Способ (варианты) и система для уменьшения количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува
METHOD (OPTIONS) AND SYSTEM TO REDUCE CHARGE AIR COOLER CONDENSATION

Уровень техники/Краткое изложение
Двигатель с турбонаддувом использует энергию отработавших газов для вращения компрессора, сжимающего воздух для подачи к цилиндрам двигателя. Поступающий сжатый воздух повышает температуру воздуха наддува. Увеличенная температура воздуха снижает мощность двигателя за счет снижения плотности воздуха наддува цилиндра. Один из путей снижения температуры воздуха наддува в двигателе с турбонаддувом заключается в установке охладителя воздуха турбонаддува ОВТ (САС) ниже по потоку относительно компрессора турбонагнетателя в системе наддува воздухом двигателя. Температура сжатого воздуха, поступающего в ОВТ, уменьшается за счет передачи тепла от сжатого воздуха наружному воздуху или жидкому хладагенту. Следовательно, мощность двигателя может быть увеличена за счет того, что цилиндры двигателя будут использовать наддув большей плотности по сравнению с таким же двигателем, но без ОВТ. Однако воздух, поступающий в двигатель, может содержать водяной пар, конденсирующийся внутри ОВТ, когда внутри ОВТ воздух становится холоднее. Если конденсированная вода затягивается в двигатель, это может привести к нестабильности процесса сгорания в двигателе. Поэтому желательно эксплуатировать двигатель таким способом, чтобы он получал преимущества ОВТ, но при этом возможность попадания в него конденсированной воды была бы ниже.
Авторы изобретения рассмотрели вышеупомянутые недостатки и разработали способ управления компрессорами двигателя, содержащий: прохождение воздуха через первый компрессор и второй компрессор в воздухозаборнике двигателя; возврат части воздуха, проходящего через второй компрессор, к воздухозаборнику двигателя ниже по потоку относительно первого компрессора и выше по потоку относительно второго компрессора посредством открытия байпасного клапана охладителя воздуха турбонаддува.
Возвращая часть воздуха, протекающего через второй компрессор, можно увеличить воздушный поток через систему воздухозаборника двигателя таким образом, что конденсат может быть постепенно удален из охладителя воздуха турбонаддува без увеличения крутящего момента двигателя или значительного увеличения потребления топлива. Возрастание воздушного потока через охладитель воздуха турбонаддува позволяет воздуху переносить дополнительное количество водяного пара таким образом, что водяной пар может быть постепенно подан в двигатель без значительного влияния на стабильность процесса сгорания в двигателе.
Настоящее раскрытие может обеспечить ряд преимуществ. В частности, данный подход может повысить стабильность процесса сгорания в двигателе. Кроме того, данный подход может снизить накопление воды в охладителе воздуха турбонаддува. И, кроме того, данный подход может применяться выборочно, таким образом, что не повлияет в значительной степени на потребление топлива автомобилем.
Вышеупомянутые преимущества, другие преимущества и особенности осуществления настоящего изобретения будут очевидны из приведенного ниже «Подробного описания», рассматриваемого отдельно от сопроводительных чертежей или совместно с ними.
Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с понятиями, приведенными также в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или неотъемлемых особенностей заявленного осуществления изобретения, объем которого определяется единственным образом при помощи пунктов формулы изобретения, приведенных после подробного описания. Кроме того, заявленное осуществление изобретения не ограничивается реализациями, исправляющими какие-либо отмеченные выше недостатки, в какой-либо части этого раскрытия.
Краткое описание иллюстраций
Фиг. 1 содержит схематическое описание двигателя;
Фиг. 2 показывает схему, иллюстрирующую движение потока воздуха к двигателю, соответствующее настоящему изобретению;
Фиг.3 показывает пример процесса управления двигателем для уменьшения количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува; и
Фиг. 4 показывает пример способа уменьшения количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува.
Подробное описание
Настоящее раскрытие относится к эксплуатации двигателя, содержащего компрессор и охладитель воздуха турбонаддува. Конденсат, который может накапливаться внутри охладителя воздуха турбонаддува, может быть удален путем увеличения потока воздуха через охладитель воздуха турбонаддува при поддержании постоянного потока воздуха, поступающего в двигатель (например, +5%). На фиг. 1 показан пример двигателя, содержащего два компрессора и охладитель воздуха турбонаддува. Поток воздуха через охладитель воздуха турбонаддува может быть увеличен путем подачи воздуха в направлении, показанном на фиг. 2. Пример процесса управления двигателем при снижении количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува показан на фиг. 3. Способ снижения количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува показан на фиг. 4.
Изображенным на фиг.1 и содержащим несколько цилиндров двигателем 10 внутреннего сгорания, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляет электронный контроллер 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и связанным с коленчатым валом 40. Показано, что камера 30 сгорания сообщается с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждым впускным и выпускным клапаном может управлять впускной кулачок 51 и выпускной кулачок 53. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 выпускного кулачка.
Показано, что топливный инжектор 66 используют для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области как прямой впрыск топлива. Кроме того, топливо могут вводить через впускной канал, что известно специалистам в данной области как впрыск во впускные каналы. Топливный инжектор 66 доставляет жидкое топливо в количестве, пропорциональном длительности импульса, полученного от контроллера 12. Топливо поступает к топливному инжектору 66 от топливной системы, содержащей топливный бак (не показан), топливный насос (не показан) и топливную рампу (не показана). Кроме того, впускной коллектор 44, как показано, связан с дополнительным электронным дросселем 62, корректирующим положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха от компенсатора 46 наддува.
Компрессор 162 подает воздух из воздухозаборника 42 для заполнения компенсатора 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, соединенную с компрессором 162 при помощи вала 161. Байпасный клапан 175 компрессора может иметь электрический привод с управлением от контроллера 12. Байпасный клапан 175 компрессора позволяет сжатому воздуху проходить назад к воздухозаборнику компрессора для ограничения давления наддува. Точно так же привод 72 байпасного клапана турбокомпрессора позволяет отработавшим газам обходить турбину 164 так, чтобы давлением наддува можно было управлять при различных условиях эксплуатации.
Контроллер 12 может выборочно включать компрессор 150 с электрическим приводом. Электрическая энергия от устройств хранения электрической энергии и/или генератора переменного тока (не показан) поступает для вращения компрессора 150 с электрическим приводом. Байпасный канал 35 компрессора с электрическим приводом содержит байпасный клапан 153 компрессора с электрическим приводом, способный выборочно открываться для пропуска воздушного потока от компрессора 162 в компенсатор 46 наддува без прохождения через компрессор 150 с электрическим приводом.
Охладитель 151 воздуха турбонаддува охлаждает воздух, поступающий в воздухозаборник 171 двигателя. Охладитель 151 воздуха турбонаддува может быть воздушно-воздушным охладителем или жидкостно-воздушным охладителем. Байпасный канал 37 охладителя воздуха турбонаддува содержит байпасный клапан 154 охладителя воздуха турбонаддува. Воздух может проходить от компрессора 162 в компенсатор 46 наддува, когда электрический компрессор 150 выключен и байпасный клапан 154 охладителя воздуха турбонаддува открыт.
Воздух может проходить от компрессора 150 к расположенному выше по потоку охладителю 151 воздуха турбонаддува, когда компрессор 150 включен и байпасный клапан 154 охладителя воздуха турбонаддува открыт.
Бесконтактная система 88 зажигания обеспечивает искру зажигания для камеры 30 сгорания при помощи свечи 92 зажигания в качестве реакции на команды контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) показан связанным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического конвертера 70 отработавших газов. В качестве альтернативы бистабильный датчик кислорода в отработавших газах может быть заменен датчиком 126 УДКОГ.
Конвертер 70 может содержать несколько брикетов катализатора в одном случае. В другом случае могут использовать несколько устройств управления выбросами, каждое из которых может иметь несколько брикетов. Конвертер 70 может быть, к примеру, трехрежимным катализатором.
Контроллер 12 показан на фиг.1 как обычный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 106, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и стандартную шину данных. Показано, что в контроллер 12 поступают различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждались ранее, в том числе: температура хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от температурного датчика 112, присоединенного к охлаждающей втулке 114; позиционный датчик 134, присоединенный к педали 130 акселератора для определения положения акселератора, заданного ногой 132; значение влажности атмосферного воздуха от датчика 19 влажности; измеренное давление в коллекторе двигателя ДКД (MAP) от датчика 121 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; измеренное давление наддува или давление на входе дросселя от датчика 122 давления, присоединенного к компенсатору 46 наддува; позиционный датчик двигателя на основе датчика 118 Холла, измеряющего положение коленчатого вала 40; измеренное значение массы воздуха, поступающего в двигатель от датчика 120 (например, термоанемометра) и измеренное положение дросселя от датчика 58. Позиционный датчик 118 двигателя генерирует заранее заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, что позволяет определить частоту вращения двигателя ЧВД (RPM).
В некоторых случаях двигатель может быть соединен с электросистемой электродвигателя и аккумуляторной батареи в гибридном автомобиле. Гибридный автомобиль может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию или разновидность указанных конфигураций. Кроме того, в некоторых случаях могут использоваться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.
Во время эксплуатации каждый цилиндр в двигателе 10, как правило, работает по четырехтактному циклу: цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывают и открывают впускной клапан 52. Воздух подают в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, причем поршень 36 двигается к нижней части цилиндра, чтобы увеличить объем в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится около нижней части цилиндра в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет самый большой объем), специалисты в данной области, как правило, называют нижней мертвой точкой НМТ (BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрывают. Поршень 36 двигается к головке цилиндра, чтобы сжать воздух в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в конце своего хода и расположен ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем), специалисты в данной области, как правило, называют верхней мертвой точкой ВМТ (TDC). В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как инжекция, топливо поступает в камеру сгорания. В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как зажигание, введенное топливо поджигают каким либо известным способом, таким, как свеча 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывают для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается к ВМТ.
Обратите внимание, что вышеуказанное является только примером, поскольку времена открытия и закрытия впускного и выпускного клапана могут изменяться, обеспечивая положительные или отрицательные перекрытия периодов работы клапанов, позднее закрытие впускного клапана или различные другие варианты.
Воздух проходит к двигателю от воздухозаборника 42 двигателя через компрессор 162, охладитель 151 воздуха турбонаддува, компрессор 150 с электрическим приводом и дроссель 62 перед тем, как поступает во впускной коллектор 44 двигателя. Воздух проходит в камеру 30 сгорания из впускного коллектора 44 двигателя перед тем, как поступает в выпускной коллектор 48 в качестве продуктов сгорания или воздуха. Воздух и/или продукты сгорания затем выбрасывают в атмосферу после прохождения через турбину 164 и конвертер 70. Таким образом, воздухозаборник 42 двигателя расположен выше по потоку относительно компрессора 162, охладителя 151 воздуха турбонаддува, компрессора 150 с электрическим приводом и камеры 30 сгорания - в соответствии с направлением потока воздуха через двигатель 10.
Таким образом, система, изображенная на фиг. 1, обеспечивает систему двигателя, содержащую: двигатель, содержащий воздухозаборник; компрессор, приводимый в действие отработавшими газами и расположенный в тракте воздухозаборника; компрессор с электрическим приводом, расположенный в тракте воздухозаборника ниже по потоку относительно компрессора, приводимого в действие отработавшими газами; охладитель воздуха турбонаддува, содержащий байпасный канал охладителя воздуха турбонаддува и байпасный клапан охладителя воздуха турбонаддува; и контроллер, содержащий долговременные команды на открытие байпасного клапана охладителя воздуха турбонаддува в качестве реакции на возрастание количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува больше порогового значения.
В некоторых примерах система двигателя дополнительно содержит байпасный канал компрессора с электрическим приводом и байпасный клапан компрессора с электрическим приводом. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные долговременные команды на закрытие байпасного клапана компрессора с электрическим приводом в качестве реакции на возрастание количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува больше порогового значения. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные долговременные команды на регулирование давления на входе дросселя в качестве реакции на присутствие конденсата в охладителе воздуха турбонаддува. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные долговременные команды на регулирование давления на входе дросселя в качестве реакции на воздушный поток в двигателе или требования водителя к крутящему моменту. В некоторых примерах система двигателя дополнительно содержит дополнительные долговременные команды на увеличение воздушного потока через охладитель воздуха турбонаддува при поддержании по существу постоянного крутящего момента двигателя (например, +5% от постоянного значения). По существу, постоянный крутящий момент двигателя может быть обеспечен, когда требуемый водителем крутящий момент равен или приблизительно равен нулю.
На фиг. 2 показана схема, иллюстрирующая потоки воздуха в двигателе в соответствии с одним аспектом настоящего раскрытия. На фиг. 2 показаны воздушные потоки в компонентах двигателя, изображенных на фиг. 1. Элементы, показанные на фиг. 2 и обозначенные теми же номерами, что показанные на фиг. 1, являются теми же самыми элементами, изображенными на фиг. 1. Поэтому, для обеспечения краткости, разъяснения для этих элементов опущены.
При условиях работы двигателя, когда ожидаемое количество конденсата в охладителе 151 воздуха турбонаддува больше, чем пороговое значение, двигателем управляют так, чтобы обеспечить воздушный поток в воздухозаборнике 171 двигателя в направлении, указанном стрелками 205. В частности, воздушные потоки из воздухозаборника 42 двигателя в компрессор 162. Воздушные потоки из компрессора 162 через охладитель 151 воздуха турбонаддува и компрессор 150 с электрическим приводом. Часть воздуха поступает в двигатель 10, как показано стрелкой 210, и оставшийся воздух поступает через байпасный канал 36 охладителя воздуха турбонаддува перед возвращением в тракт выше по потоку относительно охладителя 151 воздуха турбонаддува. Байпасный клапан охладителя воздуха турбонаддува открывают, чтобы позволить воздуху проходить в направлении 205. Байпасный клапан 153 компрессора с электрическим приводом закрывают.
Скорость компрессора 150 с электрическим приводом могут изменять для уменьшения количества конденсата в охладителе 151 воздуха турбонаддува и увеличивать содержание воды в воздухе, поступающем в двигатель и в направлении 205. Поскольку скорость воздуха, проходящего через охладитель 151 воздуха турбонаддува, возрастает, то дополнительное количество водяного пара может смешаться с циркулирующим воздухом. Скорость компрессора с электрическим приводом могут изменять для сохранения электрической энергии.
На фиг. 3 показана предсказанная последовательность управления двигателем. Последовательность управления двигателем может быть обеспечена системой, показанной на фиг. 1 в соответствии со способом, показанным на фиг. 4. Вертикальные линии, показанные на Т0-Т6, представляют моменты особого интереса в этой последовательности. Графики выровнены по времени и соответствуют одному и тому же времени.
Первый график в верхней части фиг. 3 является зависимостью потока воздуха в двигатель от времени. Вертикальная ось показывает потока воздуха в двигатель, где значение потока воздуха увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, где значение времени увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика.
Второй график в верхней части фиг. 3 является зависимостью оценочного значения количества конденсата, накопленного в охладителе воздуха турбонаддува, от времени. Вертикальная ось показывает оценочное значение количества конденсата, накопленного в охладителе воздуха (например, воды), где количество конденсата, накопленного в охладителе воздуха, увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, где значение времени увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика. Горизонтальная линия 302 показывает пороговое значение количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува, при превышении которого двигатель переходит в режим уменьшения конденсата, когда включают компрессор с электрическим приводом для уменьшения количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува.
Горизонтальная линия 304 показывает пороговое значение количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува, ниже которого двигатель выходит из режима уменьшения конденсата, когда компрессор с электрическим приводом выключают для снижения потребления электроэнергии.
Третий график в верхней части фиг. 3 является зависимостью скорости компрессора с электрическим приводом от времени. Вертикальная ось показывает скорость компрессора с электрическим приводом, где скорость компрессора с электрическим приводом увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, где значение времени увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика.
Четвертый график в верхней части фиг.3 показывает состояние байпасного клапана охладителя воздуха турбонаддува (ОВТ) по времени. Вертикальная ось показывает состояние байпасного клапана ОВТ. Байпасный клапан ОВТ открыт, когда кривая находится на более высоком уровне, ближе к стрелке вертикальной оси. Байпасный клапан ОВТ закрыт, когда кривая находится на более низком уровне, ближе к горизонтальной оси. Горизонтальная ось представляет время, где значение времени увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика.
Пятый график в верхней части фиг. 3 показывает состояние байпасного клапана компрессора с электрическим приводом ЭК (ЕС) по времени. Вертикальная ось показывает состояние байпасного клапана ЭК. Байпасный клапан ЭК открыт, когда кривая достигает более высокого уровня, ближе к стрелке вертикальной оси. Байпасный клапан ЭК закрыт, когда кривая находится на более низком уровне, ближе к горизонтальной оси. Горизонтальная ось представляет время, где значение времени увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика.
Шестой график в верхней части фиг. 3 является зависимостью требуемого водителем крутящего момента от времени. Вертикальная ось показывает значение требуемого водителем крутящего момента, где значение требуемого водителем крутящего момента увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, где значение времени увеличивается от левой стороны графика к правой стороне графика.
В момент времени Т0 поток воздуха через двигатель находится на высоком уровне, и оценочное значение количества конденсата в ОВТ находится на низком уровне. Компрессор с электрическим приводом не включают, и байпасный клапан ОВТ закрыт. Байпасный клапан ЭК открывают, чтобы позволить воздуху проходить через компрессор, приводимый в движение отработавшими газами, к ОВТ и двигателю, без прохождения через компрессор с электрическим приводом. Это позволяет сохранять электрическую энергию. При таких условиях расход воздуха двигателем может быть достаточно большим, поэтому количество конденсата в ОВТ относительно низкое, поскольку поток воздуха в двигатель достаточно велик, и водяной пар остается смешанным с воздухом, поступающим в цилиндры двигателя. Если влажность окружающего воздуха высока, водяной пар может поступать в двигатель и способствовать разбавлению смеси для наддува цилиндра.
В момент времени Т1 водитель уменьшает требуемый крутящий момент путем, по крайней мере, частичного отпускания педали акселератора. Воздушный поток в двигатель уменьшают в качестве реакции на требуемое водителем снижение крутящего момента. Другие рабочие условия двигателя остаются на своих предыдущих уровнях.
Между моментом времени Т1 и моментом времени Т2 требуемый водителем крутящий момент уменьшается до величины, равной по существу нулю (например, меньше, чем ±5% от максимально возможной величины), и поток воздуха через двигатель уменьшают до нижнего уровня, в качестве реакции на требуемый водителем низкий крутящий момент. Оценочное значение количества конденсата в ОВТ начинает возрастать в качестве реакции на низкий поток воздуха через двигатель, и водяной пар в воздухе затягивается в двигатель. Компрессор с электрическим приводом оставляют отключенным, и байпасный клапан ОВТ оставляют закрытым. Байпасный клапан ЭК оставляют открытым.
В момент времени Т2 оценочное значение количества конденсата в ОВТ увеличилось до уровня 302. Компрессор с электрическим приводом включают, и байпасный клапан ОВТ открывают в качестве реакции на соответствие оценочного значения количества конденсата в ОВТ уровню 302. Дополнительно, байпасный клапан ЭК закрывают в качестве реакции на соответствие оценочного значения количества конденсата в ОВТ. Требуемый водителем крутящий момент остается на низком уровне.
В результате включения компрессора с электрическим приводом, открытия байпасного клапана ОВТ и закрытия байпасного клапана ЭК, поток воздуха через ОВТ может быть увеличен без увеличения потока воздуха через цилиндры двигателя. Увеличенный расход воздуха позволяет воздуху, находящемуся в воздухозаборнике двигателя, удерживать дополнительный водяной пар таким образом, что водяной пар может поступать в двигатель постепенно, в течение некоторого времени, поэтому в цилиндры двигателя не затягивается большое количество воды, когда водитель потребовал увеличить крутящий момент. Между моментом времени Т2 и моментом времени Т3 оценочное значение количества конденсата в ОВТ возрастает в качестве реакции на высвобождение воды из ОВТ и поступление ее в цилиндры двигателя. Из-за того, что требуемый водителем крутящий момент невелик, конденсат может медленно затягиваться в двигатель. Кроме того, скоростью компрессора с электрическим приводом управляют так, что значительные количества воды не могут попасть в воздух, находящийся в воздухозаборнике двигателя.
В момент времени Т3 требуемый водителем крутящий момент возрастает в качестве реакции на нажатие водителем педали акселератора. Скорость компрессора с электрическим приводом возрастает в качестве реакции на повышение требуемого водителем крутящего момента, и байпасный клапан ОВТ закрывают в качестве реакции на возросший требуемый водителем крутящий момент. Закрытие байпасного клапана ОВТ приводит к охлаждению воздуха, поступающего в двигатель, и прекращает поток воздуха от компрессора с электрическим приводом к воздухозаборнику ОВТ. Байпасный клапан ЭК оставляют закрытым, поэтому поток из компрессора с электрическим приводом поступает в двигатель без возвращения в компрессор с электрическим приводом. Поток воздуха через двигатель возрастает в качестве реакции на возрастание требуемого водителем крутящего момента. Дополнительно, байпасный клапан 175 компрессора, приводимого в движение отработавшими газами, могут открыть для увеличения потока воздуха в компрессор с электрическим приводом, пока увеличивается скорость компрессора, приводимого в действие отработавшими газами.
В момент времени Т4 поток воздуха через компрессор, приводимый в движение отработавшими газами, достиг порогового значения (не показано). Поэтому компрессор с электрическим приводом останавливают и байпасный клапан ЭК открывают, чтобы поток воздуха от компрессора, приводимого в движение отработавшими газами, мог обходить компрессор с электрическим приводом, что приводит к бесполезности работы компрессора с электрическим приводом. Байпасный клапан ОВТ оставляют закрытым, и поток воздуха через двигатель сохраняет близкое к постоянному значение, пока требуемое водителем значение крутящего момента остается близким к постоянному уровню. Таким образом, компрессор с электрическим приводом может быстро увеличить поток воздуха в двигатель для снижения задержки турбонагнетателя. Когда турбонагнетатель достигает скорости, обеспечивающей требуемый поток воздуха, компрессор с электрическим приводом отключают для сохранения электрической энергии.
Между моментом времени Т4 и моментом времени Т5 водитель изменяет требуемый крутящий момент, и поток воздуха через двигатель изменяется в соответствии с изменением требуемого водителем крутящего момента. Оценочное значение количества конденсата в ОВТ уменьшается, поскольку конденсат удаляется из ОВТ потоком воздуха, проходящего через ОВТ. Воздух также хорошо сохраняет влажность при более высоких потоках воздуха. Компрессор с электрическим приводом оставляют отключенным и байпасный клапан ЭК оставляют открытым. Кроме того, байпасный клапан ОВТ оставляют закрытым. Близко к моменту времени Т5 требуемый водителем крутящий момент и поток воздуха в двигатель уменьшаются в качестве реакции на отпускание водителем педали акселератора. Оценочное значение количества конденсата в ОВТ возрастает, поскольку поток воздуха через двигатель уменьшается.
В момент времени Т5 оценочное значение количества конденсата в ОВТ достигает порогового значения 302. Поэтому компрессор с электрическим приводом включают, байпасный клапан ОВТ открывают и клапан ЭК закрывают. Эти действия увеличивают поток воздуха через ОВТ, поэтому воздух, циркулирующий в воздухозаборнике двигателя, может удерживать большее количество водяного пара. Оценочное значение количества конденсата в ОВТ начинает уменьшаться после того, как включают компрессор с электрическим приводом. Двигатель потребляет часть потока воздуха, проходящего через компрессор с электрическим приводом, что уменьшает количество водяного пара в воздухозаборнике двигателя.
В момент времени Т6 оценочное значение количества конденсата в ОВТ (например, оценочное значение количества воды в ОВТ) опускается к пороговому значению 304. Поэтому компрессор с электрическим приводом отключают и байпасный клапан ОВТ закрывают. Кроме того, байпасный клапан ЭК открывают, чтобы обеспечить поток воздуха из компрессора, приводимого в действие отработавшими газами. В качестве альтернативы, байпасный клапан ЭК могут удерживать закрытым в предположении, что увеличится требуемый водителем крутящий момент.
Таким образом, количество конденсата в ОВТ может быть уменьшено при помощи скоординированной работы различных компрессоров. Кроме того, работой байпасного клапана ОВТ и байпасного клапана ЭК управляют для удаления конденсата из ОВТ.
На фиг. 4 показан пример способа управления двигателем с турбонаддувом, содержащим ОВТ. По крайней мере, части способа, показанного на фиг. 4, могут быть встроены в контроллер 12 в системе, показанной на фиг. 1, в качестве исполняемых команд, хранимых в долговременной памяти. Кроме того, части способа, показанного на фиг. 4, могут быть действиями, выполняемыми контроллером 12 в материальном окружении для изменения условий работы автомобиля. Способ, показанный на фиг. 4, может обеспечить последовательность, показанную на фиг. 3.
На шаге 402 способ 400 определяет условия работы автомобиля, которые содержат следующее, но не ограничиваются этим: требуемый водителем крутящий момент, давление на входе дросселя, требуемый поток воздуха в двигатель, частота вращения двигателя, влажность окружающего воздуха, температура окружающего воздуха, температура впускаемого воздуха и температура ОВТ, измеряемые при помощи различных датчиков, показанных на фиг. 1. Способ 400 переходит к шагу 404 после определения условий работы автомобиля.
На шаге 404 способ 400 оценивает количество конденсата в ОВТ. Например, основой для оценки количества конденсата в ОВТ могут служить таблицы или функции с эмпирическими данными. Например, влажность окружающего воздуха, температуру ОВТ, температуру впускаемого воздуха, расход воздуха через ОВТ можно использовать для поиска данных в одной или нескольких таблицах или функциях. Одна или несколько таблиц или функций предоставляют оценочное значение количества конденсата в ОВТ. Способ 400 переходит к шагу 406 после оценки количества конденсата в ОВТ.
На шаге 406 способ 400 определяет, больше ли количество конденсата в ОВТ, чем пороговое значение. Если способ 400 определяет, что количество конденсата в ОВТ больше, чем (G.T.) пороговое значение, то ответ "да", и способ 400 переходит к шагу 408. В противном случае, ответ "нет" и способ 400 переходит к шагу 420.
На шаге 408 способ 400 определяет, меньше ли требуемый поток воздуха в двигатель, чем пороговое значение. Пороговое значение может быть потоком воздуха, который меньше, чем расход воздуха, удаляющий пороговое значение количества конденсата из ОВТ за некоторый период времени. Если способ 400 определяет, что требуемый поток воздуха в двигатель меньше, чем пороговое значение, то ответ "да", и способ 400 переходит к шагу 410. В противном случае, ответ "нет", и способ 400 переходит к шагу 420.
На шаге 410 способ 400 включает компрессор с электрическим приводом. Компрессор с электрическим приводом включают путем подачи тока к компрессору с электрическим приводом. Включение компрессора с электрическим приводом создает дополнительный поток воздуха через ОВТ, и поток воздуха через ОВТ может быть больше, чем поток воздуха в двигатель. Способ 400 переходит к шагу 412 после включения компрессора с электрическим приводом.
На шаге 412 способ 400 закрывает байпасный клапан компрессора с электрическим приводом. Байпасный клапан компрессора с электрическим приводом может быть закрыт путем подачи напряжения к этому клапану. Закрытие байпасного клапана компрессора с электрическим приводом перекрывает поток воздуха напрямую от выпускного отверстия компрессора с электрическим приводом на вход компрессора с электрическим приводом. Способ 400 переходит к шагу 414 после закрытия байпасного клапана компрессора с электрическим приводом.
На шаге 414 способ 400 открывает байпасный клапан ОВТ. Байпасный клапан ОВТ может быть открыт путем подачи напряжения к этому клапану. Открытие байпасного клапана ОВТ позволяет воздуху проходить напрямую от выпускного отверстия компрессора с электрическим приводом на вход ОВТ. Дополнительно могут закрыть байпасный клапан компрессора, приводимого в действие отработавшими газами. Способ 400 переходит к шагу 416 после открытия байпасного клапана ОВТ.
На шаге 416 способ 400 увеличивает скорость компрессора с электрическим приводом для увеличения воздушного потока через ОВТ. Поток воздуха через ОВТ можно увеличить благодаря тому, что, по крайней мере, часть потока воздуха, протекающего через компрессор с электрическим приводом, возвращают ниже по потоку относительно компрессора, приводимого в действие отработавшими газами, и выше по потоку относительно ОВТ. Способ 400 переходит к шагу 418 после увеличения скорости компрессора с электрическим приводом.
На шаге 418 способ 400 регулирует давление на входе дросселя путем регулирования скорости компрессора с электрическим приводом. Например, требуемое давление на входе дросселя определяют на основе влажности окружающего воздуха, температуры ОВТ, температуры впускаемого в двигатель воздуха, количества конденсата в ОВТ и требуемого водителем крутящего момента или требуемого потока воздуха в двигатель. В таблицах и/или функциях, хранящих эмпирически определенные значения давления на входе дросселя, производят поиск по значениям влажности окружающего воздуха, температуры ОВТ, количества конденсата в ОВТ, температуре впускаемого в двигатель воздуха и требуемого водителем крутящего момента или требуемого потока воздуха в двигатель. Эти таблицы и/или функции предоставляют требуемое значение давления на входе дросселя. Скорость компрессора с электрическим приводом регулирует на основе обратной связи по давлению на входе дросселя. Способ 400 переходит к концу после регулирования давлением на входе дросселя.
Таким образом, компрессор с электрическим приводом могут включить, байпасный клапан ОВТ открыть и байпасный клапан ЕС закрыть в качестве реакции на требуемое уменьшение количества конденсата в ОВТ. Кроме того, количеством воды, находящимся в воздухе воздухозаборника, управляют путем управления скоростью компрессора с электрическим приводом. Например, если требуется повысить количество водяного пара в воздухе, циркулирующим в воздухозаборнике двигателя, скорость компрессора с электрическим приводом могут увеличить.
На шаге 420 способ 400 определяет больше ли требуемый поток воздуха в двигатель, чем действительный поток воздуха в двигатель и меньше ли скорость компрессора турбонагнетателя, чем пороговое значение скорости. Большой требуемый поток воздуха в двигатель и низкая скорость компрессора турбонагнетателя могут свидетельствовать о требовании ускорить автомобиль при условиях, когда может существовать задержка турбонагнетателя, приводимого в действие отработавшими газами (например, при низком времени отклика). Если требуемый поток воздуха в двигатель больше, чем действительный поток воздуха в двигатель и если скорость компрессора турбонагнетателя меньше, чем пороговое значение скорости, то ответ "да", и способ 400 переходит к шагу 422. В противном случае, ответ "нет" и способ 400 переходит к шагу 440.
На шаге 422 способ 400 открывает байпасный клапан компрессора, приводимого в действие отработавшими газами, если обнаружен помпаж компрессора, приводимого в действие отработавшими газами. В противном случае, байпасный клапан компрессора, приводимого в действие отработавшими газами, закрывают. Но в некоторых примерах байпасный клапан компрессора, приводимого в действие отработавшими газами, могут открыть для увеличения потока воздуха в компрессор с электрическим приводом, если поток через компрессор, приводимый в действие отработавшими газами, низкий. Способ 400 переходит к шагу 424.
На шаге 424 способ 400 включает компрессор с электрическим приводом. Путем включения компрессора с электрическим приводом можно уменьшить задержку развития двигателем крутящего момента из-за турбонагнетателя, приводимого в действие отработавшими газами. Способ 400 переходит к шагу 426.
На шаге 426 способ 400 закрывает байпасный клапан ОВТ. Закрытие байпасного клапана ОВТ позволяет охладить поток воздуха, протекающего через компрессор, приводимый в действие отработавшими газами, и остановить поток воздуха от входа дросселя в ОВТ. Способ 400 переходит к шагу 428.
На шаге 428 способ 400 закрывает байпасный клапан компрессора с электрическим приводом. Закрытие байпасного клапана компрессора с электрическим приводом запрещает прохождение воздуха от ОВТ к входу дросселя без протекания через компрессор с электрическим приводом. Способ 400 переходит к шагу 430.
На шаге 430 способ 400 увеличивает скорость компрессора с электрическим приводом для увеличения потока воздуха в двигатель. Поток воздуха в двигатель можно увеличить для уменьшения запаздывания турбонагнетателя. Способ 400 переходит к шагу 432 после увеличения скорости компрессора с электрическим приводом.
На шаге 432 способ 400 управляет давлением на входе дросселя в качестве реакции на требуемый расход воздуха в двигателе. Давлением на входе дросселя можно управлять путем управления скоростью компрессора с электрическим приводом. Способ 400 переходит к концу.
Таким образом, компрессор с электрическим приводом можно включить при существовании условий возможной задержки турбонагнетателя для приемистости двигателя относительно крутящего момента. Кроме того, байпасным клапаном ОВТ, байпасным клапаном компрессора с электрическим приводом и байпасным клапаном компрессора, приводимого в действие отработавшими газами, можно управлять для уменьшения задержки турбонагнетателя.
На шаге 440 способ 400 открывает байпасный клапан компрессора, приводимого в действие отработавшими газами, если обнаружен помпаж компрессора, приводимого в действие отработавшими газами. В противном случае байпасный клапан компрессора, приводимого в действие отработавшими газами, закрывают. Способ 400 переходит к шагу 442.
На шаге 442 способ 400 отключает компрессор с электрическим приводом. Компрессор с электрическим приводом можно отключить путем прекращения подачи к нему напряжения и тока. Способ 400 переходит к шагу 444.
На шаге 444 способ 400 открывает байпасный клапан компрессора с электрическим приводом. Этот клапан открывают, чтобы воздух мог проходить от выпускного отверстия ОВТ к дросселю без прохождения через компрессор с электрическим приводом. В результате можно сохранить электрическую энергию, когда значение потока воздуха через компрессор, приводимый в действие отработавшими газами, больше, чем пороговое значение. Способ 400 переходит к шагу 446.
На шаге 446 способ 400 закрывает байпасный клапан ОВТ. Закрытие байпасного клапана ОВТ позволят охлаждать поток воздуха, протекающего через компрессор, приводимый в действие отработавшими газами, и остановить поток воздуха от входа дросселя в ОВТ. Способ 400 переходит к шагу 448.
На шаге 448 способ 400 управляет давлением на входе дросселя в качестве реакции на требуемый расход воздуха в двигателе. Давлением на входе дросселя можно управлять путем управления положением клапана отсечки турбонагнетателя. Способ 400 переходит к концу.
Таким образом, способ 400 может отключить компрессор с электрическим приводом в качестве реакции на превышение порогового значения потока воздуха, проходящего через компрессор, приводимый в действие отработавшими газами. Поэтому можно уменьшить потребление электрической энергии.
Таким образом, способ, показанный на фиг. 4, обеспечивает способ управления компрессорами двигателя, содержащий: прохождение воздуха через первый компрессор и второй компрессор в воздухозаборнике двигателя; и возврат части воздуха, проходящего через второй компрессор, к воздухозаборнику двигателя ниже по потоку относительно первого компрессора и выше по потоку относительно второго компрессора путем открытия байпасного клапана охладителя воздуха турбонаддува. В настоящем способе часть воздуха, проходящего через второй компрессор к воздухозаборнику двигателя ниже по потоку относительно первого компрессора и выше по потоку относительно второго компрессора, возвращают в качестве реакции на возрастание количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува больше порогового значения. В настоящем способе первый компрессор является компрессором турбонагнетателя, а второй компрессор является компрессором с электрическим приводом.
В некоторых примерах настоящий способ дополнительно содержит увеличение скорости второго компрессора в качестве реакции на индикацию большего количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува, чем пороговое значение. Настоящий способ дополнительно содержит возврат части воздуха, проходящего через второй компрессор, на вход охладителя воздуха турбонаддува. Настоящий способ отличается тем, что байпасный клапан охладителя воздуха турбонаддува шунтирует охладитель воздуха турбонаддува, причем часть воздуха, проходящего через второй компрессор, возвращают в качестве реакции на оценочное значение количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува на основе данных от датчика влажности. В настоящем способе оценочное значение количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува дополнительно основывают на температуре воздуха и температуре охладителя воздуха турбонаддува.
Настоящий способ, показанный на фиг. 4, также обеспечивает способ управления компрессорами двигателя, содержащий: прохождение воздуха через первый компрессор и второй компрессор в воздухозаборнике двигателя; и возрастание потока воздуха, проходящего через второй компрессор и возвращение воздуха к воздухозаборнику двигателя ниже по потоку относительно первого компрессора и выше по потоку относительно второго компрессора посредством открытия байпасного клапана охладителя воздуха турбонаддува в качестве реакции на возрастание количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува больше порогового значения. Настоящий способ дополнительно содержит закрытие байпасного клапана компрессора с электрическим приводом в качестве реакции на оценочное значение количества конденсата в охладителе воздуха турбонаддува.
В некоторых примерах, настоящий способ дополнительно содержит открытие байпасного клапана компрессора с электрическим приводом и отключение второго компрессора в качестве реакции на возрастание требуемого потока воздуха в двигатель больше порогового значения, когда оценочное значение количества конденсата превышает пороговое значение. Настоящий способ дополнительно содержит закрытие байпасного клапана охладителя воздуха турбонаддува в качестве реакции на возрастание требуемого потока воздуха в двигатель больше порогового значения. Настоящий способ дополнительно содержит увеличение давления на входе дросселя в качестве реакции на возрастание оценочного значения количества конденсата. Настоящий способ дополнительно содержит уменьшение давления на входе дросселя в качестве реакции на уменьшение оценочного значения количества конденсата. Настоящий способ содержит шаги, на которых скорость второго компрессора увеличивают для увеличения потока воздуха, проходящего через второй компрессор.
Как будет признано кем-либо из специалистов в данной области, способы, описанные на фиг. 4, могут представлять одну или несколько стратегий обработки данных, таких как событийно-управляемые, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.п. Кроме того, различные шаги или проиллюстрированные функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях опущены. Аналогично, порядок обработки не является обязательным для того, чтобы получать объекты, особенности и преимущества, описанные здесь, но он представлен для простоты иллюстрации и описания. Несмотря на то, что это не указано явно, специалист в данной области признает, что один или несколько указанных шагов или функций могут выполняться неоднократно в зависимости от определенной используемой стратегии. Кроме того, указанные здесь способы могут быть комбинацией действий, предпринятых контроллером относительно материальных объектов и выполняемыми инструкциями в контроллере. По крайней мере, части способов управления и программы, раскрытые здесь, могут быть сохранены как выполняемые команды в долговременной памяти и могут быть выполнены системой управления, в том числе контроллером, в сочетании с различными датчиками, приводами и другими аппаратными средствами двигателя. Кроме того, термины "аспиратор" или "Вентури" можно заменить термином "эжектор", так как эти устройства могут работать сходным образом.
Здесь завершается описание. Прочтение его специалистами могло бы напомнить ряд изменений и модификаций, не меняющих духа и объема описания. Например, одноцилиндровый двигатель, I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и двигатели V16, работающие в природном газе, бензине, дизельном топливе или других видах альтернативного топлива, могли бы с успехом использоваться в настоящем раскрытии.