СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ
METHOD OF OPERATING SUPERCHARGED ENGINE (VERSIONS) AND SYSTEM FOR OPERATING SUPERCHARGED ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к управляемому объему с клапаном, присоединенным к разделенному выпускному коллектору в системе двигателя с наддувом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Разделенные выпускные коллекторы с разделением импульсов могут использоваться для подачи более высокого давления выхлопных газов в турбонагнетатель, приводя к улучшенным рабочим характеристикам двигателя с турбонаддувом. Разделенные выпускные тракты также предотвращают захватывание выхлопных газов в смежных цилиндрах, которое может вызывать пропуск зажигания цилиндра. Различные подходы могут использоваться для управления давлением в выпускном коллекторе и скоростью работы турбины в меняющихся условиях работы, чтобы регулировать наддув.
Один из примерных подходов показан Данетом и другими в WO 2008/078020 (МПК F01N13/08, F01N13/10, опубл. 03.07.2008), в которой система двигателя с наддувом содержит выпускной коллектор переменного объема. В нем, поток выхлопных газов направляется через два отдельных тракта в сдвоенные спирали турбонагнетателя, чтобы обеспечивать управление наддувом и скоростью вращения двигателя. Разделенные выхлопные трубы каждая присоединена к накопительному объему выше по потоку от турбины, и каждый объем управляется поворотной заслонкой, которая открывает или закрывает указанный накопительный объем, на основании скорости вращения двигателя. При низкой скорости вращения двигателя, накопительные объемы закрываются, чтобы сохранить давление выхлопных газов, но, на высоких скоростях вращения двигателя, накопительные объемы открываются для увеличения объема выпуска и уменьшения насосных потерь. Клапан также может допускать наполовину закрытое или наполовину открытое положение.
Авторы в материалах настоящего описания выявили потенциальные проблемы у вышеприведенного подхода. Даже если разделенные коллекторы предлагают сохранение пульсаций, в зависимости от скорости вращения двигателя, они могут подвергать выпускные клапаны воздействию более высоких давлений в некоторых условиях. Например, даже на более низких скоростях вращения, пульсации давления выхлопных газов в разделенном коллекторе могут быть достаточно высоки, чтобы принудительно открывать выпускные клапаны в несвоевременные моменты в цикле сгорания. Например, пульсации давления выхлопных газов могут формировать пиковые давления выхлопных газов в разделенном коллекторе, которые достаточно высоки, чтобы принудительно открывать выпускной клапан во время такта впуска цилиндра, непреднамеренно впуская выхлопные газы в цилиндр. Это может иметь негативные последствия, в том числе, значительную потерю мощности и коэффициента полезного действия двигателя наряду с повышением нестабильности сгорания.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы в материалах настоящего описания выявили вышеприведенные проблемы и предложили различные подходы для их преодоления.
В одном из аспектов предложен способ работы двигателя с наддувом, включающий в себя этапы, на которых:
в ответ на нажатие педали акселератора водителем и давление наддува меньшее, чем пороговое значение, закрывают клапан управления объемом, соединенный только выше по потоку от турбины к объему в разделенном выпускном коллекторе двигателя, до тех пор, пока давление наддува не достигнет порогового значения, причем объем является замкнутой камерой; и
регулируют клапан управления объемом в ответ на давление наддува, достигающее пороговое значение, на основании одного или более из скорости вращения двигателя и давления выхлопных газов.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых открывают клапан управления объемом из закрытого состояния в ответ на давление выхлопных газов, большее, чем пороговое значение выхлопных газов, при этом клапан управления объемом регулируют посредством привода, расположенного напротив клапана управления объемом напротив объединенного выпускного канала и присоединенного к клапану управления объемом через тягу, проходящую между ними.
В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан управления объемом закрывают в ответ на нажатие педали акселератора водителем, даже если давление выхлопных газов больше, чем пороговое значение выхлопных газов.
В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан управления объемом открывают выше пороговой скорости вращения двигателя и закрывают ниже пороговой скорости вращения двигателя за исключением того, что, даже при скорости вращения двигателя выше пороговой скорости вращения двигателя, клапан управления объемом временно закрывают в ответ на нажатие педали акселератора водителем, и даже при скорости вращения двигателя ниже пороговой скорости вращения двигателя, клапан управления объемом открывают в ответ на давление выхлопных газов выше порогового давления.
В одном из вариантов предложен способ, в котором двигатель содержит только один клапан управления объемом только в одном ответвлении выпускного коллектора, а другое ответвление не имеет объема или клапана управления объемом.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором открывают клапан управления объемом или поддерживают клапан управления объемом в открытом положении в ответ на нажатие педали акселератора водителем, когда давление наддува выше, чем пороговое значение, и давление выхлопных газов выше, чем пороговое значение выхлопных газов.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых регулируют перепускную заслонку турбонагнетателя в ответ на закрывание и закрывают клапан управления объемом при запуске и остановке двигателя.
В одном из дополнительных аспектов предложена система работы двигателя с наддувом с разделенным выпускным коллектором, ведущим в турбину, причем двигатель содержит множество цилиндров, при этом система содержит:
клапан, присоединенный к объему, сообщающемуся исключительно с подмножеством множества цилиндров через разделенный выпускной коллектор; и
контроллер с командами в постоянной памяти и исполняемыми процессором для поддержания клапана закрытым до достижения наддувом порогового значения при первом нажатии педали акселератора водителем после холостого хода; временного закрывания клапана при втором нажатии педали акселератора водителем после холостого хода; и регулирования клапана в ответ на скорость вращения двигателя в установившихся условиях.
В одном из вариантов предложена система, в которой выпускные клапаны цилиндров приводятся в действие кулачками, при этом клапан присоединен к приводу через тягу, а привод расположен внутри канала в выхлопной трубе, причем канал не сообщается ни с какими выхлопными газами.
В одном из вариантов предложена система, в которой первое нажатие педали акселератора водителем указывается посредством увеличения положения педали, большего, чем пороговое значение, от положения холостого хода.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая систему рециркуляции выхлопных газов низкого давления с клапаном рециркуляции выхлопных газов.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно содержит команды для регулировки клапана рециркуляции выхлопных газов в ответ на временное закрывание клапана.
В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ работы двигателя с наддувом, включающий в себя этапы, на которых:
открывают или закрывают клапан управления объемом в разделенном выпускном коллекторе двигателя на основании скорости вращения двигателя;
если клапан управления объемом является открытым, временно закрывают клапан управления объемом при переходном состоянии; и
если клапан управления объемом является закрытым, временно открывают клапан управления объемом в ответ на состояние избыточного давления.
В одном из вариантов предложен способ, в котором состояние избыточного давления включает в себя давление выхлопных газов, большее, чем верхнее пороговое значение.
В одном из вариантов предложен способ, в котором переходное состояние включает в себя нажатие педали акселератора водителем.
В одном из вариантов предложен способ, в котором разделенный выпускной коллектор образован двумя выпускными каналами, которые поддерживаются разделенными до объединения выше по потоку от впуска турбины.
В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан управления объемом расположен вне головки блока цилиндров и связан с одним из наружных выпускных каналов.
В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан управления объемом дополнительно регулируют в ответ на условия запуска двигателя, операцию перекрытия топлива при замедлении и указание детонации двигателя.
Один из предложенных подходов предусматривает способ, включающий в себя этапы, на которых осуществляют открывание клапана управления объемом в разделенном выпускном коллекторе двигателя в ответ на условия работы двигателя, но закрывание объема в ответ на нажатие педали акселератора водителем. Например, даже если условия скорости вращения двигателя могут предписывать открытый клапан для требуемого коэффициента полезного действия двигателя в установившемся состоянии, повышенная восприимчивость раскручивания турбонагнетателя, получаемая при закрытом положении клапана, может давать требуемые водительские эксплуатационные качества. Таким образом, посредством по меньшей мере временного закрывания клапана во время таких переходных условий, могут достигаться улучшенные рабочие характеристики. Как только переходный процесс пройден (например, после того, как уровень наддува достиг порогового значения), клапан может возвращаться в свое требуемое положение, основанное на скорости вращения двигателя.
Подобным образом, даже если условия скорости вращения двигателя могут предписывать закрытый клапан для требуемого коэффициента полезного действия двигателя в установившемся состоянии, повышенное пиковое противодавление выхлопных газов может заставлять выпускной клапан одного из цилиндров, сообщающихся с выпуском, непреднамеренно открываться во время такта впуска. Таким образом, посредством по меньшей мере временного открывания клапана управления объемом в таких условиях, ухудшенные рабочие характеристики сгорания могут уменьшаться. Как только пиковые противодавления выхлопных газов спадают, клапан может возвращаться в свое требуемое положение, основанное на скорости вращения двигателя, чтобы сохранять пульсации выхлопных газов для эффективного приведения в движение турбонагнетателя. Таким образом, можно сохранять равновесие коэффициента полезного действия системы наряду с уменьшением непреднамеренного открывания выпускных клапанов.
В еще одном варианте осуществления, способ включает в себя, во время переходного повышения требования крутящего момента (например, нажатия педали акселератора), где запрос крутящего момента повышается сверх порогового значения, и дается команда давления наддува выше порогового значения, клапан управления объемом может закрываться независимо от других условий двигателя (например, более высокого давления выхлопных газов, вызывающего несвоевременное открывание выпускных клапанов), чтобы выдавать повышенные пульсации давления выхлопных газов в турбонагнетатель. С другой стороны, если давление наддува уже является достаточно высоким, и присутствует более высокое давление выхлопных газов, клапан управления объемом может открываться для снижения пикового давления выхлопных газов на выпуске и уменьшения непреднамеренного открывания выпускных клапанов.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематичное изображение системы двигателя с турбонаддувом с разделенным выпускным коллектором и системой рециркуляции выхлопных газов (EGR).
Фиг. 2A изображает управляемый объем, присоединенный к выхлопной трубе, присоединенной к выпускным окнам цилиндров 2 и 3.
Фиг. 2B и 2C - подробная схема объема с клапаном управления. Фиг. 2B - вид сверху, а фиг.2C - вид в вертикальной проекции.
Фиг. 3-5 изображают примерные блок-схемы последовательности операций способа регулировки положения клапана управления объемом на основании различных условий работы двигателя.
Фиг. 6 иллюстрирует работу клапана управления объемом в ответ на нажатие педали акселератора и давление выхлопных газов.
Фиг. 7 показывает воздействие высокого давления выхлопных газов на выпускные клапаны и уменьшение пиков давления выхлопных газов, когда клапан управления объемом открыт.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание относится к системам и способам работы двигателя с наддувом с разделенным выпускным коллектором и системой рециркуляции выхлопных газов (EGR), как показано на фиг. 1. Управляемый объем присоединен к выхлопной трубе из цилиндров 2 и 3, как показано на фиг. 2A. Этот объем может открываться или закрываться клапаном, как показано на фиг. 2B и 2C, в зависимости от давления выхлопных газов в коллекторе. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру, такую как процедура по фиг. 3, чтобы регулировать положение этого клапана (к примеру, из исходного положения) на основании различных условий работы двигателя. Например, положение клапана управления объемом может регулироваться на основании запуска двигателя, нажатий педали акселератора, присутствия детонации или DFSO. Положение клапана может регулироваться во время переходных процессов крутящего момента (фиг. 4), таких как нажатие педали акселератора, для уменьшения запаздывания турбонагнетателя. Возмущения крутящего момента, связанные с открыванием или закрыванием управляемого объема, могут компенсироваться с использованием сопутствующих регулировок в отношении одного или более исполнительных механизмов двигателя (фиг. 5). Примерные регулировки клапана управления объемом на основании давления выхлопных газов и условий работы двигателя показаны на фиг. 6 и 7.
Фиг. 1 показывает схематичное изображение двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 14 транспортного средства через устройство 16 ввода. В этом примере, устройство 16 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 18 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. В некоторых примерах, контроллер 12 может быть микрокомпьютером, включающим в себя: микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память и традиционную шину данных.
Двигатель 10 может включать в себя множество камер сгорания (то есть, цилиндров), которые могут быть покрыты сверху головкой блока цилиндров (не показана). В примере, показанном на фиг. 1, двигатель 10 включает в себя камеры 20, 22, 24 и 26 сгорания, расположенные в рядной 4-цилиндровой конфигурации. Однако, следует понимать, что, хотя фиг.1 показывает четыре цилиндра, двигатель 10 может включать в себя любое количество цилиндров в любой конфигурации, например, V-6, I-6, V-12, оппозитная 4-цилиндровая, и т.д.
Хотя не показано на фиг. 1, каждая камера сгорания (то есть, цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с поршнем, расположенным в них. Поршни могут быть присоединены к коленчатому валу, так чтобы возвратно-поступательные движения поршней преобразовывались во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства, например, через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Каждая камера сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 27 через воздушный впускной канал 30. Впускной коллектор 27 может быть присоединен к камерам сгорания через впускные окна. Например, впускной коллектор 27 показан на фиг. 1 присоединенным к цилиндрам 20, 22, 24 и 26 через впускные окна 32, 34, 36 и 38 соответственно. Каждое соответственное впускное окно может подавать воздух и/или топливо в соответствующий цилиндр для сгорания.
Каждая камера сгорания может выпускать выхлопные газы через выпускное окно, присоединенное к ней. Например, выпускные окна 40, 42, 44 и 46 показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24, 26, соответственно. Это разделенный коллектор, поэтому, выпускные окна 40 и 46 ведут в отдельный выпускной коллектор 28 наряду с тем, что выпускные окна 42 и 44 объединяются в наружную выхлопную трубу, вмещающую канал 29, наружный выпускной коллектор вне головки блока цилиндров. Два выпускных канала 28 и 29, оба сформированные в наружной выхлопной трубе, позже сливаются в единую выхлопную трубу 31, присоединенную к турбине 92 или турбонагнетателю 90. В альтернативном варианте осуществления, сформированная выхлопная труба может быть полностью или частично встроенной в головку блока цилиндров.
Каждое впускное окно цилиндра может избирательно сообщаться с цилиндром посредством впускного клапана. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на фиг. 1 с впускными клапанами 48, 50, 52 и 54, соответственно. Подобным образом, каждое выпускное окно цилиндра может избирательно сообщаться с цилиндром посредством выпускного клапана. Например, цилиндры 20, 22, 24 и 26 показаны на фиг. 1 с выпускными клапанами 56, 58, 60 и 62, соответственно. В некоторых примерах, каждая камера сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Хотя не показано на фиг. 1, в некоторых примерах, каждый впускной и выпускной клапан может приводиться в действие впускным кулачком и выпускным кулачком. В качестве альтернативы, один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие узлом катушки и якоря клапана с электромеханическим управлением. Положение кулачка впускного клапана может определяться датчиком кулачка впускного клапана. Положение кулачка выпускного клапана может определяться датчиком кулачка выпускного клапана.
Впускной канал 30 может включать в себя дроссель 64, имеющий дроссельную заслонку 66. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 66 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, заключенный дросселем 64, конфигурацией, которая обычно указывается ссылкой как электронное управление дросселем (ETC). Таким образом, дроссель 64 может эксплуатироваться для изменения всасываемого воздуха, выдаваемого в камеры сгорания. Положение дроссельной заслонки 66 может выдаваться в контроллер 12 сигналом TP положения дросселя с датчика 68 положения дросселя. Впускной канал 30 может включать в себя датчик 70 массового расхода воздуха и датчик 72 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответствующих сигналов MAF и MAP в контроллер 12.
На фиг. 1, топливные форсунки показаны присоединенными непосредственно к камерам сгорания для впрыска топлива непосредственно в них пропорционально длительности импульса сигнала FPW, например, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь. Например, топливные форсунки 74, 76, 78 и 80 показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24 и 26, соответственно. Таким образом, топливные форсунки обеспечивают то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания. Каждая соответствующая топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку соответствующей камеры сгорания или сверху соответствующей камеры сгорания. В некоторых примерах, одна или более топливных форсунок могут быть расположены во впускном коллекторе 27 в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно в качестве оконного впрыска топлива во впускные окна выше по потоку от соответствующих камер сгорания. Хотя не показано на фиг. 1, топливо может подаваться в топливные форсунки топливной системой, включающей в себя топливный бак, топливный насос, топливную магистраль и направляющую-распределитель для топлива.
В некоторых примерах, система зажигания без распределителя (не показана) может выдавать искры зажигания на свечи зажигания, присоединенные к камерам сгорания, в ответ на контроллер 12. Например, свечи 82, 84, 86 и 88 зажигания показаны на фиг. 1 присоединенными к цилиндрам 20, 22, 24 и 26, соответственно.
Двигатель 10 может включать в себя турбонагнетатель 90. Турбонагнетатель 90 может включать в себя турбину 92 в системе выпуска и компрессор 94 в системе впуска, присоединенные к общему валу 96. Турбина 92 может быть выполнена с возможностью принимать отдельные выхлопные газы из цилиндров, чьи импульсы выхлопных газов мешают друг другу, когда подаются в турбину 92. Например, если четырехцилиндровый двигатель (например, двигатель I4, такой как показанный на фиг. 1) имеет порядок работы цилиндров 1-3-4-2 (например, цилиндр 20, сопровождаемый цилиндром 24, сопровождаемым цилиндром 26, сопровождаемым цилиндром 22), то цилиндр 20 может быть заканчивающим свой такт расширения и открывающим свои выпускные клапаны, в то время как цилиндр 22 все еще имеет свои выпускные клапаны открытыми. В неразделенном выпускном коллекторе, импульс давления выхлопных газов из цилиндра 20 может мешать способности цилиндра 22 выбрасывать его выхлопные газы. Однако, посредством использования разделенного коллектора, в котором выпускные окна 40 и 46 из цилиндров 20 и 26 присоединены к первому выпускному коллектору 28, а выпускные окна 42 и 44 из цилиндров 22 и 24 присоединены к второму выпускному коллектору 29, пульсации выхлопных газов могут разделяться, чтобы сохранять высокую энергию импульса и улучшать рабочие характеристики турбины. Выпускные коллекторы 28 и 29 поддерживаются полностью обособленными выше по потоку от своего (Y-образного) тройникового соединения 146, уменьшая какое бы то ни было взаимное влияние пульсаций выхлопных газов и подавая раздельные импульсы в турбину 92 в системе выпуска.
Второй выпускной коллектор 29 может включать в себя объем 135 с клапаном 137 управления, который открывается или закрывается на основании давления выхлопных газов, оцененного контроллером 12 во втором выпускном коллекторе 29. Объем 135 присоединен к коллектору 29 ниже по потоку от тройникового соединения 144, но выше по потоку от турбины 92 в системе выпуска. Объем является замкнутой камерой только с одним выходом, который управляется клапаном 137. Объем 135, будучи присоединенным к второму выпускному коллектору 29, сообщается исключительно с цилиндрами 22 и 24, и выпускными клапанами 58 и 60 соответственно. Еще один вариант осуществления может включать в себя подобный объем 139 с вторым клапаном 141 управления, присоединенным к первому выпускному коллектору 28. Здесь, объем 139 сообщается исключительно с выпускными клапанами 56 и 62 цилиндров 20 и 26 соответственно. Таким образом, каждый выпускной коллектор может включать в себя управляемый объем с управляющим клапаном, где каждый объем управляется независимо на основании пороговых значений давления выхлопных газов в выпускных коллекторах, к которым они присоединены. Например, один выпускной коллектор может быть способным допускать удерживание клапана закрытым при более высоких уровнях наддува без распахивания выпускного клапана, по сравнению с другим.
В еще одном варианте осуществления, объем 135 может быть сформирован в пределах встроенного выпускного коллектора с коллектором 29 (и 28) также в нем.
В последующем описании, двигатель имеет только один объем 135, управляемый клапаном 137, присоединенным ко второму выпускному коллектору 29. Однако, подходы, описанные в материалах настоящего описания, могут быть в точности повторены для второго объема и второго клапана управления (139, 141), присоединенных к другому выпускному коллектору.
Перепускная заслонка 110 может быть присоединена в параллель турбине 92. Более точно, перепускная заслонка 110 может быть включена в перепускной канал 108, присоединенный между входом и выходом турбины в системе выпуска. Посредством регулировки положения перепускной заслонки 110, может регулироваться величина наддува, обеспечиваемого турбиной.
Выхлопные газы, выходящие из турбины 92 и/или перепускной заслонки 110, могут проходить через устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов. Устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя многочисленные брикеты каталитического нейтрализатора в одном из примеров. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выхлопных газов, каждое с многочисленными брикетами. В некоторых примерах, устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа. В других примерах, устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов может включать в себя один или множество из дизельного окислительного каталитического нейтрализатора (DOC) и каталитического нейтрализатора с избирательным каталитическим восстановлением (SCR). После прохождения через устройство 112 снижения токсичности выхлопных газов, выхлопные газы могут направляться в выхлопную трубу 114.
Двигатель 10 может включать в себя одну или более систем рециркуляции выхлопных газов (EGR) для рециркуляции некоторого количества выхлопных газов, выходящих из двигателя 10, обратно на впуск двигателя. Например, двигатель 10 может включать в себя первую систему 116 EGR низкого давления (LP-EGR) для рециркуляции части выхлопных газов из выпускного коллектора во впускной коллектор, более точно, с выпуска двигателя ниже по потоку от турбины 92 на впуск двигателя выше по потоку от компрессора 94 в системе впуска. Система LP-EGR может включать в себя трубопровод 118 LP-EGR, клапан 120 LP-EGR, выполненный с возможностью регулировать количество выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции по трубопроводу 118 LP-EGR, и охладитель 122 LP-EGR для охлаждения выхлопных газов перед подачей на впуск.
Двигатель 10 также может включать в себя, дополнительно или отдельно, систему 126 EGR высокого давления (HP-EGR) для рециркуляции части выхлопных газов из выпускного коллектора во впускной коллектор, более точно, с выпуска двигателя выше по потоку от турбины 92 на впуск двигателя ниже по потоку от компрессора 94. Система HP-EGR может включать в себя трубопровод 128 HP-EGR, клапан 130 HP-EGR, выполненный с возможностью регулировать количество выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции по трубопроводу 128 HP-EGR, и охладитель 132 HP-EGR для охлаждения выхлопных газов перед подачей на впуск.
В некоторых условиях, одна или более из систем 116 и 126 EGR могут использоваться для регулирования температуры и/или разбавления смеси воздуха и топлива в пределах камер сгорания, таким образом, предусматривая способ регулирования установки момента воспламенения во время некоторых режимов сгорания. Кроме того, в некоторых условиях, часть выхлопных газов может удерживаться или захватываться в камере сгорания посредством регулирования установки фаз распределения выпускных клапанов.
В некоторых примерах, контроллер 12 может быть микрокомпьютером, включающим в себя: микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан на фиг. 1 принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 138 температуры; датчика 140 положения двигателя, например, датчика на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В некоторых примерах, датчик 140 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которым может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту). Дополнительно, различные датчики могут применяться для определения давления наддува турбонагнетателя. Например, датчик 133 давления может быть расположен на впуске двигателя ниже по потоку от компрессора 94 для определения давления наддува. Дополнительно, по меньшей мере второй выпускной коллектор 29 может включать в себя различные датчики для контроля условий выхлопных газов, такие как датчик 134 выхлопных газов. Датчик 134 выхлопных газов может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливно-воздушного соотношения выхлопных газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, HC, или CO.
На основании входного сигнала с различных датчиков, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью выполнять различные процедуры управления (такие как описанные со ссылкой на фиг. 3-5) и приводить в действие один или более исполнительных механизмов двигателя. Исполнительные механизмы, например, могут включать в себя впускной дроссель 64, перепускную заслонку 110, клапан 137 управления объемом.
Фиг. 2A изображает объем 135 с клапаном 137 управления в качестве присоединенного к второму выпускному коллектору 29. Выпускные коллекторы в этой системе могут быть встроены в головку блока цилиндров и выполнены с возможностью выпускать продукты сгорания из цилиндров 20, 22, 24 и 26. Каждый цилиндр может включать в себя два выпускных клапана для канализирования выпуска и продувки порций газообразных продуктов сгорания раздельно в выпускные окна 40, 42, 44 и 46. Таким образом, каждое выпускное окно имеет два ответвления, которые избирательно сообщаются с выпускными клапанами.
Это разделенный коллектор, поэтому выпускные направляющие, присоединенные к окнам 40 и 46 из цилиндров 20 и 26, сливаются в первый выпускной коллектор 28, а выпускные направляющие, присоединенные к окнам 42 и 44 из цилиндров 22 и 24, сливаются во второй выпускной коллектор 29 на тройниковом соединении 144. Первый и второй выпускные коллекторы не сообщаются и, подобным образом, не сообщаются выпускные направляющие, присоединенные к цилиндрам в разных подгруппах. По существу, пульсации выхлопных газов из цилиндров в разных подгруппах могут разделяться, чтобы отдача из одного цилиндра могла не мешать сгоранию в другом цилиндре, смежном в порядке работы цилиндров. Во встроенном выпускном коллекторе, трубопроводы из первого и второго выпускных коллекторов 28 и 29 могут продолжаться за пределами встроенного выпускного коллектора и сливаться выше по потоку от турбины в системе выпуска.
Фиг. 2B и 2C показывают более подробные фигуры объема и его клапана. Клапан 137 управления объемом содержит привод 13, соединительную тягу 15, которая перемещает поворотный рычаг 17, который, в свою очередь, приводит в действие заслонку 19 клапана для открывания и закрывания входа в объем 135. В некоторых примерах, привод может быть вакуумным приводом, присоединенным к распределителю вакуумного регулятора, который управляется контроллером 12. Заслонка 19 клапана может закрываться или открываться на основании сигналов из контроллера, который регулирует это положение в зависимости от условий работы двигателя и на основании того, должен ли турбонагнетатель выдавать больший наддув, как описано в материалах настоящего описания.
В одном из примеров, привод 13 может управлять клапаном посредством вала, продолжающегося через выпускной канал, по выбору, через внутреннее отверстие канала, которое физически отделено от выпускного канала и которое не сообщается с выпускным каналом. Такое расположение может уменьшать тепловую нагрузку на привод.
Отметим, что фиг. 2A-2C начерчены приблизительно в масштабе, хотя, если требуется, могут использоваться другие относительные размеры.
Примерная процедура 300, которая может выполняться контроллером 12, показана на фиг. 3. Более точно, процедура может определять исходное положение клапана управления объемом, а затем, на основании условий работы двигателя, в том числе, на основании предельных значений, переходных процессов двигателя, и т.д., положение клапана может дополнительно модифицироваться посредством специфичных процедур и подпрограмм по фиг. 3-5. Процедура дополнительно может давать регулировкам перепускной заслонки и регулировкам клапанов EGR (в том числе, регулировкам HP-EGR и LP-EGR) возможность координироваться с регулировками клапана управления объема, чтобы улучшать рабочие характеристики двигателя и выходной крутящий момент.
На этапе 302, процедура включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Таковые, например, могут включать в себя скорость вращения двигателя, требование крутящего момента, температуру каталитического нейтрализатора, температуру двигателя, топливно-воздушное соотношение выхлопных газов, MAP, MAF, барометрическое давление, и т.д. На этапе 304, на основании оцененных условий работы двигателя, могут определяться исходное положение клапана управления объема. Например, в установившихся условиях, если скорость вращения двигателя находится выше порогового значения, давая в результате более высокое давление выхлопных газов в выпускном коллекторе, клапан управления объемом может открываться для уменьшения насосных потерь. Если скорость вращения двигателя находится ниже пороговой скорости вращения, а давление выхлопных газов находится ниже приемлемого предела, клапан управления объемом закрывается. На этапе 306, может определяться, присутствуют ли условия запуска двигателя. Этими условиями могут быть холодный запуск или горячий запуск. Запуск двигателя может включать в себя проворачивание коленчатого вала двигателя из состояния покоя посредством электродвигателя, такого как стартерный электродвигатель. Чтобы ускорять раскручивание турбины в системе выпуска в системе с турбонаддувом в подготовке к нажатию педали акселератора, давление выхлопных газов может быстро повышаться. Чтобы дать возможность этого, клапан управления объемом может временно закрываться, по меньшей мере во время ранней части запуска двигателя, чтобы поднимать давление в выпускном коллекторе и ускорять раскручивание турбины.
Если присутствуют условия запуска двигателя, то, на этапе 308, процедура будет закрывать клапан управления объемом, чтобы выдавать высокое давление выхлопных газов на турбонагнетатель. Регулировки перепускной заслонки могут координироваться с и на основании соответствующих перемещений клапана управления объемом.
После того, как запуск двигателя был завершен (горячий запуск или холодный запуск), процедура переходит на этап 310, где может определяться, есть ли какие-нибудь переходные процессы. Например, может определяться, есть ли резкое повышение требования крутящего момента (например, вследствие нажатия педали акселератора). Если да, то, на этапе 312, процедура включает в себя регулировку клапана управления объемом на основании переходных условий для удовлетворения требования переходного крутящего момента. Как будет конкретизировать фиг. 4, это может зависеть от давления наддува и давления выхлопных газов. Регулировки перепускной заслонки могут координироваться с и на основании соответствующих регулировок клапана управления объемом.
На этапе 314, может определяться, удовлетворены ли условия перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Событие DFSO может происходить в ответ на требование крутящего момента, находящееся ниже, чем пороговое значение, такое как во время отпускания педали акселератора. При нем, впрыск топлива в цилиндр может избирательно прекращаться. В альтернативном примере, где двигатель выполнен с возможностью избирательно выводиться из работы в ответ на условия выключения холостого хода, вывод из работы двигателя может подтверждаться в ответ на операцию выключения холостого хода, выполняемую в тех случаях, когда впрыск топлива в цилиндр выводится из работы, в то время как искровое зажигание также выводится из работы. Если подтверждено DFSO, то, на этапе 316, процедура закрывает или поддерживает закрытым клапан управления объемом. План и положение перепускной заслонки будут основаны на указании DFSO для повышения скорости вращения турбины и улучшения восприимчивости к следующему нажатию педали акселератора.
На этапе 318, может определяться, есть ли какое-нибудь указание детонации в двигателе. Если да, то, на этапе 320, процедура включает в себя открывание клапана управления объемом для понижения давления выхлопных газов. По существу, детонация в двигателе может быть обусловлена событием аномального сгорания, происходящим в цилиндре после события искрового зажигания у цилиндра. Это может приводить к высокому давлению в цилиндре, а потому, более высокому давлению выхлопных газов. На основании других условий двигателя и наличия детонации, контроллер может открывать клапан управления объемом, чтобы давать возможность для рассеяния давления. Наоборот, непреднамеренный допуск выхлопных газов в цилиндры двигателя может инициировать детонацию в двигателе, и, по существу, открывание клапана управления объемом может уменьшать не только непреднамеренный допуск выхлопных газов, но также являющуюся результатом детонацию в двигателе.
Продолжая по фиг. 3, процедура включает в себя дополнительную регулировку одного или более из VCT, положения дросселя, установки момента зажигания, топливоснабжения цилиндра и EGR, подаваемой в находящийся под влиянием детонации цилиндр, регулировка основана на положении клапана управления объемом. По существу, таковые могут включать в себя регулировки исполнительных механизмов, используемые для принятия мер в ответ на детонацию. Например, в ответ на указание детонации, установка момента зажигания может подвергаться запаздыванию, причем, величина применяемого запаздывания зажигания основана на открывании клапана управления объемом.
На этапе 322, может определяться, ожидается ли возмущение крутящего момента вследствие регулировок клапана управления объемом (такое как обусловленное какими-нибудь предыдущими регулировками клапана управления объемом на этапах 308-320). Если да, то, на этапе 324, процедура включает в себя регулировку одного или более исполнительных механизмов крутящего момента двигателя для уменьшения влияния предстоящего возмущения крутящего момента. Посредством регулировки временных характеристик работы клапана управления объемом, возмущение крутящего момента может лучше скрываться, улучшая ощущение от вождения водителя транспортного средства. В одном из примеров, регулировка временных характеристик клапана управления объемом может вынуждаться частично перекрываться с событием трансмиссии для уменьшения влияния выброса крутящего момента, тем самым, улучшая ездовые качества. Примерные регулировки исполнительных механизмов крутящего момента и регулировки временных характеристик клапана управления объемом, выполняемые для сокрытия возмущений крутящего момента, описаны со ссылкой на фиг. 5.
Таким образом, посредством использования регулировок клапана управления объемом, в одиночку или в комбинации с регулировками перепускной заслонки и клапанов EGR, расширяется диапазон работы двигателя, в котором могут обеспечиваться преимущества наддува. В общем и целом, рабочие характеристики двигателя расширяются, к тому же, наряду с улучшением экономии топлива.
Далее, с обращением к фиг. 4, показана примерная процедура 400, которая может выполняться во время повышенного требования крутящего момента, такого как вслед за нажатием педали акселератора. Этот подход предоставляет возможность уменьшаться запаздыванию турбонагнетателя.
На этапе 402, процедура включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя, таких как скорость вращения двигателя, температура хладагента двигателя, температура каталитического нейтрализатора выхлопных газов, требование крутящего момента, BP, MAP, MAF, и т.д. На этапе 404, процедура проверяет, находится ли среднее давление выхлопных газов в коллекторе 29 ниже порогового давления. Среднее давление выхлопных газов оценивается на основании скорости вращения в минуту двигателя, потока воздуха, давления наддува и других параметров. Если давление выхлопных газов находится ниже порогового значения, на этапе 406, клапан управления объемом закрывается, чтобы предоставлять возможность более высокого давления в турбонагнетателе 90. Если давление выхлопных газов находится выше порогового значения, на этапе 408, клапан управления объемом открывается, чтобы понижать давление выхлопных газов и предотвращать принудительное открывание выпускных клапанов в цилиндрах 22 и 24.
На этапе 410, может подтверждаться резкое нажатие педали акселератора. Например, может определяться, повысилось ли требование крутящего момента на большую, чем пороговая, величину в течение порогового времени, и/или была ли педаль акселератора нажата на большую, чем пороговая, величину. Нажатие педали акселератора может быть нажатием педали акселератора из условий холостого хода (например, с положением педали в по существу отпущенном положении) или из условий установившегося крейсерского хода (например, с частично нажатой педалью). Если условия нажатия педали акселератора не подтверждены, на этапе 414, процедура включает в себя оставление клапана управления объемом в его текущем положении, как определено на этапе 406 или 408. Кроме того еще, остаточные газы могут подвергаться рециркуляции из выпуска двигателя на впуск двигателя посредством систем(ы) EGR с клапанами, регулируемыми на регулировки, определенные на этапе 402, для удовлетворения требования крутящего момента. Это включает в себя регулировку клапана LP-EGR, если система двигателя включает в себя систему LP-EGR, и клапана HP-EGR, если система двигателя включает в себя систему HP-EGR, для обеспечения определенной величины рециркуляции выхлопных газов.
Если нажатие педали акселератора подтверждено, то, на этапе 412, процедура выполняет проверку уровней давления наддува. Если давление наддува меньше, чем пороговое значение, на этапе 416, клапан управления объемом закрывается, чтобы уменьшать запаздывание турбонагнетателя и усиливать давление наддува, возможно за счет высокого давления выхлопных газов. Таким образом, клапан может закрываться, даже если давление выхлопных газов больше, чем пороговый уровень, чтобы ускорять турбонагнетатель и повышать давление наддува в ответ на нажатие педали акселератора. Если давление наддува уже находится выше порогового значения, процедура выполняет еще одну проверку уровня давления выхлопных газов на этапе 418. Если давление выхлопных газов находится ниже порогового давления выхлопных газов, клапан управления объемом закрывается (или поддерживается закрытым) на этапе 420. Если давление выхлопных газов находится выше порогового уровня, клапан управления объемом открывается (или поддерживается в открытом состоянии) на этапе 422, чтобы уменьшать давление на выпускные клапаны.
Кроме того, на этапе 424, положение перепускной заслонки, присоединенной в параллель турбине в системе выпуска, может регулироваться на основании данного положения клапана управления объемом в ответ на нажатие педали акселератора или требование крутящего момента двигателя, оцененных на этапе 402. Посредством закрывания перепускной заслонки, давление в выпускном коллекторе может дополнительно повышаться. Например, перепускная заслонка может перемещаться в направлении полностью закрытого положения, когда давление наддува находится ниже порогового значения, и когда клапан управления объемом закрыт. В качестве альтернативы, когда давление выхлопных газов в коллекторе является достаточно высоким, чтобы принудительно открывать выпускные клапаны 58 и 60, а клапан управления объемом находится в открытом положении, клапан перепускной заслонки также может открываться, чтобы отводить большее количество выхлопных газов от коллектора и предоставлять возможность дополнительного снижения давления выхлопных газов. Это может происходить, только если давление наддува уже находится выше необходимого порогового значения.
На этапе 426, процедура включает в себя регулировку количества выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции на впуск двигателя. Более точно, величина EGR может уменьшаться, в то время как клапан управления объемом находится в полностью закрытом положении. В некоторых вариантах осуществления, двигатель может включать в себя систему EGR, имеющую клапан LP-EGR в канале LP-EGR для рециркуляции выхлопных газов из выпускного коллектора ниже по потоку от турбины во впуск выше по потоку от компрессора, а также клапан HP-EGR в канале HP-EGR для рециркуляции выхлопных газов из выпускного коллектора из выше по потоку от турбины во впускной коллектор ниже по потоку от дросселя. Контроллер двигателя может регулировать каждый из клапана LP-EGR и клапана HP-EGR в ответ на нажатие педали акселератора, чтобы менять отношение HP-EGR к LP-EGR на основании закрывания клапана управления объемом. В качестве одного из примеров, контроллер может увеличивать открывание клапана LP-EGR наряду с уменьшением открывания клапана HP-EGR для повышения отношения LP-EGR к HP-EGR. В еще одном примере, контроллер может уменьшать открывание каждого из клапана LP-EGR и клапана HP-EGR для уменьшения разбавления в двигателе.
Таким образом, регулировки в отношении клапана управления объемом могут производиться на основании скорости вращения двигателя, а также условий нажатия педали акселератора и давления выхлопных газов в коллекторе. Например, когда скорость вращения двигателя определено находящимся выше порогового значения, клапан управления объемом может открываться для уменьшения насосных потерь. Это положение, тем не менее, может не приниматься во внимание в условиях нажатия педали акселератора. Например, даже если клапан был открыт на основании скорости вращения двигателя, он может временно закрываться в ответ на нажатие педали акселератора. Как только необходимый наддув был достигнут, положение клапана затем может регулироваться согласно скорости вращения двигателя в установившихся условиях. Подобным образом, исходное положение клапана может быть основано на скорости вращения двигателя, находящемся ниже пороговой скорости вращения двигателя, когда клапан управления объемом закрыт. Однако, это положение может отменяться высоким давлением выхлопных газов в выпускном коллекторе. Клапан может открываться в такой ситуации, чтобы ограничивать подвергание выпускных клапанов воздействию высокого давления, даже если скорость вращения двигателя находится ниже порогового значения, и когда давление наддува находится выше необходимого порогового значения.
Примерная регулировка клапана управления объемом далее описана со ссылкой на фиг. 6. Многомерная характеристика 600 изображает условия, в которых клапан управления объемом будет открываться или закрываться, в частности, нажатие педали акселератора. Многомерная характеристика 600 изображает положение педали на графике 602, давление наддува на графике 604, среднее давление выхлопных газов на графике 606 и регулировки клапана управления объемом на графике 608. Все графики изображены по времени, графически изображенному по оси x.
До t1, двигатель может быть работающим на холостом ходу или в установившемся режиме с скоростью вращения двигателя ниже пороговой скорости вращения и с закрытым клапаном управления объемом (график 608). В t1, может подтверждаться нажатие педали акселератора. Одновременно, давление наддува меньше, чем верхнее пороговое значение, указывая необходимость в раскручивании турбонагнетателя. График 606 показывает, что среднее давление выхлопных газов в выпускном коллекторе 29 меньше, чем пороговое значение, в t1. В ответ на событие нажатия педали акселератора и состояние наддува, клапан управления объемом остается закрытым. Посредством сохранения объема закрытым в ответ на нажатие педали акселератора, давление в выпускном коллекторе может быстро повышаться, тем самым, давая турбине возможность быстро раскручиваться. По существу, это уменьшает запаздывание турбонагнетателя и предоставляет переходным процессам возможность лучше подвергаться принятию ответных мер. В изображенном примере, клапан поддерживается закрытым с t1 до t2. В t2, когда давление наддува является достаточно высоким (например, выше верхнего порогового значения), и давление выхлопных газов повышается выше своего порогового предела, клапан управления объемом открывается, чтобы демпфировать высокие пульсации давления выхлопных газов.
В t3, еще одно событие нажатия педали акселератора может подтверждаться, но давление наддува и давление выхлопных газов теперь находятся выше верхнего предела. В ответ на достаточное давление наддува и высокое давление выхлопных газов, клапан управления объемом поддерживается в открытом положении. В t4, так как среднее давление выхлопных газов падает ниже порогового значения, клапан управления объемом в ответ закрывается. Несмотря на то, что не изображено в примере по фиг.6, в дополнительных примерах, контроллер может регулировать различные исполнительные механизмы крутящего момента двигателя, такие как одно или более из установки момента искрового зажигания, VCT, перекрытия клапанов и положения впускного дросселя, на основании регулировки клапана управления объемом и переходных процессов крутящего момента.
Таким образом, регулировки клапана управления объемом могут выполняться в ответ на переходные требования крутящего момента, давление наддува и высокое давление выхлопных газов. Несмотря на то, что скорость вращения двигателя может использоваться в качестве исходного показателя для открывания или закрывания клапана управления объемом в установившихся условиях, этот параметр может не приниматься во внимание во время переходных условий, таких как нажатия педали акселератора (например, когда открытый клапан управления объемом может закрываться для ускорения раскручивания турбины), а также в условиях, в которых давление выхлопных газов может быть слишком высоким (например, когда закрытый клапан управления объемом может открываться, если бы не нажатие педали акселератора), чтобы минимизировать случайное открывание выпускных клапанов. Таким образом, скорость вращения двигателя может быть по существу неизменным (например, оставаться ниже порогового значения), несмотря на это, клапан регулируется в ответ на переходные условия и/или условия избыточного давления выхлопных газов.
Многомерная характеристика 700 по фиг. 7 иллюстрирует влияние пиков давления выхлопных газов на выпускной клапан. График 702 представляет кривую давления выхлопных газов при высокой нагрузке двигателя, когда клапан управления объемом закрыт, график 704 изображает кривую давления выхлопных газов при высокой нагрузке двигателя, когда клапан управления объемом открыт, график 706 является кривой давления выхлопных газов при низкой нагрузке двигателя, а график 708 иллюстрирует перемещение выпускного клапана по мере того, как давление выхлопных газов выходит за пределы порогового значения. Все графики изображены по времени, графически изображенному по оси x.
В t1, t2 и t4 с клапаном управления объемом в закрытом положении и двигателем, работающим под большой нагрузкой (график 702), выпускной клапан может быть вынужден открываться вследствие высокого давления выхлопных газов (график 708) в коллекторе. В t3, клапан не вынуждается открываться, так как импульс давления выхлопных газов остается ниже порогового давления. График 704 иллюстрирует, что, при высоких нагрузках двигателя и с открытым клапаном управления объемом, среднее давление может оставаться таким же, как при закрытом клапане управления объемом. Важным различием между графиками 702 и 704 является снижение амплитуды импульса давления, который оставляет выпускные клапанов в их закрытом положении. С двигателем, работающим на низкой нагрузке, кривая давления выхлопных газов никогда не достигает порогового значения (график 706) и не оказывает влияния на положение выпускных клапанов.
Далее, с обращением к фиг. 5, показана примерная процедура 500 для регулировки временных характеристик регулировки клапана управления объемом на основании события трансмиссии двигателя, чтобы уменьшать толчок, если таковой имеет место, от возмущения крутящего момента, связанного с регулировкой клапана управления объемом. Процедура предоставляет такому возмущению крутящего момента возможность лучше скрываться, улучшая качество впечатления от вождения водителя транспортного средства.
На этапе 502, процедура включает в себя определение запрошенной регулировки клапана управления объемом. Например, контроллер может определять, должен ли клапан перемещаться в открытое положение или в закрытое положение. Как конкретизировано ранее, клапан управления объемом может закрываться, чтобы предоставлять возможность более быстрого раскручивания двигателя в состоянии нажатия педали акселератора, когда давление наддува было определено низким, или клапан управления объемом мог бы открываться для уменьшения пульсации давления выхлопных газов, когда давление выхлопных газов является очень высоким.
На этапе 504, определяется изменение крутящего момента, связанное с предстоящей регулировкой клапана управления объемом. По существу, изменение крутящего момента может включать в себя возмущение крутящего момента. Например, при от умеренного до интенсивного потока наддува и высоком давлении выхлопных газов, когда клапан управления объемом открыт, давление в выпускном коллекторе снижается, побуждая большее количество свежего воздуха захватываться в цилиндрах. Если это усиление потока воздуха соразмерно дополняется топливом, чтобы поддерживать постоянные топливно-воздушное соотношение и установку опережения зажигания, открывание клапана управления объемом создает «выброс» вверх крутящего момента двигателя, в материалах настоящего описания также указываемый ссылкой как выброс крутящего момента или всплеск крутящего момента. Подобным образом, если двигатель находится на от умеренного до высокого потоке воздуха, и клапан управления объемом закрыт, чтобы помогать раскручивать турбину, повышенное давление в выпускном коллекторе будет заставлять захваченный заряд воздуха резко уменьшаться, к тому же, наряду с дополнительным уменьшением потока свежего воздуха в двигатель. Если это ослабление потока воздуха соразмерно дополняется топливом, чтобы поддерживать постоянные топливно-воздушное соотношение и установку опережения зажигания, закрывание клапана управления объемом создает «выброс» вниз крутящего момента двигателя, в материалах настоящего описания также указываемый ссылкой как выброс крутящего момента или провал крутящего момента. В любом случае, возмущение крутящего момента или выброс крутящего момента, приводят к плохим ездовым качествам. Как конкретизировано ниже, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью регулировать исполнительный механизм двигателя во время перемещения клапана управления объемом, чтобы поддерживать крутящий момент двигателя и уменьшать толчок выброса крутящего момента.
На этапе 506, может определяться, ожидается ли выброс крутящего момента. Более точно, на основании оценки изменения крутящего момента, связанного с ожидаемой регулировкой клапана управления объемом, может определяться, ожидается ли всплеск крутящего момента или провал крутящего момента. В одном из примеров, всплеск крутящего момента может подтверждаться, если изменение крутящего момента, связанное с запланированной регулировкой клапана управления объемом, является положительным изменением, которое больше, чем пороговая величина. В еще одном примере, провал крутящего момента может подтверждаться, если изменение крутящего момента, связанное с запланированной регулировкой клапана управления объемом, является отрицательным изменением, которое больше, чем пороговая величина.
Если выброс крутящего момента не ожидается, то, на этапе 508, процедура включает в себя сохранение положения одного или более исполнительных механизмов двигателя. Кроме того, регулировка клапана управления объемом выполняется, как определено (например, с временными характеристиками, основанными на оцененных условиях работы двигателя).
Если ожидается выброс крутящего момента, то, на этапе 510, может выясняться, есть ли приближающееся событие переключения трансмиссии, которое будет включать в себя проскальзывание муфт между двигателем и колесами. Контроллер может определять, есть ли наступающее событие трансмиссии, на основании плана переключения трансмиссии. Наступающее событие трансмиссии может включать в себя наступающее событие переключения с повышением передачи трансмиссии или наступающее событие переключение с понижением передачи трансмиссии. По существу, трансмиссия двигателя может включать в себя ручную трансмиссию или автоматическую трансмиссию. Трансмиссия дополнительно может включать в себя одну или более муфт, таких как муфта гидротрансформатора, и муфта прямого хода. Одна или более муфт может включать в себя механическую муфту, которая приводится в действие механически, а также «электронную муфту», которая с электронным приводом (то есть, муфта с управлением по проводам).
В некоторых вариантах осуществления, при определении, есть ли наступающее событие трансмиссии, контроллер может определять продолжительность времени между наступающим событием трансмиссии (на основании плана переключения трансмиссии) и время, когда принят запрос на ограничение перемещения в клапане управления объемом. Если продолжительность времени достаточно продолжительна (например, длиннее, чем пороговая продолжительность времени), наступающее событие трансмиссии может не подтверждаться. Если продолжительность времени достаточно коротка (например, короче, чем пороговая продолжительность времени), наступающее событие трансмиссии может подтверждаться.
Если наступающее событие трансмиссии подтверждено, то, на этапе 512, процедура включает в себя регулировку временных характеристик перемещения на основании события трансмиссии. Регулировка может включать в себя, в ответ на предстоящее событие трансмиссии, установку временных характеристик перемещения, чтобы по меньшей мере частично перекрывалось с событием трансмиссии. Например, если продолжительность времени между событием трансмиссии и запрос на перемещение ограничения меньше, чем пороговое значение, временные характеристики перемещения клапана управления объемом могут регулироваться, чтобы происходить во время события трансмиссии (например, одновременно с событием трансмиссии). В еще одном примере, временные характеристики могут регулироваться, так чтобы временные характеристики перемещения следовали непосредственно за событием трансмиссии. Посредством установки временных характеристик перемещения, чтобы по меньшей мере частично перекрывало событие трансмиссии, толчок выброса крутящего момента может лучше скрываться, тем самым, улучшая ездовые качества.
Если наступающее событие трансмиссии не подтверждено на этапе 510, например, если продолжительность времени между событием трансмиссии и запросом на перемещение ограничения больше, чем пороговое значение, на этапе 514, процедура включает в себя выполнение регулировки клапана управления объемом, как запланировано. Это может включать в себя установку временных характеристик перемещения, чтобы находились раньше какого бы то ни было (последующего) события трансмиссии.
Процедура далее переходит на этап 516, чтобы регулировать исполнительный механизм двигателя во время переключения клапана управления объемом, для поддержания крутящего момента двигателя и ослабления толчка выброса крутящего момента, который испытывался бы во время переключения. Регулируемый исполнительный механизм двигателя может включать в себя одно или более из VCT, установки момента зажигания, массы/временных характеристик подачи топлива, EGR, положения впускного дросселя, перепускной заслонки и плана переключения трансмиссии. В каждом случае, регулировка исполнительного механизма двигателя может быть основана на перемещении клапана управления объемом.
В качестве примера, когда клапан управления объемом закрывается, исполнительный механизм двигателя может регулироваться, чтобы кратковременно усиливать поток воздуха двигателя. Это кратковременное усиление потока воздуха двигателя может компенсировать кратковременное падение потока воздуха, испытываемое, когда клапан закрывается, а давление в выпускном коллекторе повышается. В качестве еще одного примера, когда клапан управления объемом открывается, исполнительный механизм двигателя может регулироваться, чтобы кратковременно ослаблять поток воздуха двигателя. Это кратковременное ослабление потока воздуха двигателя может компенсировать кратковременный подъем потока воздуха, испытываемый, когда клапан открывается, а давление в выпускном коллекторе понижается. В качестве еще одного примера, когда клапан-регулятор расхода закрывается, открывание впускного дросселя может временно увеличиваться, чтобы кратковременно усиливать поток воздуха двигателя наряду с тем, что, когда клапан-регулятор расхода открывается, открывание впускного дросселя может временно уменьшаться, чтобы кратковременно ослаблять поток воздуха двигателя.
Таким образом, управляемый объем может преимущественно использоваться для подавления несвоевременного открывания выпускных клапанов, обусловленного высоким давлением выхлопных газов наряду с предоставлением возможности для условий, требующих улучшенного наддува. Посредством закрывания клапана во время переходных условий, повышенное давление в коллекторе может использоваться для ускорения раскрутки турбины и уменьшения запаздывания турбонагнетателя. Когда потребность в наддуве удовлетворена, и планируется, что давление выхлопных газов должно превысить способность выпускного клапана оставаться закрытым, клапан управления объемом открывается, чтобы уменьшать потери мощности. Посредством использования одного или более исполнительных механизмов двигателя для компенсации толчка крутящего момента регулировки клапана управления объемом, уменьшается толчок крутящего момента, ощущаемый водителем транспортного средства. В дополнение, посредством регулировки временных характеристик на основании события трансмиссии, лучше скрывается толчок крутящего момента. В целом, рабочие характеристики общем и и реакция наддува двигателя улучшается, выбросы с выхлопными газами уменьшаются, и улучшаются ездовые качестве транспортного средства.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящего описания, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. 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. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.