СИСТЕМА ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОМПАЖА КОМПРЕССОРА ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к системам для предупреждения помпажа компрессора турбонагнетателя двигателя.
Уровень техники
Турбонаддув позволяет двигателю развивать такую же мощность, какая соответствует двигателю с большим объемом цилиндров, при этом насосное действие двигателя поддерживается близким к насосному действию безнаддувного двигателя с аналогичным рабочим объемом цилиндров. Таким образом, турбонаддув может расширить рабочий диапазон двигателя. Однако, при условиях слабого потока через компрессор турбонагнетателя и большом отношении давлений на компрессоре, обороты компрессора могут срываться (помпаж), что может вызывать шум или иные нежелательные явления. Явление помпажа компрессора можно ослабить при помощи электроуправляемого перепускного клапана компрессора (ПКК). В частности, ПКК можно открывать, чтобы дать возможность воздуху проходить с выхода компрессора на его вход, так чтобы уменьшить отношений давлений на выходе и входе компрессора. Команда на открывание электроуправляемого ПКК может быть подана, когда компрессор будет приближаться к условиям возникновения помпажа. Например, ПКК можно открывать, когда оператор отпускает орган управления крутящим моментом двигателя (например, педаль акселератора), и дроссельная заслонка двигателя прикрывается, чтобы снизить крутящий момент. Электроуправляемый ПКК может уменьшать вероятность возникновения помпажа в компрессоре, однако, электроуправляемый ПКК требует наличия контроллера с исполняемым кодом, чтобы открывать электроуправляемый ПКК в надлежащий момент времени. Кроме того, для управления ПКК могут потребоваться дополнительные электронные устройства. К тому же ПКК может удорожать двигатель с турбонаддувом.
В US 7,578,128 B2 описан пример управления перепускным воздушным клапаном, согласно которому устройство обнаружения неисправности перепускного клапана выдает команду на открытие перепускного клапана при внезапном закрытии дроссельной заслонки, таким образом предотвращая возникновение помпажа во втором впускном канале между турбонагнетателем и дроссельной заслонкой.
Раскрытие полезной модели
С учетом вышеуказанных недостатков разработана система уменьшения вероятности возникновения помпажа компрессора турбонагнетателя, содержащая дроссельную заслонку двигателя, реагирующую на команду изменения крутящего момента двигателя; и перепускной клапан компрессора, механически связанный с указанной дроссельной заслонкой.
Таким образом, вероятность возникновения помпажа компрессора турбонагнетателя может быть уменьшена без привлечения дополнительных затрат на электронику и программный код для управления перепускным клапаном компрессора. Согласно одному примеру, перепускной клапан может быть выполнен в виде поворотной заслонки, приводимой в действие посредством оси, которая приводит в действие дроссельную заслонку двигателя, управляющую воздушным потоком двигателя. Согласно другому примеру, ПКК может быть построен в виде тарельчатого клапана, приводимого кулачком, который приводится во вращение посредством оси, которая регулирует положение дроссельного клапана. Таким образом, ПКК можно приводить в действие от тех же электронных устройств, которые приводят в действие дроссель двигателя.
Настоящая полезная модель может обеспечить несколько преимуществ. В частности, полезная модель может упростить управление ПКК, так как данный клапан можно приводить в действие посредством привода дросселя двигателя. Кроме того, полезная модель может уменьшить стоимость системы, поскольку ПКК можно приводить в действие посредством той же электроники, какая управляет дроссельной заслонкой двигателя. Также, можно обойтись без дополнительного программного кода для управления ПКК. Следовательно, у контроллера двигателя может появиться дополнительное время для управления другими исполнительными органами и контроля сигналов других систем.
Вышеуказанные преимущества, а также иные преимущества и отличительные признаки настоящей полезной модели должны быть понятны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в подробном описании. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта полезной модели, объем которого единственным образом определен пунктами формулы, приведенной после подробного описания. Более того, объект полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблему недостатков, упомянутых выше или в любой другой части данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает схему двигателя с турбогенератором.
Фиг.2А-2В и 3А-3В изображают два примера перепускного клапана компрессора.
Фиг.4 представляет моделированные графики сигналов процессов управления двигателем.
Фиг.5 изображает общую блок-схему алгоритма способа управления перепускным клапаном компрессора турбонагнетателя.
Осуществление полезной модели
Настоящая полезная модель относится к управлению турбонагнетателем, связанным с двигателем. На фиг.1 изображен пример двигателя, который содержит турбонагнетатель и перепускной клапан компрессора. На фиг.2А-2В и 3А-3В изображены примеры перепускного клапана компрессора турбонагнетателя. На фиг.4 изображены моделированные графики сигналов, представляющих интерес для работы перепускного клапана компрессора, который механически связан с дросселем двигателя. Фиг.5 изображает общую блок-схему алгоритма способа управления двигателем, содержащим перепускной клапан компрессора, который механически связан с дроссельной заслонкой двигателя, управляющей потоком воздуха, поступающего в цилиндры двигателя.
Согласно фиг.1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, один из которых показан на фиг.1, управляется электронным контроллером 12. Двигатель 10 содержит камеру сгорания 30 и стенки 32 цилиндра с расположенным внутри поршнем 36, который соединен с коленчатым валом 40. Показано, что камера 30 сгорания сообщается с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может быть приведен в действие кулачком 51 клапана впуска и кулачком 53 клапана выпуска. С другой стороны, один или более впускных и выпускных клапанов можно приводить в действие электромеханически при помощи электромагнита. Положение кулачка 51 клапана впуска можно определять датчиком 55 данного кулачка. Положение кулачка 53 клапана выпуска можно определять датчиком 57 указанного кулачка.
Показано, что топливная форсунка 66 расположена так, чтобы производить впрыск топлива непосредственно в цилиндр 30 - такая схема известна специалистам в данной области под названием «прямой впрыск». С другой стороны, возможен впрыск топлива во впускной канал, что специалистам известно под названием «впрыск во впускной канал». Топливная форсунка 66 доставляет жидкое топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW (Fuel Pulse Width), поступающего из контроллера 12. Доставка топлива к топливной форсунке 66 осуществляется топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рейку (не показаны). Топливная форсунка 66 снабжается рабочим током от драйвера 68 (усилителя), который реагирует на сигнал от контроллера 12. Кроме того, показано, что впускной коллектор 44 сообщается с блоком 78 дросселя, содержащим электрический привод 62 дроссельной заслонки, который регулирует положение дроссельной шайбы 64 для управления потоком воздуха из камеры 46 наддува впускной системы. Согласно другим примерам, дроссель может приводиться в действие механически водителем транспортного средства. Ось 74 механически связывает дроссельную шайбу 64 с перепускным клапаном 77 компрессора.
Компрессор 162 всасывает воздух через воздушный фильтр 82 и воздухозаборник 42, чтобы снабжать воздухом камеру 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая соединена с компрессором 162 посредством вала 161. Исполнительный механизм 165 сбрасывающей заслонки можно приводить в действие электрически или за счет отрицательного давления, давая возможность отработавшим газам обходить турбину 164, и таким образом управлять давлением наддува при изменении условий работы двигателя. Перепускной клапан 77 компрессора приводится в действие при помощи электрического привода 62 дроссельной заслонки, и направляет воздух с выхода компрессора 162 через канал 76. Давление наддува в камере 46 наддува может быть уменьшено, когда открывается перепускной клапан 77 компрессора, поскольку воздух с выхода компрессора 162 передается обратно на вход указанного компрессора.
Система 88 зажигания, построенная без распределителя, формирует искру зажигания в камере 30 сгорания посредством свечи 92 в ответ на сигнал контроллера 12. Показано, что к выпускному коллектору 48 в точке перед каталитическим нейтрализатором 70 присоединен универсальный датчик 126 для определения содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen). В другом варианте, вместо датчика 126 UEGO может быть установлен датчик содержания кислорода в отработавших газах, имеющий два состояния.
Отработавшие газы двигателя направляются в нейтрализатор 70. Согласно одному примеру, нейтрализатор 70 может содержать несколько блок-носителей катализатора. Согласно другому примеру, может быть использовано несколько устройств снижения токсичности выбросов. Согласно одному примеру, нейтрализатор 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический преобразователь.
На фиг.1 показан контроллер 12 в виде традиционного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (CPU, Central Processor Unit), порты 104 ввода/вывода (I/O, Input/Output), постоянное запоминающее устройство 106 (ROM, Read-only Memory), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM, Random Access Memory), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (КАМ, Keep Alive Memory) и стандартную шину данных. Контроллер 12, как показано, принимает различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10 дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал температуры хладагента двигателя (ЕСТ, Engine Coolant Temperature) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора для измерения усилия, прикладываемого к педали со стороны ноги 132; сигнал датчика (не показан) детонации для определения фазы воспламенения газов топливной смеси; сигнал давления в коллекторе двигателя (MAP, Manifold Pressure) от датчика 121 давления, связанного с впускным коллектором 44; сигнал давления наддува от датчика 122 давления, связанного с камерой 46 наддува; сигнал положения органов двигателя от датчика 118 Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; сигнал массы воздуха, поступающей в двигатель, от датчика 120 (например, электрического теплового датчика расхода воздуха с проволочным элементом); и сигнал положения дроссельной заслонки от датчика 58. Может также производиться измерение барометрического давления (датчик не показаны) для обработки контроллером 12. Согласно предпочтительному варианту осуществления, датчик 118 положения органов двигателя за каждый оборот коленчатого вала вырабатывает установленное число импульсов, следующих друг за другом с равными интервалами, из которых можно определить частоту вращения двигателя (RPM, Revolutions per Minute) в оборотах в минуту.
В некоторых вариантах осуществления, в гибридном транспортном средстве двигатель может быть связан с системой электродвигателя/батареи. Гибридное транспортное средство может быть построено по параллельной схеме, последовательной схеме или по варианту или комбинации указанных схем. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления могут применяться двигатели с иной схемой, например, дизельный двигатель.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10 обычно отрабатывает четырехтактный цикл, который включает: такт (ход) впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Обычно, во время такта впуска выпускной клапан 54 закрыт, а впускной клапан 52 открыт. Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, а поршень 36 перемещается на дно цилиндра, так чтобы произошло увеличение объема камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 в конце своего хода (т.е., когда камера 30 сгорания имеет максимальный объем) находится вблизи дна цилиндра, специалисты обычно называют нижней мертвой точкой (BDC, Bottom Dead Center). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 движется в сторону головки цилиндра, так чтобы произошло сжатие воздуха в камере 30 сгорания. Точку, в которой поршень 36 в конце своего хода (т.е., когда камера 30 сгорания имеет минимальный объем) находится вблизи головки цилиндра, специалисты обычно называют верхней мертвой точкой (TDC, Top Dead Center). Затем в ходе процесса, который называется впрыском, топливо вводится в камеру сгорания. Далее, в ходе процесса, который называется зажиганием, производится воспламенение введенного топлива известными средствами, например, посредством искровой свечи 92, что приводит с сгоранию топлива. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в сторону BDC. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы вывести сгоревшую воздушно-топливную смесь в выпускной коллектор 48, при этом поршень 36 возвращается в TDC. Следует отметить, что вышеуказанные процессы описаны примерно, и что временные диаграммы открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться, например, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие состояний клапанов во времени, позднее закрывание впускного клапана или другие различные варианты работы.
На фиг.2А и 2В представлен один пример перепускного клапана компрессора, механически связанного с дросселем двигателя, в двух различных положениях. На фиг.2А и 2В изображены поперечные сечения блока 78 дросселя. Фиг.2А изображает шайбу 64 дроссельного клапана двигателя по существу в полностью закрытом положении, в то время как фиг.2В изображает шайбу 64 дроссельного клапана по существу в полностью открытом положении. Дроссельный клапан двигателя и перепускной клапан компрессора, изображенные на фиг.2А и 2В, могут быть связаны с двигателем, как показано на фиг.1. Воздух протекает через канал 204 дроссельного клапана и канал 206 перепуска компрессора в направлении, указанном стрелками.
Корпус 78 дроссельного клапана (дросселя) содержит первый воздушный канал 204, направляющий воздух в цилиндры двигателя. Сквозной воздушный канал 204 может быть ограничен дроссельной шайбой 64. Дроссельная шайба 64 может быть приведена во вращение посредством оси 74. Ось 74 связана с заслонкой 208 перепускного клапана компрессора и с электрическим устройством 202. Согласно одному примеру, электрическое устройство 202 может представлять собой электродвигатель, электрически связанный с контроллером 12, показанным на фиг.1. Дроссельная шайба 64 и заслонка 208 перепускного клапана вращаются вместе, когда ось 74 приводится во вращение посредством электрического устройства 202. Заслонка 208 перепускного клапана может ограничивать воздушный поток в канале 206. Согласно одному примеру, канал 206 образует часть воздушного тракта, связывающего выход компрессора турбонагнетателя со входом указанного компрессора.
На фиг.2А показано, что, когда дроссельная шайба 64 находится по существу в полностью закрытом положении, заслонка 208 перепускного клапана находится по существу в полностью открытом положении. Когда электрическое устройство 202 вращает ось 74, движение заслонки 208 совершается «обратно пропорционально» движению дроссельной шайбы 64. Воздушный поток, проходящий через канал 206, в блоке 78 дросселя изолирован от воздуха, проходящего через канал 204. Согласно одному примеру, размер заслонки 208 перепускного клапана и размер канала 206 выбраны так, чтобы подавать в двигатель воздух в количестве, обеспечивающем стехиометрическое горение на холостом ходу прогретого двигателя. Таким образом, дроссельная шайба 64 может быть по существу полностью закрыта в условиях холостого хода прогретого двигателя, пока последний работает на холостом ходу. Когда, в ответ на запрос увеличения крутящего момента, дроссельная шайба 64 открывается, заслонка 208 перепускного клапана закрывается. Показано, что, когда дроссельная шайба 64 находится по существу в полностью закрытом положении, она расположена перпендикулярно направлению воздушного потока в канале 204. При этом показано, что заслонка 208 перепускного клапана расположена параллельно направлению воздушного потока в канале 206.
На фиг.2В дроссельная шайба 64 изображена по существу в полностью открытом положении, и расположена параллельно направлению воздушного потока в канале 204. В то же самое время, заслонка 208 перепускного клапана расположена перпендикулярно направлению воздушного потока в канале 206. Фиг.2В может представлять положение дроссельной шайбы во время агрессивного разгона автомобиля, в то время как фиг.2А может представлять положение дроссельной шайбы после агрессивного разгона автомобиля. Поскольку дроссельная шайба 64 механически связана с заслонкой 208 перепускного клапана, приведение в действие указанной заслонки 208 может быть осуществлено без привлечения электроники, дополнительно к тем электронным устройствам, которые приводят в действие дроссельную шайбу 64.
На фиг.3А и 3В приведен второй пример корпуса 78 дросселя, содержащего дроссельную шайбу 64, механически связанную с перепускным клапаном 314. Фиг.3А и 3В представляют собой поперечные сечения корпуса дросселя, видимые, если смотреть внутрь корпуса дросселя в направлении воздушного потока. В представленном примере перепускной клапан 314 показан в виде тарельчатого клапана. На фиг.3А дроссельная шайба 64 показана по существу в полностью открытом положении, в то время как на фиг.3В дроссельная шайба 64 показана по существу в полностью закрытом положении.
На фиг.3А показано, что электрическое устройство 302 связано с осью 308, которая в свою очередь механически связана с дроссельной шайбой 64 и заслонкой 314 перепускного клапана посредством кулачка 310. Часть профиля кулачка 310 представляет собой базовую окружность, которая не создает никакой силы для снятия заслонки 314 перепускного клапана с седла 325. На фиг.3А показано, что с заслонкой 314 перепускного клапана контактирует базовая окружность профиля кулачка 310. Другая часть профиля кулачка 310 выступает над базовой окружностью, так что, когда ось 308 вращается, заслонка 314 перепускного клапана снимается с седла 325, позволяя воздуху проходить от входа 320 перепускного клапана компрессора к выходу 318 перепускного клапана компрессора. Заслонка 314 перепускного клапана находится (как показано) в закрытом положении, когда дроссельная шайба 64 находится (как показано) в открытом положении. Показано, что канал 304 дросселя двигателя находится в положении слабого ограничения потока, когда дроссельная шайба 64 расположена параллельно направлению воздушного потока. Пружина 316 обеспечивает усилие для поджатия заслонки 314 перепускного клапана к седлу 325 клапана. Когда дроссельная шайба 64 расположена параллельно направлению воздушного потока, воздух может проходить через канал 304 дросселя.
На фиг.3В показано, что электрическое устройство 302 заставляет заслонку 314 перепускного клапана подняться с седла 325, открывая проход и пропуская воздух со входа 320 перепускного клапана к выходу 318 перепускного клапана, когда электрическое устройство вращает ось. У кулачка 314 показан участок его профиля, выступающий над базовой окружностью. Выступающий участок профиля кулачка 314 сжимает пружину 316 и открывает заслонку 314 перепуска, когда дроссельная шайба 64 находится в закрытом положении. Показано, что канал 304 дросселя двигателя находится в положении сильного ограничения потока, когда дроссельная шайба 64 расположена перпендикулярно направлению воздушного потока.
Таким образом, системы в том виде, как они представлены на фиг.1-3В, позволяют предупреждать возникновение помпажа в компрессоре турбонагнетателя, и содержат дроссельную заслонку двигателя, воспринимающую команды, направленные на изменение крутящего момента двигателя, и перепускной клапан компрессора, механически связанный с дросселем двигателя. Система отличается тем, что перепускной клапан компрессора представляет собой тарельчатый клапан. В другом варианте, система отличается тем, что перепускной клапан компрессора представляет собой клапан с поворотной заслонкой. Система также отличается тем, что перепускной клапан компрессора и дроссельная заслонка двигателя объединены в корпусе дросселя двигателя. Система также отличается тем, что перепускной клапан компрессора выполнен с возможностью изменения своего положения пропорционально изменению положения дроссельной заслонки двигателя. Согласно одному примеру, система отличается тем, что перепускной клапан компрессора по существу полностью открыт, когда дроссельная заслонка двигателя по существу полностью закрыта. Система также отличается тем, что перепускной клапан компрессора и дроссельная заслонка двигателя приводятся в действие посредством единой общей оси, причем заслонка перепускного клапана и дроссельная шайба соединены с указанной единой осью.
Кроме того, системы в том виде, как они представлены на фиг.1-3В, позволяют предупреждать возникновение помпажа в компрессоре турбонагнетателя, и содержат: турбонагнетатель, связанный с двигателем, дроссельную заслонку двигателя, воспринимающую команды, направленные на изменение крутящего момента двигателя, и перепускной клапан компрессора, механически связанный с дроссельной заслонкой двигателя, причем перепускной клапан компрессора расположен в канале передачи воздушного потока между входом и выходом компрессора турбонагнетателя. Система также содержит контроллер, включающий в себя инструкции для изменения потока отработавших газов через турбину турбонагнетателя. Согласно еще одному примеру, система также содержит дополнительные инструкции для снижения потока отработавших газов через турбину в ответ на запрос уменьшения крутящего момента двигателя. Система также отличается тем, что перепускной клапан компрессора представляет собой тарельчатый клапан. Система также отличается тем, что тарельчатый клапан выполнен с возможностью открывания при помощи кулачка и возвращения в первоначальное состояние при помощи пружины. Согласно одному примеру, система отличается тем, что дроссельный клапан двигателя является электроуправляемым дроссельным клапаном. Таким образом, перепускным клапаном и дросселем можно управлять посредством одной группы электронных устройств, предназначенных для управления дросселем. Система также отличается тем, что дроссельная заслонка двигателя расположена в воздушном впускном канале двигателя после компрессора.
0
6
На фиг.4 приведены графики моделированных сигналов, которые представляют интерес, когда в двигателе происходит серия процессов его рабочего цикла. Сигналы, изображенные на фиг.4 могут быть получены при помощи системы, показанной на фиг.1, в которой осуществляется способ, представленный на фиг.5, посредством инструкций, поступающих от контроллера 12. Вертикальные маркеры Т-Т предусмотрены для обозначения состояний, которые представляют интерес при осуществлении серии процессов в двигателе.
Первый сверху график на фиг.4 представляет положение дроссельной шайбы двигателя (например, шайбы 64 фиг.1). Ось Х представляет время, причем время увеличивается по графику слева направо. Ось Y представляет положение дроссельной шайбы, причем увеличение сигнала положения дроссельной шайбы соответствует увеличению отверстия дросселя, чем обеспечивается больший поток воздуха. Площадь отверстия дросселя увеличивается в направлении стрелки оси Y. Положение дросселя можно изменять в ответ на команду, которая задает крутящий момент двигателя.
Второй сверху график на фиг.4 представляет положение заслонки перепускного клапана компрессора (ПКК). Заслонка ПКК механически соединена с дроссельной шайбой, и реагирует «обратно пропорционально» реакции дроссельной шайбы. Ось Х представляет время, причем время увеличивается по графику слева направо. Ось Y представляет положение заслонки ПКК, причем сигнал положения заслонки перепуска компрессора увеличивается в направлении стрелки оси Y. Воздушный поток через ПКК может возрастать, когда происходит увеличение сигнала положения заслонки перепуска, и возрастает площадь отверстия ПКК.
Третий сверху график на фиг.4 отображает зависимость отношения давлений на компрессоре от времени. Ось Х представляет время, причем время увеличивается по графику слева направо. Ось Y представляет отношения давлений на компрессоре, причем указанное отношение увеличивается в направлении стрелки оси Y.
Четвертый сверху график на фиг.4 представляет зависимость газового потока в компрессоре (например, в компрессоре 162 фиг.1) от времени. Ось Х представляет время, причем время увеличивается по графику слева направо. Ось Y представляет величину потока в компрессоре, причем величина потока в компрессоре увеличивается в направлении стрелки оси Y.
Пятый сверху график на фиг.4 представляет зависимость газового потока в канале перепуска компрессора от времени. Ось Х представляет время, причем время увеличивается по графику слева направо. Ось Y представляет величину потока в канале перепуска компрессора, причем указанная величина потока увеличивается в направлении стрелки оси Y.
0
В момент Т времени положение дроссельной шайбы по существу закрытое, а положение заслонки перепуска компрессора по существу открытое. При таких условиях двигатель может работать на холостом ходу в прогретом состоянии, сжигая воздушно-топливную смесь в сущности стехиометрическую по своему составу. Также показано, что отношение давлений на компрессоре низкое, как и поток воздуха через компрессор. Следовательно, компрессор турбонагнетателя не находится в помпажных условиях. Поток в канале перепуска компрессора имеет сравнительно высокую величину для указанного канала.
1
В момент T времени сигнал положения дроссельной шайбы двигателя начинает возрастать, позволяя дополнительному воздуху поступать в двигатель. Поскольку ПКК реагирует «обратно пропорционально» дросселю, воздушный поток через канал (например, 76 фиг.1) перепуска компрессора снижается. Увеличение сигнала положения дросселя является признаком запроса на увеличение крутящего момента двигателя, например, запроса на разгон автомобиля. Отношение давлений на компрессоре также возрастает при увеличении отверстия дросселя. Отношение давлений на компрессоре возрастает при увеличении воздушного потока через компрессор. Четвертый сверху график на фиг.4 показывает увеличение величины воздушного потока через компрессор. Поток воздуха через ПКК снижается по мере увеличения отверстия дросселя за счет поворота дроссельной шайбы.
2
В момент Т времени начинается сравнительно медленное уменьшение отверстия дросселя двигателя за счет изменения положения дроссельной шайбы. Поскольку отверстие дросселя изменяется сравнительно медленно, двигатель способен принимать воздух от компрессора со скоростью, которая обеспечивает низкую вероятность возникновения помпажа в компрессоре. В частности, двигатель потребляет воздух со скоростью, которая ограничивает отношение давлений на компрессоре и позволяет потоку воздуха средней величины протекать через компрессор, несмотря на то что отверстие дросселя уменьшается. Положение ПКК также изменяется, так что с выхода компрессора на его вход поступает увеличенный поток воздуха.
3
В момент Т времени отверстие дросселя двигателя увеличивается, давая возможность дополнительному поступлению воздуха в двигатель. Сигнал положения заслонки канала перепуска компрессора снижается, уменьшая количество воздуха, поступающего с выхода компрессора на его вход, и увеличивая тем самым эффективность компрессора турбонагнетателя. Отношение давлений на компрессоре турбонагнетателя также увеличивается, по мере того как возрастает величина воздушного потока через компрессор, так что в двигатель может быть подан дополнительный воздух, чтобы можно было удовлетворить требованиям по крутящему моменту.
4
4
В момент Т времени положение дросселя двигателя изменяется с более высокой скоростью, чтобы уменьшить крутящий момент двигателя в ответ на команду снижения крутящего момента. Если бы ПКК отсутствовал, то, при аналогичном изменении состояния, закрывание дросселя с повышенной скоростью могло бы привести к уменьшению воздушного потока через компрессор турбонагнетателя и к увеличению отношения давлений на компрессоре. Однако, когда ПКК механически связан с дросселем и дроссель закрывается, возрастает воздушный поток с выхода компрессора на его вход. Вследствие этого, величина потока через компрессор и отношение давлений на компрессоре поддерживаются на таких уровнях, какие ограничивают вероятность возникновения помпажа компрессора. Кроме того, эффективность компрессора может быть снижена. Таким образом, после момента Т видно, что отношение давлений на компрессоре со временем снижается, и также ведет себя величина потока через компрессор, хотя дроссель двигателя закрыт. Воздух продолжает проходить через компрессор через ПКК, что показано на пятом сверху графике на фиг.4.
5
В момент Т времени сигнал положения дросселя двигателя снова увеличивается, а перепускной клапан закрывается пропорционально открыванию дросселя двигателя. Величина потока через компрессор и отношение давлений на компрессоре также возрастают, чтобы обеспечить подачу дополнительного воздуха, и удовлетворить запросу на крутящий момент двигателя. Величина потока через перепускной канал компрессора снижается по мере увеличения отверстия дросселя двигателя.
6
4
2
В момент Т времени сигнал положения дросселя двигателя уменьшается медленнее, чем в момент Т, но быстрее, чем в момент Т. Отношение давлений на компрессоре и величина потока через компрессор уменьшаются по мере уменьшения отверстия дросселя. В частности, величина потока через компрессор и отношение давлений на компрессоре находятся на таких уровнях, какие ограничивают вероятность возникновения помпажа в компрессоре. Таким образом, часть воздуха, проходящего через компрессор турбонагнетателя, втекает в двигатель, в то время как остальной воздух, проходящий через компрессор турбонагнетателя, направляется через ПКК.
Таким образом, можно уменьшить вероятность возникновения помпажа в компрессоре, не прибегая к управлению ПКК при помощи электронных устройств, отдельных от электроники, управляющей дросселем двигателя. Таким образом, управление ПКК осуществляется посредством управления положением дросселя двигателя. Вследствие этого, управление ПКК может быть выполнено более простым.
На фиг.5 представлена блок-схема алгоритма способа управления перепускным клапаном компрессора турбонагнетателя. Способ, представленный на фиг.5, может быть осуществлен посредством инструкций контроллера 12 в системе, показанной на фиг.1. Кроме того, способ, соответствующий фиг.5, может предусматривать последовательность операций, изображенную на фиг.5.
На шаге 502 алгоритм 500 способа определяет условия (параметры) работы двигателя. Параметры работы двигателя могут включать в себя: обороты двигателя, количество воздуха, поступающего в двигатель, температуру двигателя, задаваемый крутящий момент, наружную температуру и наружное давление. После определения условий работы двигателя алгоритм 500 переходит к шагу 504.
На шаге 504 алгоритм 500 выполняет проверку, есть ли команда на увеличение крутящего момента. Команда на изменение крутящего момента может быть сформирована оператором или контроллером (например, контроллером гибридного двигателя). Если оказывается, что команда на увеличение крутящего момента присутствует, то алгоритм 500 переходит к шагу 506. В ином случае алгоритм 500 переходит к шагу 512.
На шаге 506 алгоритм 500 регулирует воздушный поток через компрессор турбонагнетателя, чтобы получить требуемый крутящий момент двигателя. Величина воздушного потока через компрессор может быть увеличена посредством регулировки положения сбрасывающей заслонки турбонагнетателя или лопаток турбины турбонагнетателя. Величина воздушного потока через компрессор может быть увеличена при увеличении требуемого крутящего момента. После регулировки величины воздушного потока через компрессор алгоритм 500 переходит к шагу 508.
На шаге 508 алгоритм 500 увеличивает отверстие дросселя двигателя, чтобы обеспечить требуемый уровень крутящего момента. Согласно одному примеру, регулирование положения дроссельной шайбы осуществляется на основе отношения давлений на дросселе и требуемой величины потока воздуха, поступающего в двигатель. Требуемая величина потока воздуха, поступающего в двигатель, может быть определена эмпирически и может соотноситься с требуемой величиной крутящего момента двигателя. После регулировки положения дроссельной шайбы алгоритм 500 переходит к шагу 510.
На шаге 510 алгоритм 500 уменьшает отверстие ПКК обратно пропорционально величине отверстия дросселя двигателя. Согласно одному примеру, где ПКК механически связан с дросселем двигателя, величина отверстия перепускного клапана может быть уменьшена простым открыванием дросселя двигателя, как показано на фиг.2А-2В и 3А-3В. Согласно другим примерам, положение ПКК может быть отрегулировано электрически в зависимости от положения дросселя двигателя. Алгоритм 500 завершает свою работу после того, как отверстие перепускного клапана будет по меньшей мере частично закрыто в ответ на частичное открывание дросселя двигателя в силу запроса на увеличение крутящего момента двигателя.
На шаге 512 алгоритм 500 регулирует воздушный поток через компрессор турбонагнетателя, чтобы получить требуемый крутящий момент двигателя. Величина воздушного потока через компрессор может быть уменьшена в ответ на запрос уменьшения крутящего момента двигателя. Согласно одному примеру, величина воздушного потока через компрессор турбонагнетателя может быть уменьшена путем открывания нормально закрытой сбрасывающей заслонки турбонагнетателя. После регулирования величины воздушного потока через компрессор алгоритм 500 переходит к шагу 514.
На шаге 514 алгоритм 500 регулирует величину отверстия дросселя двигателя, чтобы обеспечить требуемый уровень крутящего момента. Согласно одному примеру, величину отверстия дросселя можно регулировать путем закрывания дроссельной шайбы. Кроме того, величина отверстия дросселя может быть уменьшена в ответ на запрос уменьшения крутящего момента двигателя. После регулировки величины отверстия дросселя двигателя, алгоритм 500 переходит к шагу 516.
На шаге 516 алгоритм 500 регулирует положение ПКК, чтобы обеспечить требуемую величину потока через компрессор. Согласно одному примеру, ПКК и каналу перепуска механически задан такой размер, чтобы обеспечить пороговый уровень воздушного потока в канале перепуска компрессора, так чтобы уменьшить вероятность входа компрессора турбонагнетателя в состояние помпажа. В частности, размер ПКК задан таким образом, чтобы поддерживать поток через компрессор выше порогового уровня, который ограничивает вероятность возникновения помпажа в компрессоре. Перепускной клапан компрессора может быть построен так, как показано на фиг.2А-2В и 3А-3В, или, если требуется, он может иметь иную конструкцию. Алгоритм 500 завершит свою работу, после того как положение ПКК будет отрегулировано, чтобы обеспечить требуемую величину потока через компрессор.
Таким образом, алгоритм, представленный на фиг.5, реализует способ борьбы с помпажом компрессора турбонагнетателя, содержащим операции, при которых: регулируют положение дроссельного клапана двигателя в ответ на запрос изменения крутящего момента двигателя, и регулируют положение перепускного клапана компрессора посредством дросселя двигателя. Способ также отличается тем, что положение перепускного клапана компрессора регулируют пропорционально положению дроссельного клапана двигателя. Способ также содержит регулирование положения сбрасывающей заслонки турбонагнетателя в ответ на запрос изменения крутящего момента двигателя. Способ также отличается тем, что перепускной клапан компрессора механически связан с дроссельным клапаном двигателя. Способ также отличается тем, что воздух направляют с выхода компрессора на вход компрессора через перепускной клапан компрессора, когда поток через компрессор меньше порогового уровня, и когда отношение давлений на компрессоре больше порогового уровня. Способ также содержит операцию, при которой направляют поток воздуха с выхода компрессора на вход компрессора через перепускной клапан компрессора при работе двигателя на холостых оборотах, когда дроссельный клапан двигателя по существу закрыт.
Специалистам в данной области должно быть понятно, что изображенный на фиг.5 алгоритм способа может представлять одну или более стратегий обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные показанные шаги или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для решения вышеупомянутых задач полезной модели, реализации отличительных признаков и преимуществ, но приведен в целях упрощения описания. Хотя это и не показано явным образом, но специалистам в данной области должно быть понятно, что один или более показанных шагов или функций можно выполнять повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии.
На этом описание завершается. Специалистам в данной области должно быть понятно, что в форму и детали осуществления могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема полезной модели. Например, настоящее описание может также быть с успехом использовано в случае одноцилиндровых двигателей и двигателей с расположением цилиндров по схемам I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и V16, работающих на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных видах топлива.