50 обедненных NO (LNT) присоединен ниже по потоку от устройства 48 TWC. LNT выполнен с возможностью улавливать NO из потока выхлопных газов, когда поток выхлопных газов обеднен, и восстанавливать улавливаемые NO, когда поток выхлопных газов обогащен.
x
Будет отмечено, что природа, количество и компоновка устройств последующей очистки выхлопных газов в системе двигателя могут отличаться для разных вариантов осуществления настоящей полезной модели. Например, некоторые конфигурации могут включать в себя дополнительный сажевый фильтр или устройство комплексной последующей очистки выхлопных газов, который объединяет фильтрацию сажи с другими функциями снижения токсичности выхлопных газов, такими как улавливание NO.
Продолжая по фиг.1, все или часть очищенных выхлопных газов могут выпускаться в окружающую среду через глушитель 52. В зависимости от условий работы, однако, некоторая часть выхлопных газов может отводиться через охладитель 54 EGR низкого давления (LP) до или после последующей очистки для снижения токсичности выхлопных газов. Выхлопные газы могут отводиться посредством открывания клапана 56 EGR LP, соединенного последовательно с охладителем EGR LP. Из охладителя 54 EGR LP, охлажденные выхлопные газы втекают в компрессор 14. Посредством частичного закрывания клапана 58 обратного давления выхлопных газов, потенциал потока для LP EGR может повышаться во время выбранных условий работы. Другие конфигурации могут включать в себя дроссельный клапан AIS, расположенный ниже по потоку воздушного фильтра 12, но выше по потоку от впуска EGR LP.
Система 10 двигателя включает в себя электронную систему 60 управления, выполненную с возможностью управляет различными функциями системы двигателя. Электронная система управления включает в себя память и один или более процессоров, выполненных с возможностью для надлежащего принятия решения, реагирующего на впускной сигнал датчика и направленного на интеллектуальное управление компонентами системы двигателя. Такое принятие решения может происходить согласно различным стратегиям, таким как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. Таким образом, электронная система управления может быть выполнена с возможностью определять любой или все аспекты способов, раскрытых в дальнейшем. Соответственно, этапы способа, раскрытые в дальнейшем - например, операции, функции и/или действия - могут быть воплощены в качестве управляющей программы, запрограммированной на машиночитаемых запоминающих носителях в электронной системе управления. Таким образом, электронная система управления может быть выполнена с возможностью вводить в действие любые или все аспекты способов, раскрытых в материалах настоящего описания, при этом различные этапы способа - например, операции, функции и действия - могут быть воплощены в качестве управляющей программы, запрограммированной на машиночитаемых запоминающих носителях в электронной системе управления.
x
Электронная система 62 управления включает в себя интерфейс 62 датчиков, интерфейс 64 управления двигателем и блок 66 бортовой диагностики (OBD). Для оценки условий работы системы 10 двигателя и транспортного средства, в котором установлена система двигателя, интерфейс 62 датчиков принимает впускные сигналы с различных датчиков, расположенных в транспортном средстве - датчиков расхода, датчиков температуры, датчиков положения педали, датчиков давления топлива, и т.д. Некоторые примерные датчики показаны на фиг.1 - датчик 68 положения педали акселератора, датчик 70 давления воздуха в коллекторе (MAP), датчик 71 давления на впуске дросселя (TIP), датчик 72 температуры воздуха в коллекторе (MAT), датчик 74 массового расхода воздуха (MAF), датчик 76 NO, датчик 78 температуры выхлопных газов, датчик 80 топливно-воздушного соотношения выхлопных газов и датчик 82 разбавления всасываемого воздуха. Различные другие датчики также могут быть предусмотрены.
Электронная система 60 управления также включает в себя интерфейс 64 управления двигателем. Интерфейс управления двигателем выполнен с возможностью приводить в действие электронно управляемые клапаны, исполнительные механизмы и другие компоненты транспортного средства - например, дроссельный клапан 24, перепускной клапан 26 компрессора, регулятор 46 давления наддува и клапаны 42 и 56 EGR. Интерфейс управления двигателем функционально присоединен к каждому клапану и исполнительному механизму с электронным управлением, и выполнен с возможностью давать команду его открывания, закрывания и/или регулировки, как необходимо для предписания функций управления, описанных в материалах настоящего описания.
Электронная система 60 управления также включает в себя блок 66 бортовой диагностики (OBD). Блок OBD является частью электронной системы управления, выполненной с возможностью диагностировать ухудшение характеристик различных компонентов системы 10 двигателя. Такие компоненты, в качестве примеров, могут включать в себя датчики кислорода, топливные форсунки и компоненты снижения токсичности выхлопных газов.
Фиг.2 показывает аспекты еще одной системы 84 двигателя - дизельного двигателя, в котором сгорание инициируется посредством воспламенения от сжатия. Соответственно, цилиндры 30 системы 84 двигателя питаются дизельным топливом, биодизельным топливом, и т.д., из топливной системы 36. В системе 84 двигателя, устройство 86 окислительного дизельного каталитического нейтрализатора (DOC) присоединено ниже по потоку от турбины 16. Устройство DOC включает в себя внутреннюю опорную конструкцию каталитического нейтрализатора, на которую нанесено тонкое покрытие DOC. Устройство DOC выполнено с возможностью окислять остаточные CO, водород и углеводороды, присутствующие в выхлопных газах двигателя.
Дизельный сажевый фильтр 88 (DPF) присоединен ниже по потоку от устройства 86 DOC. DPF является фильтром восстанавливаемой сажи, выполненным с возможностью улавливать сажу, вовлеченную в поток выхлопных газов двигателя; он содержит основу фильтрации сажи. На основу нанесено тонкое покрытие, которое содействует окислению накопленной сажи и восстановлению пропускной способности фильтра в определенных условиях. В одном из вариантов осуществления, накопленная сажа может подвергаться условиям периодического окисления, в которых функционирование двигателя регулируется, чтобы временно выдавать выхлопные газы более высокой температуры. В еще одном варианте осуществления, накопленная сажа может непрерывно или псевдонепрерывно окисляться в нормальных условиях работы.
Форсунка 90 восстановителя, смеситель 92 восстановителя и устройство 94 SCR присоединены ниже по потоку от DPF 88 в системе 84 двигателя. Форсунка восстановителя выполнена с возможностью принимать восстановитель (например, раствор мочевины) из резервуара 96 с восстановителем и управляемым образом впрыскивать восстановитель в поток выхлопных газов. Форсунка восстановителя может включать в себя сопло, которое распыляет раствор восстановителя в виде аэрозоли. Расположенный ниже по потоку от форсунки восстановителя смеситель восстановителя выполнен с возможностью увеличивать содержание и/или однородность рассеяния впрыснутого восстановителя в потоке выхлопных газов. Смеситель восстановителя может включать в себя одну или более лопастей, выполненных с возможностью завихрять поток выхлопных газов и вовлеченного восстановителя для улучшения рассеяния. При рассеянии в горячих выхлопных газах двигателя, по меньшей мере некоторое количество впрыснутого восстановителя может разлагаться. В вариантах осуществления, где восстановитель является раствором карбамида, восстановитель будет разлагаться на воду, аммиак и углекислый газ. Оставшийся карбамид разлагается при столкновении с каталитическим нейтрализатором SCR (смотрите ниже).
x
x
x
2
Устройство 94 SCR присоединено ниже по потоку от смесителя 92 восстановителя. Устройство SCR может быть выполнено с возможностью содействовать одной или более химических реакций между аммиаком, сформированным посредством разложения впрыснутого восстановителя, и NO из выхлопных газов двигателя, в силу этого, снижая количество NO, выпускаемых в окружающую среду. Устройство SCR содержит внутреннюю опорную конструкцию каталитического нейтрализатора, на которую нанесено тонкое покрытие SCR. Тонкое покрытие SCR выполнено с возможностью поглощать NO и аммиак, и катализировать окислительно-восстановительную реакцию таковых для образования газообразного азота (N) и воды.
Фиг.3 - график степени повышения давления с выпуска на впуск примерного компрессора 14 в зависимости от скорректированного массового расхода воздуха через компрессор. Пунктирные линии на графике представляют разные стабильные рабочие состояния компрессора наряду с тем, что сплошная линия представляет так называемую 'линию жесткого помпажа'. В рабочих состояниях слева и выше этой линии - то есть, на более низких расходах или более высоких степенях повышения давления - компрессор склонен входить в состояние помпажа. Соответственно, склонность компрессора к помпажу может прогнозироваться в электронной системе 60 управления для данных условий потока и давления на выпуске компрессора. Датчики MAF и TIP могут использоваться для измерения и/или оценки этих условий. В некоторых вариантах осуществления, датчик положения педали акселератора может использоваться для прогнозирования будущего MAF.
Как отмечено выше, электронная система 60 управления может применять управление к клапанам 42, 56 EGR или любому клапану с электронным управлением, присоединенным между выпускным трубопроводом и впуском воздуха, и выполненным с возможностью впускать регулируемым образом выхлопные газы на впуск воздуха. Кроме того, способ управления, оказываемого на любой такой клапан, может зависеть от условий. Во время первого, нормального состояния - то есть, состояния, не прогнозирующего помпаж компрессора - контроллер может быть выполнен с возможностью применять по меньшей мере некоторое управление с обратной связью к открыванию и закрыванию клапана. Во втором состоянии, которое является прогнозирующим помпаж компрессора, контроллер может быть выполнен с возможностью предотвращения применения управления с обратной связью к открыванию или закрыванию клапана, но применять управление с прямой связью к закрыванию клапана.
Вообще, управление с обратной связью, оказываемое на клапан в первом состоянии, может быть основано на выходном сигнале датчика 82 разбавления всасываемого воздуха или датчика 80 топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, функционально присоединенного к электронной системе 60 управления. Для иллюстрации, в варианте осуществления, где используется датчик разбавления всасываемого воздуха, датчик может выводить сигнал, пропорциональный парциальному давлению O кислорода во всасываемом воздухе. Этот сигнал сравнивается с уставочным парциальным давлением O* кислорода, требуемым для специфичных условий работы двигателя - например, скорости вращения и нагрузки. Пусть δ=O-O*. Конкретное управление с обратной связью, оказываемое на степень E открывания клапана 56 EGR, может принимать форму
,(1)
где T и t представляют время, а P, I и D - оптимизированные постоянные. В некоторых конфигурациях (например, дизельного) двигателя, выходной сигнал с датчика топливно-воздушного соотношения выхлопных газов может опосредованно сообщать степень разбавления всасываемого воздуха, когда учитывается расход впрыска топлива. Соответственно, специализированный датчик разбавления всасываемого воздуха может быть опущен в некоторых вариантах осуществления.
В некоторых вариантах осуществления, первое и второе состояния, указанные выше, могут распознаваться на основании выходного сигнала датчиков системы двигателя, функционально присоединенных к контроллеру. Например, первое состояние может быть состоянием, в котором комбинированный выходной сигнал датчика 68 положения педали и датчика 71 TIP не прогнозирует помпаж компрессора. В противоположность, второе состояние может быть состоянием, в котором комбинированный выходной сигнал датчика положения педали и датчика TIP прогнозирует помпаж компрессора. В этом варианте осуществления, который никоим образом не является ограничивающим, выходной сигнал датчика TIP соответствует действующей текущей степени повышения давления в момент измерения наряду с тем, что выходной сигнал датчика положения педали используется для оценки к MAF в будущее время. В некоторых вариантах осуществления, применимых к системам дизельного двигателя, датчик MAP может использоваться вместо датчика TIP, вышеуказанного в материалах настоящего описания. В кроме того других вариантах осуществления, разные комбинации выходных сигналов датчиков могут использоваться для определения, спрогнозирован или не спрогнозирован помпаж компрессора.
Конфигурации, описанные выше, дают различным способам возможность избегать чрезмерного разбавления заряда всасываемого воздуха двигателя. Соответственно, некоторые такие способы описаны далее, в качестве примера, с непрерывной ссылкой на вышеприведенные конфигурации. Однако следует понимать, что способы, описанные здесь и другие, в пределах объема настоящей полезной модели, также могут быть задействованы другими конфигурациями. Способы могут начинаться в любой момент времени, когда системы 10 или 84 являются работающими, и могут выполняться неоднократно. Естественно, каждое выполнение способа может изменять начальные условия для последующего выполнения и, в силу этого, активизировать сложную логику принятия решений. Такая логика полностью продумана в этом раскрытии. Кроме того, некоторые из этапов последовательностей операций, описанных и/или проиллюстрированных в материалах настоящего описания, в некоторых вариантах осуществления, могут быть опущены, не выходя из объема настоящей полезной модели. Подобным образом, указанная последовательность этапов последовательностей операций не всегда может требоваться для достижения намеченных результатов, но предоставлена для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, функций или операций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.
Фиг.4 иллюстрирует примерный способ 98 для избегания чрезмерного разбавления заряда всасываемого воздуха двигателя в одном из вариантов осуществления. На этапе 100 способа 98, определяется текущее MAP. Конкретнее, электронная система 60 управления принимает первый поток данных в ответ на текущее давление наддува, формируемое компрессором 14. В одном из вариантов осуществления, первый поток данных может приниматься из датчика 71 TIP, который присоединен к двигателю ниже по потоку от компрессора 14.
На этапе 102 способа 98, определяется уставочный расход MAF для двигателя. Конкретнее, электронная система 60 управления принимает второй поток данных в ответ уставочный массовый расход воздуха через компрессор. В одном из вариантов осуществления, второй поток данных может приниматься с датчика 68 положения педали акселератора транспортного средства, в котором установлен двигатель. Как отмечено выше, выпускной сигнал датчика положения педали может соответствовать скорее будущему расходу MAF, нежели текущему расходу MAF.
На этапе 104 способа 98, рабочее состояние, соответствующее принятому TIP и уставочному MAF, отображается на многомерной характеристике двигателя, хранимой в пределах электронной системы 60 управления. На этапе 106, определяется, находятся ли принятое TIP и уставочный MAF из первого и второго потоков данных за пределами или в пределах области помпажа компрессора 14. Другими словами, определяется, соответствуют или нет данные состоянию, прогнозирующему помпаж компрессора. В некоторых вариантах осуществления, данные могут соотноситься с линией жесткого помпажа (как показано на фиг.3). В других вариантах осуществления, линия, используемая для сравнения, может быть смещена вправо, чтобы давать более консервативное прогнозирование помпажа. Соответственно, термин «область помпажа» в качестве используемого в материалах настоящего описания не должен быть обязательно ограниченным областью, идентифицированной на фиг.3, но также может включать в себя по меньшей мере некоторые рабочие состояния, минимально справа от линии жесткого помпажа.
Если принятое TIP и уставочный MAF лежат за пределами области помпажа компрессора, то способ переходит на этап 108, на котором по меньшей мере некоторое управление с обратной связью применяется через открывание и закрывание клапана, который с возможностью регулировки ограничивает всасываемый воздух - например, клапанов 42 и/или 56 EGR. В одном из вариантов осуществления, управление с обратной связью может быть основано на выходном сигнале датчика разбавления всасываемого воздуха или датчика топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, как отмечено выше. Соответственно, способ 98, по выбору, может включать в себя действие приема третьего потока данных с любого такого датчика. В этом и других вариантах осуществления, управление с обратной связью, применяемое на этом этапе выполнения, может включать в себя управление положением клапана EGR в качестве суммы корректирующих членов обратной связи. Корректирующие члены обратной связи могут быть по существу как показанные выше в уравнении 1. Другими словами, степень открывания клапана EGR может зависеть от разности между текущим и уставочным уровнями разбавления заряда всасываемого воздуха или топливно-воздушного соотношения выхлопных газов - то есть, корректирующего члена P. В более конкретном варианте осуществления, корректирующие члены обратной связи могут включать в себя корректирующий член, пропорциональный разности, и корректирующий член, пропорциональный разности, интегрированной по времени - то есть, корректирующие члены P и I. По выбору, корректирующие члены обратной связи также могут включать в себя корректирующий член, пропорциональный производной разности по времени - то есть, корректирующий член D.
Продолжая по фиг.4, если принятое TIP и уставочный MAF находятся в пределах области помпажа, то способ переходит на этап 110. На этапе 110, не применяется никакого управления с обратной связью к открыванию или закрыванию клапана EGR. Взамен, на этапе 112, применяется управление с прямой связью к закрыванию клапана EGR. В противоположность управлению с обратной связью, управление с прямой связью может включать в себя управление положением клапана EGR в зависимости от уставочного уровня разбавления заряда всасываемого воздуха или, для некоторых конфигураций, уставочного топливно-воздушного соотношения независимо от текущего уровня разбавления или текущего топливно-воздушного соотношения.
В одном из вариантов осуществления, предписанный обобщенный способ может вводиться в действие при переходе из первого состояния, где помпаж не спрогнозирован, во второе состояние, где помпаж спрогнозирован. Во время такого перехода, интегральный корректирующий член I обратной связи в качестве вычисленного перед переходом, может фиксироваться. Затем, управление с прямой связью может применяться для регулировки положения клапаном, являющегося результатом управления с обратной связью при зафиксированных корректирующих членах обратной связи. В более конкретном варианте осуществления, обратная связь может применяться только в направлении для закрывания клапана, но не для его отрывания. Таким образом, чрезмерное разбавление заряда всасываемого воздуха может предотвращаться.
Как следствие способа 98 и связанных способов, один или более клапанов EGR системы двигателя могут открываться в меньшей степени во втором состоянии, в котором прогнозируется помпаж, чем в первом состоянии, в котором помпаж не прогнозируется. Соответственно, внешняя рециркуляция выхлопных газов может включаться в первом состоянии и выключаться во втором состоянии.
Еще одно преимущество этого подхода состоит в том, что стабильность сгорания может сохраняться даже при наступлении помпажа компрессора. Соответственно, различные мерам, обычно используемым для прекращения помпажа - например, открыванию CRV или регулятора давления наддува - не нужно применяться упреждающим образом (например, когда помпаж спрогнозирован, но не выявлен фактически). Такие меры, взамен, могут задерживаться до тех пор, пока помпаж не выявлен фактически, или до тех пор, пока более строгий предсказатель помпажа (более высокое TIP или более низкий MAF) не обнаружен электронной системой управления. В частности, CRV и/или регулятор давления наддува турбонагнетателя 18 могут поддерживаться закрытыми во втором состоянии, указанном выше. Таким образом, подача сжатого воздуха может поддерживаться на более широком рабочем диапазоне, для лучших рабочих характеристик и экономии топлива.
Следует понимать, что изделия, системы и способы, описанные выше, являются вариантами осуществления настоящей полезной модели - неограничивающие примеры для многочисленных вариантов и расширений которых также предполагаются. Это раскрытие также включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации вышеприведенных изделий, систем и способов, и любые и все их эквиваленты.
В качестве примера дополнительных и/или альтернативных подходов, в одном из вариантов осуществления, предусмотрен способ ослабления чрезмерного разбавления заряда всасываемого воздуха двигателя с турбонаддувом, выполняющего стехиометрическое сгорания с искровым зажиганием. Способ может включать в себя, в первом состоянии, применение по меньшей мере некоторого управления с обратной связью степенью открывания клапана EGR HP и/или LP в ответ на требуемое топливно-воздушное соотношение выхлопных газов, требуемое разбавление заряда во впускном коллекторе и соответствующие определения действующих значений. В этом первом состоянии, измерение и/или определение действующего топливно-воздушного соотношения выхлопных газов и разбавления заряда во впускном коллекторе по сравнению с требуемыми значениями, формируют регулировки для степени открывания клапана EGR, так что степень открывания регулируется во время работы в ответ на обратную связь в реальном времени по рабочим параметрам. Во втором состоянии, отличного от первого состояния, способ по-прежнему продолжает регулировать степень открывания клапана EGR по мере того, как двигатель работает и выполняет сгорание с по меньшей мере некоторым течением EGR, но регулировка производится независимо от оценки и/или измерения рабочих параметров, используемых для обеспечения обратной связи в первом состоянии. Например, разности между требуемыми и действующими/определенными значениями, используемые в первом состоянии, не используются для регулировки степени открывания клапана EGR во втором состоянии. Взамен, во втором состоянии, степень открывания клапана EGR может регулироваться на основании управления с прямой связью, причем, второе состояние прогнозирует помпаж компрессора, в том числе, выявление фактического помпажа. Управление с прямой связью, таким образом, разрывает связь между положением клапана EGR и измеренным/определенным топливно-воздушным соотношением и/или разбавлением заряда во впускном коллекторе (такими как указанные датчиком кислорода во впускном коллекторе). Поэтому, даже если эти параметры могут быть изменяющимися во втором состоянии, требуемая степень открывания клапана EGR не изменяется в ответ на них.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.