СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ПЕРЕПУСКНОГО КЛАПАНА КОМПРЕССОРА
METHOD (EMBODIMENTS) AND COMPRESSOR BYPASS VALVE DIAGNOSTICS SYSTEM

Область техники
Настоящее описание в целом касается способов и систем контроля состояния двигателя автомобиля в части диагностики ухудшения состояния перепускного клапана компрессора (ПКК).
Уровень техники/Сущность изобретения
В двигателях внутреннего сгорания с наддувом сжатый воздух подается в двигатель при помощи компрессора, который может приводиться в действие турбиной, работающей на отработавших газах. При сжатии воздух нагревается. При наступлении определенных условий на выпуске компрессора может повышаться давление, что вызывает помпаж компрессора. Помпаж компрессора в первую очередь приводит в повышению уровня шума, вибрации и резкости (ШВР), но также он может привести к повреждению и самого компрессора. Перепускной клапан компрессора (ПКК) может применяться для стравливания давления в двигателях с турбонагнетателем. Таким образом, ПКК предотвращает помпаж компрессора и снижает скорость износа турбонагнетателя и двигателя. ПКК уменьшает разрушающее воздействие нагрузки при помпаже компрессора путем перенаправления воздуха навстречу входящему потоку на входе компрессора, повышая расход воздуха через компрессор и снижая перепад давления внутри компрессора.
Общей проблемой, связанной с ПКК, является тот факт, что клапан может застопориться в открытом или закрытом положении, вызывая проблемы с производительностью. В случае, если клапан застопоривается в открытом положении, он будет постоянно стравливать давление, что негативно скажется на крутящем моменте и дорожных качествах автомобиля. В случае, если клапан застопоривается в закрытом положении, он оказывается неспособным перенаправлять воздух, вследствие чего давление возрастает, потенциально приводя к помпажу компрессора. Таким образом, ПКК может периодически диагностироваться для выявления подобных проблем.
В случаях, когда перепускной клапан компрессора застопоривается в открытом положении, давление наддува может не расти даже при плотно закрытом регуляторе давления наддува. Это создает условия для недостаточного давления наддува. Несмотря на это, причина недостаточного давления наддува может не быть очевидной на первый взгляд (напр., застопоренный регулятор давления наддува, застопоренный перепускной клапан или утечка в системе воздухозабора) и проблема ее диагностики может оказаться сложной.
В настоящем патенте изобретатели идентифицировали указанные выше проблемы и предлагают один из подходов для, по крайней мере, частичного их решения. В одном примере, проблемы, описанные выше, могут быть разрешены при помощи способа индикации ухудшения состояния ПКК, соединенного с перепускным каналом компрессора, на основе сравнения температуры наддувочного воздуха на входе, измеренной навстречу входному потоку компрессора, и температуры воздуха выходного потока, выходящего непосредственно от компрессора. Таким образом, для диагностики ПКК может быть использовано измерение значительной разницы в температуре окружающего воздуха и приточного воздуха.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрываются более подробно. Оно не предназначено для определения ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, содержание которого определяется только пунктами формулы изобретения, приведенными после подробного описания. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 представляет собой схему примерной системы двигателя, включающую ПКК и датчик температуры наддувочного воздуха (ТНВ).
ФИГ. 2 представляет высокоуровневую блок-схему, отображающую способы диагностики ПКК.
ФИГ. 3 представляет график, отображающий примерные условия для диагностики клапана, застопоренного в открытом положении.
ФИГ. 4 представляет график, отображающий примерные условия для диагностики клапана, застопоренного в закрытом положении.
Раскрытие изобретения
Приведенное ниже описание касается систем и способов диагностики ухудшения состояния перепускного клапана компрессора (ПКК) при помощи датчика температуры наддувочного воздуха (ТНВ), подсоединенного на стыке перепускного канала компрессора и впускного канала на входе компрессора, как показано на ФИГ. 1. Способы предусматривают регулировку параметров двигателя с целью ослабления воздействия ухудшившегося состояния ПКК. ФИГ. 2 иллюстрирует пример способа диагностики ПКК, основывающегося на сравнении температуры приточного воздуха на входе компрессора (измеряемой датчиком ТНВ) с соответствующим пороговым значением. В одном из примеров, контроллер может задать первое пороговое значение температуры, основыванного на температуре окружающего воздуха для определения, застопорен ли ПКК в открытом положении. Первое пороговое значение может представлять температуру окружающего воздуха, которая может быть фактически эквивалентна температуре воздуха на входе компрессора при закрытом ПКК. Это вызвано тем фактом, что сжатый воздух не способен вернуться на вход компрессора и поднять температуру наружного воздуха при закрытом ПКК. Следовательно, если температура воздуха на входе компрессора не удовлетворяет условиям в отношении первого порогового значения (напр., если температура воздуха на входе компрессора выше первого порогового значения), то ПКК может быть определен, как застопоренный в открытом положении. Подобным же образом, определение второго порогового значения, основанного на давлении наддува может помочь в определении застопоренности ПКК в закрытом положении. Второе пороговое значение может представлять оценку температуры воздуха компрессора, превышающую температуру окружающего воздуха. В случае, если был подан сигнал на открытие ПКК, но датчик ТНВ не зафиксировал скачка температуры (напр., если температура, измеренная датчиком ТНВ, ниже второго порогового значения), то состояние клапана может быть определено, как ухудшившееся. ФИГ. 3-4 представляют примерные сценарии, подробно раскрывающие результаты и регулировки во время случаев застопоривания ПКК в открытом или закрытом положении.
ФИГ. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую пример двигательной системы 100, включая двигатель 10, который может быть использован как часть двигательной установки автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами 30. Тем не менее, в соответствии с данным раскрытием допускается использование другого числа цилиндров. Двигателем 10 можно управлять, по крайней мере, частично с помощью системы контроллера 12 и с помощью входных данных от водителя автомобиля 132 через устройство ввода 130. В этом примере устройство ввода 130 содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для создания пропорционального сигнала положения педали (ПП). Соответственно, сигнал положения педали может свидетельствовать о нажатии на педаль акселератора (напр., внезапное положительное изменение положения педали акселератора), отпускании педали акселератора (напр., внезапное отрицательное изменение положения педали акселератора или отпускание педали), а также о дополнительных условиях движения.
Каждая камера сгорания (также называемая «цилиндр») 30 двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания с поршнем (не показан), расположенным внутри. Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 с возможностью возвратно-поступательного движения, передаваемого во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может соединяться, по крайней мере, с одним приводным колесом 156 автомобиля через промежуточную трансмиссионную систему 150. Дополнительно, мотор стартера может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для возможности пуска двигателя 10.
В камеры сгорания 30 может поступать приточный воздух из впускного коллектора 44 через впускной тракт 42, а отработавшие газы, выделяющиеся при горении, могут выходить через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут селективно сообщаться с камерой сгорания 30 через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны. В некоторых вариантах осуществления камера сгорания 30 может предусматривать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Топливные форсунки 50 показаны в прямом соединении с камерой сгорания 30 для прямого впрыска топлива пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ), полученному от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый прямой впрыск в камеру 30 сгорания; тем не менее, следует понимать, что распределенный впрыск топлива также допускается. Топливо могут подавать на топливную форсунку 50 с помощью топливной системы (не показано), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссель 21 с дроссельной заслонкой 22 для регулировки подачи воздуха во впускной коллектор. В данном конкретном примере положение дроссельной заслонки 22 (ПД) может варьироваться при помощи контроллера 12 для обеспечения работы электронной системы управления положением дроссельной заслонки (ЭСУПДЗ). Таким образом, дроссель 21 может приводиться в действие для регулирования подачи приточного воздуха в камеру сгорания 30 между другими цилиндрами двигателя. В других вариантах осуществления на впускном канале 42 могут быть предусмотрены дополнительные дроссели, как, например, дроссель, установленный во встречном потоке компрессора 60 (не показан).
Кроме того, в раскрываемых вариантах осуществления, система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемый объем отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 РОГ. Объем РОГ, подаваемый во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 при помощи клапана 142 РОГ. При определенных условиях система РОГ может использоваться для регулировки температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. ФИГ. 1 иллюстрирует систему РОГ высокого давления, в которой поток РОГ направляется из точки выше по потоку от турбины турбонагнетателя в точку ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других вариантах осуществления двигатель может дополнительно или в качестве альтернативного варианта может включать в себя систему РОГ низкого давления, в которой поток РОГ направляется из точки ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в точку выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.
Двигатель 10 может дополнительно предусматривать такое компрессионное устройство, как турбонагнетатель или турбокомпрессор, содержащий как минимум компрессор 60, установленный на впускном коллекторе 44. В случае с турбонагнетателем, компрессор 60 может приводиться в действие, по крайней мере частично, турбиной 62 посредством, например, вала или другого соединительного механизма. Турбина 62 может быть установлена на выпускном канале 48. Компрессор может приводиться в действие различными способами. В случае с турбокомпрессором, компрессор 60 может, по крайней мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электроприводом и может не содержать турбину. Следовательно, объем сжатого воздуха, подаваемого на один или более цилиндров двигателя турбонагнетателем или турбокомпрессором, может регулироваться контроллером 12.
Далее следует отметить, что выпускной канал 48 может включать в себя регулятор давления наддува 26 для отвода отработавших газов от турбины 62. В дополнение к этому, впускной канал 42 может включать в себя перепускной клапан компрессора (ПКК) 27, выполненный с возможностью перенаправления наддувочного воздуха из точки ниже по потоку от компрессора 60 и выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха (ОНВ) 80 до входа компрессора через перепускной канал 128 компрессора. Например, регулятор давления наддува 26 и/или ПКК 27 могут управляться при помощи контроллера 12 и открываться, если потребуется снизить давление наддува. Например, в ответ на помпаж компрессора или потенциальное событие помпажа компрессора, контроллер 12 может открыть ПКК 27 для понижения давления на выпуске компрессора 60. Это может снизить риск возникновения или остановить помпаж компрессора. ПКК 27 расположен на перепускном канале 128 компрессора, обеспечивая гидравлическое соединение между впускным каналом 42 выше по потоку от компрессора 60 и впускным каналом ниже по потоку от компрессора 60. Впускной канал 42 дополнительно «содержит датчик 121 ТНВ. Датчик ТНВ подсоединен на стыке перепускного канала 128 компрессора и впускного канала 42 на входе компрессора. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта датчик 121 ТНВ может устанавливаться ниже по потоку от стыка перепускного канала 128 компрессора и впускного канала 42 и выше по потоку от компрессора 60. Датчик 121 ТНВ может управляться контроллером 12 для измерения температуры и получения значения исходной температуры окружающего воздуха и приточного воздуха выше по течению от компрессора во время случаев застопоривания клапана в открытом или закрытом положении (напр., при внезапном увеличении и снижении нагрузки на двигатель соответственно).
Впускной канал 42 может дополнительно включать в себя охладитель 80 наддувочного воздуха (ОНВ) (напр., интеркулер) для понижения температуры нагнетаемых впускных газов. В некоторых вариантах раскрытия охладителем 80 наддувочного воздуха может являться воздушный теплообменник. В других вариантах раскрытия охладителем 80 наддувочного воздуха может являться жидкостный теплообменник. Тем не менее, в прочих вариантах осуществления системой ОНВ 80 являться система ОНВ с переменным объемом. Горячий наддувочный воздух из компрессора 60 поступает на впуск ОНВ 80, охлаждается при прохождении по системе ОНВ, а затем выходит через дроссель 21 во впускной коллектор 44 двигателя. Воздух снаружи автомобиля может попадать в двигатель 10 через переднюю часть автомобиля, проходить через систему ОНВ и принимать участие в охлаждении наддувочного воздуха.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода-вывода, электронный носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ) в данном конкретном примере, оперативного запоминающего устройства 108 (ОЗУ), энергонезависимого запоминающего устройства 110 (ЭЗУ) и шины данных. Контроллер 12 выполнен с возможностью получения различных сигналов от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций при управлении двигателем 10 в дополнение к описанным выше сигналам, включая показания массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показания температуры хладагента двигателя (ТХД) отдатчика 112 температуры, показанного схематически в одной точке внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дроссельной заслонки (ПДЗ) от датчика положения дроссельной заслонки, как указано выше; и сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122, как указано. На основе сигнала профиля зажигания (ПЗ) контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД). Сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика давления в коллекторе может использоваться для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе 44. Следует обратить внимание на возможность использования указанных выше датчиков в различных комбинациях, таких как датчик МРВ без датчика ДВК или наоборот. Во время работы на стехиометрической смеси датчик ДВК может выдавать показания крутящего момента двигателя. Дополнительно, этот датчик, вместе с измеренной частотой вращения двигателя, может предоставлять расчет подачи смеси (включая воздух) в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может генерировать заранее заданное количество равноудаленных импульсов на каждый оборот коленчатого вала 40.
Среди других датчиков, которые могут посылать сигналы на контроллер 12, присутствуют датчик 124 температуры и/или давления на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха и датчик 126 давления наддува. Среди других не указанных датчиков, также могут присутствовать такие, как датчик измерения расхода приточного воздуха на входе охладителя наддувочного воздуха и другие датчики. В некоторых примерах постоянное запоминающее устройство 106 электронного носителя может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые микропроцессором 102, для осуществления способов, раскрываемых ниже, а также других вариантов, предусмотренных, но не указанных в конкретном виде. Примеры алгоритмов и условий объясняются в настоящем документе на ФИГ 2-4.
Что касается ФИГ. 2, на ней представлена высокоуровневая блок-схема, подробно описывающая способ 200 для определения ухудшения состояния ПКК и его регулировки. Как раскрыто выше, температура приточного воздуха сравнивается с первым пороговым значением для определения, застопорен ли ПКК в открытом положении, при чем первое пороговое значение основано на значении температуры окружающего воздуха. Также, как раскрыто выше, температура приточного воздуха сравнивается со вторым пороговым значением для определения, застопорен ли ПКК в закрытом положении, при чем второе пороговое значение основано на значении давления наддува. Способ 200 будет раскрыт в настоящем документе на примерах компонентов и систем, изображенных на ФИГ. 1, в частности, в отношении впуска 42 воздуха, компрессора 60, ОНВ 80, ПКК 27 и ТНВ 121. Способ 200 может быть осуществлен при помощи контролера 12 в соответствии с данными, хранящимися на машиночитаемых носителях. Следует понимать, что способ 200 может применяться для других систем с другой конфигурацией в пределах объема данного раскрытия.
На шаге 202 способ определяет, работает ли двигатель в условиях холодного пуска. Под условиями холодного пуска может подразумеваться температура двигателя ниже предварительно заданного порогового значения, такого, как температура окружающего воздуха. Если двигатель работает в условиях холодного пуска, то способ может перейти к шагу 204, однако, если двигатель не работает в условиях холодного пуска, то способ может перейти к шагу 208. Не холодный пуск двигателя может быть определен, как работа двигателя (которая может включать или исключать пуск двигателя), при которой температура двигателя выше предварительно заданного порогового значения, например, выше температуры окружающего воздуха. На шаге 204 способ предусматривает сопоставление измеренной температуры двигателя с предварительно заданным пороговым значением. В случае, если температура двигателя выше порогового значения, то способ может перейти к шагу 208. В случае, если температура двигателя остается ниже порогового значения, то способ перейдет к шагу 206 и отложит выполнение диагностики до того момента, когда температура двигателя превысит пороговое значение. Способ может не применяться в условиях холодного пуска, так как в течение этого периода температура двигателя возрастает и в результате датчик температуры наддувочного воздуха (ТНВ) может оказаться неспособным производить точное измерение температуры окружающего воздуха.
На шаге 208 датчик ТНВ производит мониторинг во время работы двигателя на холостых оборотах или в условиях низкого расхода воздуха двигателя после прогрева. Во время работы на холостых оборотах или в условиях низкого расхода воздуха давление наддува может приближаться к атмосферному давлению. Следовательно, независимо от того, открыт или закрыт ПКК, расход воздуха через ПКК отсутствует. В результате, при подобных условиях показания ТНВ на входе компрессора равняются температуре окружающего воздуха. На шаге 210 температура поступающего атмосферного наддувочного воздуха измеряется на основе показаний датчика ТНВ, при чем датчик ТНВ подсоединен на стыке перепускного канала компрессора и впускного канала выше по потоку от входа компрессора. Показатель температуры приточного атмосферного наддувочного воздуха определяет первое пороговое значение для нажатия на педаль акселератора в соответствии с приведенным ниже описанием. В качестве примера, первое пороговое значение растет по мере повышения температуры окружающего воздуха. Способ может перейти к шагу 212.
На шаге 212 контроллер определяет имело ли место нажатие на педаль акселератора. В качестве примера, нажатие на педаль акселератора может быть определено, исходя из потребности в повышенном наддуве, или если нажатие на педаль акселератора представлено положением педали выше крайнего верхнего положения, напр., при нажатии на педаль акселератора за крайнее положение. При ответе «ДА» способ может перейти к шагу 214. При ответе «НЕТ» способ может перейти к шагу 224. Подробное описание шага 224 и следующих шагов приведено ниже. На шаге 214 способ определяет первое пороговое значение температуры наддувочного воздуха на впуске, исходя из температуры окружающего воздуха. В одном из примеров первым пороговым значением является текущая температура окружающего воздуха. Далее, следует отметить, что первое пороговое значение может возрастать по мере повышения температуры окружающего воздуха. В ситуациях повышенного расхода наддувочного воздуха может потребоваться закрыть ПКК с целью направления всего приточного воздуха через компрессор для удовлетворения потребностей в наддуве, предоставляя возможность определить состояние ПКК. В качестве примера, в случае, если ПКК находится в закрытом положении, температура приточного воздуха будет фактически эквивалентна температуре окружающего воздуха. Тем не менее, если ПКК застопорен в открытом положении, поток воздуха может направляться в перепускной канал компрессора, проходя через датчик ТНВ перед тем, как попасть в компрессор. Так как температура сжатого воздуха выше температуры окружающего воздуха датчик ТНВ может показывать значение выше, чем температура окружающего воздуха при открытом ПКК. Следовательно, температура, превышающая температуру окружающего воздуха, в условиях потребности в высоком расходе наддувочного воздуха может говорить о застопоренном в открытом положении ПКК, так как был сформирован сигнал на закрытие ПКК, но горячий наддувочный воздух продолжает перенаправляться выше по потоку от компрессора. На шаге 216 контроллер измеряет температуру приточного воздуха, исходя из показаний датчика ТНВ. На шаге 218 измеренная температура приточного воздуха сопоставляется с первым пороговым значением. В случае, если температура приточного воздуха превышает первое пороговое значение, то способ может перейти к шагу 220 и указать на ухудшение состояния ПКК на перепускном канале компрессора. В соответствии с приведенным выше описанием, в случаях нажатия на педаль акселератора (напр., большой крутящий момент) контроллер закроет ПКК в ответ на потребность в повышенном расходе наддувочного воздуха и весь сжатый воздух будет направляться в двигатель. В случае, если температура приточного воздуха выше расчетной (напр., выше первого порогового значения), это может говорить о том, что ПКК застопорен в открытом положении, в то время, как горячий сжатый воздух постоянно перенаправляется на вход компрессора вместо двигателя, и следовательно указывать на ухудшение состояния ПКК. Застопоренный в открытом положении ПКК (напр., ПКК, неспособный закрываться частично и/или полностью) может послужить причиной уменьшенного крутящего момента и пониженных дорожных качеств автомобиля. Таким образом, на шаге 222 контроллер может произвести регулировку эксплуатационных параметров двигателя для устранения последствий ухудшенного состояния ПКК. В качестве примера, в случае, если ПКК застопорен в открытом положении, контроллер может закрыть регулятор давления наддува для повышения расхода сжатого воздуха на двигатель путем направления большего объема отработавших газов на турбину для поддержания крутящего момента. Напротив, если температура приточного воздуха ниже первого порогового значения на шаге 218, то способ может указывать на отсутствие ухудшения состояния ПКК и позволить двигателю работать с текущими эксплуатационными параметрами на шаге 236. Выполнение способа может завершиться.
В другом примере дополнительные варианты осуществления могут предусматривать бесступенчатый перепускной клапан компрессора (БПКК) вместо ПКК. В случае с БПКК, застопоривание в открытом положении по-прежнему может быть определено при нажатии на педаль акселератора, тем не менее, первое пороговое значение также соотносится с положением клапана. В качестве примера, если БПКК закрыт на 80% по сигналу контроллера, определение первого порогового значения может учитывать смесь окружающего воздуха и потока сжатого воздуха, проходящего через перепускной канал компрессора на вход компрессора.
Возвращаясь к шагу 212, при отсутствии нажатия на педаль акселератора способ переходит к шагу 224, где контроллер проверяет возможность ситуации отпускания педали акселератора. В качестве примера, контроллер может определить отпускание педали акселератора, исходя из снижения потребности в наддувочном воздухе и/или при определении отпускания педали акселератора, как положение педали акселератора ниже крайнего нижнего положения, напр., при полном отпускании педали. В случае, если факт отпускания педали акселератора не имел места, способ может перейти к шагу 225. На шаге 225 контроллер может указывать на отсутствие ухудшения состояния клапана и оставить неизменными текущие эксплуатационные параметры двигателя. Выполнение способа может завершиться. В альтернативном случае, при обнаружении факта отпускания педали акселератора, способ может перейти к шагу 226. На шаге 226 контроллер определяет второе пороговое значение, исходя из давления наддува. Второе пороговое значение может представлять собой расчетную температуру на выпуске компрессора и, таким образом, второе пороговое значение может зависеть от температуры воздуха на выпуске компрессора (расчетного значения, основанного на давлении наддува). ПКК может быть дана команда на открытие в случаях отпускания педали акселератора. Во время отпускания педали акселератора контроллер может открыть ПКК для стравливания давления наддува и предотвращения помпажа компрессора, в результате чего датчик ТНВ фиксирует резкий рост температуры, связанный с поступлением горячего сжатого воздуха на вход компрессора. Следовательно, показания ТНВ при открытом ПКК могут быть сопоставлены с показаниями температуры воздуха на выпуске компрессора и, как результат, фактически равняться второму пороговому значению. В случае, если ПКК застопорен в закрытом положении, резкого роста температуры может не произойти, в результате чего показание датчика ТНВ ниже второго порогового значения, что указывает на то, что ПКК застопорен в закрытом положении. Второе пороговое значение растет по мере повышения давления наддува. В качестве примера, температура сжатого воздуха может оцениваться на основе давления наддува и/или потребности в расходе, связанным с отпусканием педали акселератора. В целом, второе пороговое значение выше, чем первое пороговое значения, благодаря его зависимости от температуры сжатого воздуха.
Как только второе пороговое значение определено, контроллер измеряет температуру приточного воздуха на шаге 228, исходя из показаний датчика ТНВ. На шаге 230 температура приточного воздуха сравнивается со вторым пороговым показателем. Во время отпускания педали акселератора, ПКК может получить сигнал перенаправить воздух обратно на вход компрессора для повышения расхода через компрессор с целью предотвращения помпажа, который может произойти вследствие снижения уровня расхода, следующего за отпусканием педали акселератора. С открытием ПКК температура приточного воздуха компрессора может возрасти в результате рециркуляции горячего сжатого воздуха. Следовательно, если температура приточного воздуха ниже второго порогового значения, это указывает на то, что горячий сжатый воздух не поступает обратно на спуск компрессора (напр., по причине закрытого ПКК) и температура поступающего воздуха ниже расчетной. В качестве примера, при отпускании педали акселератора и снижении потребности в наддуве, контроллер открывает ПКК и уменьшает расход сжатого воздуха в двигатель. В случае, если температура приточного воздуха ниже второго порогового значения, это означает, что ПКК может быть застопоренным в закрытом положении и вызвать эффект ШВР, и способ может перейти к шагу 232. На шаге 232 способ предусматривает индикацию ухудшения состояния ПКК, подсоединенного к перепускному каналу компрессора, исходя из температуры приточного наддувочного воздуха, измеренной выше по потоку от входа компрессора, причем при ухудшении состояния ПКК застопорен в закрытом состоянии. На шаге 234 контроллер может произвести регулировку эксплуатационных параметров двигателя для устранения воздействия ухудшенного состояния ПКК. В качестве примера, если при отпускании педали акселератора контролер определяет ухудшение состояния ПКК, он может произвести регулировку эксплуатационных параметров двигателя для повышения расхода воздуха, проходящего через компрессор, как, например, регулировка скорости рециркуляции отработавших газов (РОГ), положения дросселя или другие регулировки.
В случае, если температура приточного воздуха выше второго порогового значения, то сжатый воздух может возвращаться на вход компрессора (напр., из-за открытого ПКК), и способ может перейти к шагу 236. На шаге 236 контроллер указывает на отсутствие ухудшения состояния ПКК и может оставить неизменными текущие эксплуатационные параметры двигателя. Выполнение способа может завершиться.
ФИГ. 2 представляет способ, подробно раскрывающий диагностику ухудшения состояния ПКК, исходя из сравнения температуры на входе компрессора с первым пороговым значением, связанным с температурой окружающего воздуха, или вторым пороговым значением, связанным с давлением наддува, для открытого или закрытого положения застопоренного ПКК соответственно. Приведенные ниже цифры представляют примерные условия эксплуатации двигателя с ПКК застопоренным в открытом или закрытом положении.
В другом примере для определения ухудшения состояния ПКК может быть использован диапазон пороговых значений. В качестве одного примера, диагностика ПКК, застопоренного в открытом положении, может включать в себя диапазон максимальных пороговых значений, до которых может подниматься температура окружающего воздуха (напр., повышение температуры до 30°С) во время выполнения способа по определению, застопорен ли ПКК в открытом положении. В случае, если температура окружающего воздуха превышает данный диапазон пороговых значений, то это может указывать на ухудшение состояния ПКК. Ухудшенное состояние ПКК может включать в себя застопоривание ПКК в открытом состоянии. В качестве второго примера, диагностика ПКК, застопоренного в закрытом положении, может использовать такой же диапазон максимальных пороговых значений, однако, если температура не возрастает до значений, превышающих диапазон пороговых значений, во время отпускания педали акселератора. Ухудшенное состояние может включать в себя застопоривание ПКК в закрытом состоянии.
ФИГ. 3 представляет графики, иллюстрирующие примерный сценарий нажатия на педаль акселератора при ПКК, застопоренном в открытом положении. Ось X представляет время, а ось Y представляет различные параметры двигателя. График 302 представляет положение педали (ПП), график 304 представляет замеренную температуру приточного воздуха (ТПВ), график 306 представляет расчетную ТПВ для этого же сценария. График 308 представляет расчетное положение ПКК (напр., положение, соответствующее отданной команде), а график 310 представляет фактическое положение ПКК.
До наступления момента Т1 значение ПП не превышает пороговое, что указывало бы на широко открытый дроссель (напр., при нажатии на педаль акселератора), и не ниже порогового, что указывало бы на фактически закрытый дроссель (напр., при отпускании педали акселератора). В результате, ПКК находится в открытом положении благодаря тому факту, что двигатель не нуждается в полном объеме сжатого воздуха. ТПВ фактически равна температуре окружающего воздуха. В момент Т1 клапану ПКК дается команда на закрытие в связи с повышением значения ПП, как показано на графике ПКК. По мере повышения значения ПП дроссель открывается шире и двигателю требуется больше сжатого воздуха (напр., повышается потребность в наддуве). Для удовлетворения этой потребности контроллер закрывает ПКК для блокировки обхода сжатого воздуха на вход компрессора.
После момента Т1 и до наступления Т2 значение ПП растет и превышает пороговое значение в ответ на повышенный наддув, указывая на то, что нажатие на педаль акселератора направлено на широкое открытие дросселя или связано с потребностью в увеличенном крутящем моменте. Контроллер предполагает, что ПКК должен быть закрыт - график 308 - для обеспечения повышенного давления наддува и температуры на впуске. Так как ПКК должен быть в закрытом положении, контроллер предполагает, что ТПВ должна соответствовать графику 306, однако, получает результаты, соответствующие графику 304, потому что фактически ПКК находится в открытом положении. Изменение в потребности в наддуве происходит в ответ на нажатие педали акселератора, указывая на то, что перепускной клапан компрессора застопорен в открытом положении, исходя из фактического значения температуры, превышающего расчетное. Состояние ПКК ухудшилось и содержит застопоривание ПКК в открытом положении. Фактически застопоренный в открытом положении ПКК, как показано на графике 310, обеспечивает расход горячего сжатого воздуха обратно на впуск, что повышает ТПВ до значения выше первого порогового значения, основанного на температуре окружающего воздуха. В момент Т2 контроллер может указать на то, что состояние ПКК ухудшилось.
ФИГ. 4 представляет графики, иллюстрирующие отпускание педали акселератора при застопоренном в закрытом положении ПКК. Ось X представляет время, а ось Y представляет различные параметры двигателя. График 402 представляет положение педали (ПП), график 404 представляет расчетную температуру приточного воздуха (ТПВ), график 406 представляет фактическую ТПВ для этого же сценария. График 408 иллюстрирует расчетное положение ПКК, а график 410 представляет фактическое положение ПКК.
До наступления момента Т1 значение ПП не превышает пороговое, что указывало бы на широко открытый дроссель, и не ниже порогового, что указывало бы на фактически закрытый дроссель. В результате, ПКК находится в открытом положении благодаря тому факту, что двигатель не нуждается в полном объеме воздуха, сжатого компрессором. ТПВ фактически равна температуре окружающего воздуха. В момент Т1 клапан ПКК закрыт по причине повышенного ПП. По мере повышения значения ПП дроссель открывается шире и двигателю требуется больше сжатого воздуха. Для удовлетворения этой потребности контроллер закрывает ПКК для блокировки обхода сжатого воздуха. После момента Т1 и до наступления Т2 значение ПП растет, указывая на то, что нажатие на педаль акселератора направлено на широкое открытие дросселя или связано с потребностью в увеличенном крутящем моменте. Контроллер держит ПКК в закрытом положении для обеспечения максимального давления наддува и температуры на впуске. Так как ПКК закрыт ТПВ остается относительно стабильной. В момент Т2 значение ПП опускается ниже порогового, что указывает на фактически закрытый дроссель и пониженный наддув. Условия пониженного наддува включают в себя отпускание педали акселератора, которое определяется, как резкое и приводящее к существенному закрытию дросселя. Таким образом, контроллер открывает ПКК для снижения расхода сжатого воздуха на двигатель и перенаправления сжатого воздуха обратно на вход компрессора, что служит причиной повышения ТПВ, график 404. В качестве примера, при малом крутящем моменте или низком наддуве контроллер может открыть ПКК для предотвращения помпажа компрессора. Потребность в наддуве зависит от положения педали акселератора и уменьшается по мере отпускания педали, одновременно посылая сигнал на открытие ПКК. При открытом ПКК, график 408, регистрируется резкий скачок температуры, однако, при фактически застопоренном в закрытом положении ПКК, график 410, температура остается достаточно постоянной. Застопоренный в закрытом положении ПКК предотвращает возврат горячего сжатого воздуха на вход компрессора, в результате чего температура на спуске фактически равна температуре окружающего воздуха. Таким образом, значение ТПВ ниже второго порогового значения, основанного на давлении наддува, и в момент ТЗ контроллер может указать на ухудшение состояния ПКК.
Следовательно, путем размещения впуска перепускного канала компрессора ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от ОНВ, горячий сжатый воздух направляется обратно на вход компрессора при закрытом ПКК, позволяя датчику ТНВ получать гораздо более высокие значения температуры воздуха на впуске, чем температура окружающего воздуха. Измеряя более высокую температуру воздуха на впуске, процентная вероятность ошибки способа становится ниже, предоставляя более надежные данные для контроллера.
Технический эффект измерения температуры приточного воздуха на входе компрессора и ее сопоставление с пороговым значением, основанным на температуре окружающего воздуха, измеряемой на входе компрессора, позволяет способу диагностировать ухудшение состояния ПКК более точно. В результате установки датчика ТНВ, а также перепускного канала компрессора, создается больший температурный градиент между температурой окружающего и приточного воздуха при открытом ПКК, обеспечивая более широкий диагностический диапазон для точного определения ухудшения состояния ПКК.
В варианте осуществления способ для двигателя предусматривает индикацию ухудшения состояния перепускного клапана компрессора, подсоединенного к перепускному каналу компрессора, исходя из температуры приточного наддувочного воздуха, измеренной выше по потоку от входа компрессора. Температура приточного наддувочного воздуха измеряется датчиком температуры, установленным на стыке перепускного канала компрессора и впускного канала на входе компрессора. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, способ может предусматривать перепускной канал компрессора, выполненный с возможностью перенаправления наддувочного воздуха из точки ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха на вход компрессора.
Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, в условиях повышенного наддува индикация может включать в себя индикацию ухудшения состояния перепускного клапана компрессора, исходя из того факта, что температура приточного наддувочного воздуха выше первого порогового значения, основанного на температуре окружающего воздуха. Индикация ухудшения состояния содержит индикацию застопоривания перепускного клапана компрессора в открытом положении при показателе температуры приточного наддувочного воздуха выше первого порогового значения. Условия повышенного наддува включают в себя нажатие на педаль акселератора. Закрытие регулятора давления наддува в ответ на индикацию того, что перепускной клапан компрессора застопорен в открытом положении.
Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, способ может предусматривать измерение температуры окружающего воздуха датчиком температуры в режиме работы двигателя на холостых оборотах после его прогрева. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, в условиях пониженного наддува индикация может включать в себя индикацию ухудшения состояния перепускного клапана компрессора, исходя из того факта, что температура приточного наддувочного воздуха ниже второго порогового значения. Второе пороговое значение основано на давлении наддува. Индикация ухудшения состояния содержит индикацию застопоривания перепускного клапана компрессора в закрытом положении при показателе температуры приточного наддувочного воздуха ниже второго порогового значения. Условия пониженного наддува включают в себя отпускание педали акселератора.
Другой способ для двигателя с наддувом предусматривает во время нажатия на педаль акселератора индикацию ухудшения состояния перепускного клапана компрессора (ПКК), в ответ на тот факт, что температура приточного наддувочного воздуха выше первого порогового значения, и во время отпускания педали акселератора индикацию ухудшения состояния ПКК, в ответ на тот факт, что температура приточного наддувочного воздуха ниже второго порогового значения. Нажатие на педаль акселератора представляет собой нажатие на педаль акселератора до положения за пределами крайнего верхнего положения педали, тогда как отпускание педали акселератора представляет собой отпускание педали акселератора до положения за пределами крайнего нижнего положения педали. Первое пороговое значение основано на температуре окружающего воздуха, а второе пороговое значение основано на давлении наддува во время отпускания педали акселератора.
Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, способ может предусматривать увеличение первого порогового значения по мере возрастания температуры окружающего воздуха, и увеличение второго порогового значения по мере возрастания давления наддува. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, индикация может предусматривать индикацию ухудшения состояния во время нажатия на педаль акселератора, включая индикацию застопоривания ПКК в открытом положении, и индикацию ухудшения состояния во время отпускания педали акселератора, включая индикацию застопоривания ПКК в закрытом положении. Датчик температуры установлен на стыке перепускного канала компрессора и впускного канала на входе компрессора, причем перепускной канал компрессора соединяет впускной канал ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха со входом компрессора.
Вариант осуществления системы содержит двигатель с наддувом, оснащенный впускным каналом воздуха, педалью акселератора для сообщения водителем потребности в наддуве, компрессором приточного воздуха, перепускным каналом компрессора с перепускным клапаном компрессора для перенаправления наддувочного воздуха из точки ниже по потоку от компрессора на вход компрессора, датчиком температуры на стыке перепускного канала компрессора и впускного канала, а также контроллером с машиночитаемыми инструкциями для индикации ухудшения состояния перепускного клапана компрессора, исходя из фактического значения температуры, измеренного датчиком температуры, сопоставляемого с расчетной температурой приточного воздуха, причем расчетная температура приточного воздуха зависит от изменения потребности в наддуве. Компрессор приводится в действие турбиной, работающей на отработавших газах, и система дополнительно содержит регулятор давления наддува, подсоединенный параллельно компрессору, причем контроллер предусматривает дополнительные инструкции для закрытия регулятора давления наддува в ответ на индикацию застопоривания перепускного клапана компрессора в открытом положении.
Дополнительно или в качестве альтернативного варианта, индикация может предусматривать индикацию застопоривания перепускного клапана компрессора в открытом положении, исходя из того факта, что фактическое значение температуры выше расчетного значения температуры, когда изменение в потребности в наддуве соответствует нажатию педали акселератора и индикацию застопоривания перепускного клапана компрессора в закрытом, положении, исходя из того факта, что фактическое значение температуры ниже расчетного значения температуры, когда изменение в потребности в наддуве соответствует отпусканию педали акселератора.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Способы и последовательности управления, раскрытые в данном документе, могут сохраняться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться системой управления, включая контроллер совместно с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные последовательности, раскрываемые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут пропускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии.
Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны разнообразные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.