СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR OPERATION OF ENGINE SYSTEM (OPTIONS) AND ENGINE SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе и способу уменьшения заклинивания лопастей турбонагнетателя с переменной геометрией.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели с наддувом могут давать ряд преимуществ, таких как пониженные выбросы и повышенная эффективность использования топлива, по сравнению с безнаддувными двигателями, имеющими сходную выходную мощность. Более того, двигатели с наддувом могут быть более легкими, чем безнаддувные двигатели, имеющие сходную выходную мощность. Как результат, эффективность транспортного средства повышается, когда двигатели подвергаются наддуву устройствами, такими как турбонагнетатель.
Однако турбонагнетатели могут испытывать запаздывание в определенных условиях работы, таких как нажатие педали акселератора, запуск, и т.д. Запаздывание понижает выходную мощность двигателя и задерживает реакцию на дроссель, оказывая влияние на рабочие характеристики транспортного средства и снижая удовлетворенность потребителя. Более того, турбонагнетатели с неподвижными лопастями могут иметь размер для эффективной работы только в ограниченных диапазонах скоростей вращения двигателя, тем самым, снижая эффективность работы двигателя. Более точно, некоторые турбонагнетатели могут иметь пороговую скорость вращения, ниже которой компрессор выдает ничтожно малый наддув в двигатель. Поэтому, когда двигатель работает ниже пороговой скорости вращения, рабочие характеристики двигателя могут ухудшаться.
В US 6,418,719 (МПК F01D17/16, F02B37/00, опубл. 16.07.2002) раскрыт турбонагнетатель с переменной геометрией (VGT) и систему управления для регулировки VGT, чтобы формировать требуемую величину противодавления в двигателе. Более точно, разность между требуемым и измеренным противодавлением выхлопных газов используется для определения регулировки VGT в системе управления, описанной в US 6,418,719.
Однако, авторы выявили несколько недостатков у системы VGT, раскрытой в US 6,418,719. Например, лопасти в VGT могут становиться заклиненными в некоторых условиях работы, таких как торможение двигателем, выполняемое посредством VGT. Как результат, вероятность повреждения двигателя может повышаться вследствие повышенного давления на впуске турбины и повышенного давления в цилиндре, обусловленного потерей контроля над давлением во впускном коллекторе. Более того, неисправная работа лопастей VGT также может приводить к нежелательному формированию противодавления. Как результат, рабочие характеристики двигателя могут подвергаться отрицательному влиянию.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы в материалах настоящего описания выявили вышеприведенные проблемы и разработали способ работы системы двигателя.
В одном из аспектов предложен способ работы системы двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
перемещают множество лопастей в турбонагнетателе с переменной геометрией к закрытому положению в ответ на отпускание педали акселератора;
перемещают клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR) из полностью закрытого положения к открытому положению в ответ на нажатие педали акселератора, причем клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с подсистемой выпуска выше по потоку от турбины; и
перемещают множество лопастей на основании запрошенного водителем крутящего момента.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых перемещают множество лопастей на основании температур двигателя и скорости вращения двигателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором закрытое положение множества лопастей является конфигурацией лопастей в турбине, при котором поток газа по существу прекращен через турбину.
В одном из вариантов предложен способ, в котором нажатие педали акселератора включает в себя этап, на котором открывают дроссельный клапан в подсистеме впуска двигателя, а отпускание педали акселератора включает в себя этап, на котором закрывают дроссельный клапан.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых, после перемещения множества лопастей на основании запрошенного водителем крутящего момента, регулируют клапан EGR на основании одного или более из температур двигателя, скорости вращения двигателя и нагрузки двигателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором этап перемещения множества лопастей турбонагнетателя с переменной геометрией осуществляют при прекращении запроса на ускорение от устройства ввода.
В одном из вариантов предложен способ, в котором перемещение множества лопастей на основании запрошенного водителем крутящего момента включает в себя этап, на котором осуществляют регулирование по замкнутому контуру абсолютного давления во впускном коллекторе на основании скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя и температур двигателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с впускным коллектором ниже по потоку от компрессора в турбонагнетателе.
В одном из дополнительных аспектов предложена система двигателя, содержащая:
турбонагнетатель с переменной геометрией, содержащий компрессор, расположенный в подсистеме впуска в сообщении по текучей среде с двигателем, и турбину, расположенную в подсистеме выпуска в сообщении по текучей среде с двигателем, причем турбина содержит множество лопастей;
клапан EGR в сообщении по текучей среде с подсистемой выпуска выше по потоку от турбины и подсистемой впуска;
дроссель, расположенный в подсистеме впуска ниже по потоку от компрессора; и
систему управления, выполненную с возможностью, после перемещения множества лопастей в турбине турбонагнетателя к закрытому положению, перемещения клапана EGR из полностью закрытого положения к открытому положению в ответ на нажатие педали акселератора.
В одном из вариантов предложена система, в которой турбина не содержит перепускную заслонку для выхлопных газов.
В одном из вариантов предложена система, в которой клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с подсистемой впуска ниже по потоку от компрессора.
В одном из вариантов предложена система, в которой положения множества лопастей повышают и понижают давление на впуске турбины в системе выпуска.
В одном из вариантов предложена система, в которой двигатель использует дизельное топливо.
В одном из вариантов предложена система, в которой лопасти в турбонагнетателе с переменной геометрией управляются посредством электронного исполнительного устройства или гидравлического исполнительного устройства на моторном масле, управляемого электронным клапаном управления.
В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ работы системы двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
инициируют торможение двигателем посредством перемещения множества регулируемых лопастей в турбине турбонагнетателя с переменной геометрией к закрытому положению;
инициируют нажатие педали акселератора для прекращения торможения двигателем; и
перемещают в ответ на инициацию нажатия педали акселератора клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR) к открытому положению из полностью закрытого положения, причем клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с подсистемой выпуска выше по потоку от турбины.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых закрывают клапан EGR, когда регулирование абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) двигателя переводят обратно на регулирование по замкнутому контуру.
В одном из вариантов предложен способ, в котором нажатие педали акселератора включает в себя этап, на котором перемещают дроссель в подсистеме впуска в открытое положение из закрытого положения или возобновляют подачу топлива в цилиндр.
В одном из вариантов предложен способ, в котором нажатие педали акселератора запрашивается водителем.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых регулируют множество лопастей на основании по меньшей мере одного из запрошенного водителем крутящего момента и регулирования абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) двигателя по замкнутому контуру.
В одном из вариантов предложен способ, в котором инициирование торможения двигателем дополнительно включает в себя этап, на котором перемещают дроссель в закрытое положение или перекрывают подачу топлива в цилиндр.
Предложенный способ включает в себя этапы, на которых осуществляют перемещение множества лопастей в турбонагнетателе с переменной геометрией к закрытому положению в ответ на отпускание педали акселератора, а после перемещения множества лопастей к закрытому положению, перемещение клапана EGR из полностью закрытого положения к открытому положению в ответ на нажатие педали акселератора, клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с подсистемой выпуска выше по потоку от турбины. Способ дополнительно включает в себя, после перемещения клапана EGR к открытому положению, перемещение множества лопастей на основании запрошенного водителем крутящего момента температур двигателя и/или скорости вращения двигателя. Таким образом, EGR может использоваться для понижения давления на впуске турбины. Как результат, вероятность расклинивания лопастей турбины повышается, тем самым улучшая работу двигателя. Дополнительно, реализация торможения двигателем также снижает износ внешнего тормозного механизма в транспортном средстве, такого как фрикционные тормоза (то есть, дисковые тормоза), тем самым, повышая долговечность тормозной системы в транспортном средстве. Более того, работа EGR таким образом дает EGR возможность принимать на себя некоторые функциональные возможности перепускной заслонки для выхлопных газов, тем самым, давая перепускной заслонке для выхлопных газов возможность не включаться в состав системы турбонагнетателя, если необходимо. Как результат, себестоимость системы турбонагнетателя может быть снижена.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания. Дополнительно, вышеприведенные проблемы были выявлены авторами в материалах настоящего описания и не признаются известными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематичное изображение транспортного средства, имеющего двигатель и турбонагнетатель с переменной геометрией;
фиг. 2 показывает способ работы системы двигателя, имеющей турбонагнетатель с переменной геометрией;
фиг. 3 показывает способ работы системы двигателя, имеющей турбонагнетатель с переменной геометрией;
фиг. 4 показывает еще один способ работы системы двигателя, имеющей турбонагнетатель с переменной геометрией; и
фиг. 5 показывает график, иллюстрирующий перемещение педали акселератора, VGT и клапана EGR в зависимости от времени.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система и способ подавления неисправного функционирования турбонагнетателя с переменной геометрией, описаны в материалах настоящего описания. Более точно, предусмотрен способ, где клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR) открывается в ответ на нажатие педали акселератора, инициированное после события торможения двигателем, чтобы уменьшать аэродинамическую нагрузку на турбину. Перемещению лопастей из заклиненного положения в расклиненное положение может даваться возможность посредством открывания клапана EGR вследствие понижения давления на впуске турбины. Как результат, понижается вероятность повреждения двигателя, вызванного нежелательным противодавлением в двигателе и давлением внутри цилиндров двигателя. Более того, состояния ошибки бортовой диагностики (OBD), вызванные потерей контроля давления во впускном коллекторе, также могут избегаться, когда клапан EGR работает таким образом. Как результат, повышается долговечность двигателя, а также удовлетворенность потребителя. Более того, следует принимать во внимание, что способ может быть осуществлен в системе турбонагнетателя без перепускной заслонки для выхлопных газов или в системе, где перепускная заслонка для выхлопных газов не используется или не функционирует надлежащим образом. Следовательно, количество деталей в системе двигателя может уменьшаться, тем самым, уменьшая себестоимость двигателя, если необходимо.
Фиг. 1 схематично показывает аспекты примерной системы 100 двигателя, включающей в себя двигатель 10. Система 100 двигателя может быть включена в транспортное средство 102. В изображенном примере, двигатель является двигателем с наддувом, присоединенным к турбонагнетателю 13, включающему в себя компрессор, приводимый в движение турбиной 16. Компрессор 14 может быть механически присоединен к турбине 16 через пригодный механический компонент, такой как ведущий вал. Компрессор 14 выполнен с возможностью повышать давление всасываемого воздуха, чтобы выдавать наддув в двигатель 10. С другой стороны, турбина 16 выполнена с возможностью принимать выхлопные газы из двигателя и приводить в движение компрессор 14. Турбина 16 включает в себя множество лопастей 60. Лопасти 60 подвижны для изменения соотношения геометрических размеров турбины 16. Таким образом, турбина может указываться ссылкой как турбина с переменной геометрией (VGT). Таким образом, лопасти 60 подвижны для увеличения или уменьшения соотношения геометрических размеров турбины. Как результат, турбонагнетатель может регулироваться на основании условий работы двигателя (например, скорости вращения, нагрузки, и т.д.), чтобы уменьшать выбросы подаваемых газов двигателя и/или повышать выходную мощность двигателя. Исполнительное устройство 62 присоединено к множеству лопастей 60. Исполнительное устройство 62 выполнено с возможностью изменять положения множества лопастей 60. Исполнительное устройство может быть гидравлическим приводом, управляемым посредством соленоидного клапана давления на моторном масле в одном из примеров. В еще одном примере, исполнительное устройство 62 может быть электронным исполнительным устройством. В таком примере, исполнительное устройство 62 может находиться на электронной связи с контроллером 150.
Свежий воздух вводится по впускному каналу 42 в двигатель 10 через фильтр 12 и втекает в компрессор 14. Фильтр 12 может быть выполнен с возможностью удалять частицы из всасываемого воздуха. Интенсивность потока окружающего воздуха, который поступает в подсистему впуска через впускной канал 42, может регулироваться по меньшей мере частично посредством регулировки дросселя 20. Дроссель 20 включает в себя дроссельную заслонку 21. Дроссельная заслонка 21 является регулируемой для регулирования величины потока воздуха, выдаваемого в расположенные ниже по потоку компоненты (например, цилиндры 30). Дроссель 20 может быть на электронной связи с контроллером 150. Однако, в других примерах, таких как в случае двигателя с воспламенением от сжатия, дроссель может не быть включен в двигатель.
Компрессор 14 может быть любым пригодным впускным воздушным компрессором. В системе 10 двигателя, компрессор является компрессором турбонагнетателя, механически присоединенным к турбине 16 посредством вала (не показан), турбина 16 приводится в движение расширением выхлопных газов двигателя. В одном из примеров, турбонагнетатель может быть турбонагнетателем с изменяемой геометрией (VGT), где геометрия турбины может активно меняться в зависимости от скорости вращения и/или нагрузки двигателя. Как показано, турбина 16 включает в себя подвижные лопасти 60, которые являются регулируемыми посредством исполнительного устройства 62, подробнее обсужденного в материалах настоящего описания.
Транспортное средство 102 включает в себя подсистему 104 впуска, в том числе, впускной канал 42, фильтр 12, компрессор 14, охладитель 18 наддувочного воздуха, дроссель 20 и впускной коллектор 22. Подсистема 104 впуска дополнительно может включать в себя впускные клапаны (например, тарельчатые клапаны), присоединенные к камерам 30 сгорания. Подсистема 104 впуска находится в сообщении по текучей среде с двигателем 10. Более точно, подсистема 104 впуска выполнена с возможностью выдавать всасываемый воздух в камеры 30 сгорания.
Транспортное средство 102 дополнительно включает в себя подсистему 106 выпуска. Подсистема 106 выпуска может включать в себя выпускной коллектор 36, турбину 16, устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов и выпускной трубопровод 35. Следует принимать во внимание, что система выпуска может включать в себя дополнительные компоненты, такие как выпускные клапаны, трубопроводы, глушители, и т.д.
Как показано на фиг. 1, компрессор 14 присоединен через охладитель 18 наддувочного воздуха к дросселю 20. Дроссель 20 присоединен к впускному коллектору 22 двигателя. Из компрессора, сжатый заряд воздуха течет через охладитель наддувочного воздуха и дроссельный клапан во впускной коллектор. Охладитель наддувочного воздуха, например, может быть теплообменником из воздуха в воздух или из воздуха в воду. В примере, показанном на фиг. 1, давление воздушного заряда внутри впускного коллектора считывается датчиком 24 давления воздуха в коллекторе (MAP). Перепускной клапан компрессора может быть нормально закрытым клапаном, выполненным с возможностью открываться в выбранных условиях работы, чтобы сбрасывать избыточное давление наддува. Например, перепускной клапан компрессора может открываться в условиях снижения скорости вращения двигателя для предотвращения помпажа компрессора. Однако, в других примерах, перепускной клапан компрессора может не быть включенным в систему двигателя, если необходимо.
Впускной коллектор 22 присоединен к ряду камер 30 сгорания через ряд впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания, кроме того, присоединены к выпускному коллектору 36 через ряд выпускных клапанов (не показаны). В изображенном примере, показан одиночный выпускной коллектор 36. Однако, в других примерах, выпускной коллектор может включать в себя множество секций выпускного коллектора. Конфигурации, имеющие множество секций выпускного коллектора могут давать выходящему потоку из разных камер сгорания возможность направляться в разные местоположения в системе двигателя.
Камеры 30 сгорания могут питаться одним или более видов топлива, таких как бензин, спиртовые топливные смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ. Поэтому, следует принимать во внимание, что двигатель может использовать любое из вышеуказанных видов топлива. Топливо может подаваться в камеры сгорания через топливную форсунку 66. В изображенном примере, топливная форсунка 66 сконфигурирована для непосредственного впрыска, хотя, в других примерах, топливная форсунка 66 может быть сконфигурирована для впрыска во впускной канал или впрыска через корпус дроссельного клапана. Кроме того, каждая камера сгорания может включать в себя одну или более топливных форсунок разных конфигураций, чтобы давать возможность каждому цилиндру принимать топливо посредством непосредственного впрыска, впрыска во впускной канал, впрыска через корпус дроссельного клапана или их комбинации. В камерах сгорания, сгорание может инициироваться посредством искрового зажигания и/или воспламенения от сжатия. Топливная форсунка может находиться в сообщении по текучей среде с топливным баком (не показан), выполненным с возможностью хранить топливо. Топливная форсунка и топливный бак могут быть включены в систему подачи топлива, которая дополнительно может включать в себя один или более насосов, фильтров, клапанов, и т.д. В случае двигателя с искровым зажиганием, устройства зажигания могут быть присоединены к камерам сгорания.
Выхлопные газы из выпускного коллектора 36 направляются в турбину 16, чтобы приводить в движение турбину. Поток из турбины, в таком случае, протекает через устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов. Вообще, одно или более устройств 70 снижения токсичности выхлопных газов могут включать в себя один или более каталитических нейтрализаторов доочистки выхлопных газов, выполненных с возможностью каталитически очищать поток выхлопных газов, тем самым, снижать количество одного или более веществ в потоке выхлопных газов. Например, один из каталитических нейтрализаторов доочистки выхлопных газов может быть выполнен с возможностью улавливать NOx из потока выхлопных газов, когда поток выхлопных газов обеднен, и восстанавливать захваченные NOx, когда поток выхлопных газов обогащен. В других примерах, каталитический нейтрализатор последующей обработки выхлопных газов может быть выполнен с возможностью делать непропорциональным NOx или избирательно восстанавливать NOx посредством восстанавливающего агента. В кроме того других примерах, каталитический нейтрализатор доочистки выхлопных газов может быть выполнен с возможностью окислять остаточные углеводороды и/или оксид углерода в потоке выхлопных газов. Разные каталитические нейтрализаторы доочистки выхлопных газов, имеющие любые такие функциональные возможности, могут быть расположены в тонких покрытиях или где-нибудь еще в каскадах доочистки выхлопных газов отдельно или вместе. В некоторых примерах, каскады доочистки выхлопных газов могут включать в себя регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливать и окислять частицы сажи в потоке выхлопных газов. Все или часть очищенных выхлопных газов из устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов могут выбрасываться в атмосферу через выхлопную трубу 35.
В зависимости от условий работы, часть выхлопных газов может подвергаться рециркуляции из выпускного коллектора 36, выше по потоку от турбины 16, во впускной коллектор 22, ниже по потоку от компрессора 14 через канал 51 EGR, через охладитель 50 EGR и клапан 52 EGR. Таким образом, может даваться возможность рециркуляции выхлопных газов высокого давления (HP-EGR). Работа HP-EGR обсуждена в материалах настоящего описания подробнее. Следует принимать во внимание, что охладитель 50 EGR может быть не включен в систему 100 двигателя в других примерах. Канал 51 EGR включает в себя вход 71, расположенный ниже по потоку от цилиндров 30 и выше по потоку от турбины 16. Более точно, вход 71 открывается в выпускной коллектор 36. Однако, предполагались другие пригодные расположения входа. Например, вход 71 может открываться в выпускной трубопровод выше по потоку от турбины 16. Канал 51 EGR дополнительно включает в себя выход 72, расположенный ниже по потоку от дросселя 20 и компрессора 14. Более точно, изображенный примерный выход 72 открывается во впускной коллектор 22. Однако, предполагались другие положения выхода. Например, выход 72 может открываться во впускной трубопровод ниже по потоку от компрессора 14 и/или дросселя 20.
В некоторых примерах, в дополнение к HP-EGR, также может быть дана возможность рециркуляции выхлопных газов низкого давления (LP-EGR), при которой часть очищенных выхлопных газов рециркулируется из выпускного трубопровода 35, ниже по потоку от турбины 16, во впускной канал 42, выше по потоку от компрессора 14, через канал EGR низкого давления и присоединенный в нем охладитель EGR и клапан EGR (не показаны). Клапан 52 EGR может открываться, чтобы впускать регулируемое количество охлажденных выхлопных газов во впускной канал выше по потоку от компрессора. Относительно длинный проток EGR в системе 10 двигателя, обеспечивает гомогенизацию выхлопных газов в заряде всасываемого воздуха. Кроме того, расположение точек отбора и смешивания EGR обеспечивает эффективное охлаждение выхлопных газов для повышенной имеющейся в распоряжении массы EGR и улучшенных рабочих характеристик.
Во время работы двигателя, поршень цилиндра постепенно перемещается вниз от ВМТ, доходя до самой нижней точки в НМТ к концу рабочего такта. Поршень затем возвращается вверх, в ВМТ, к концу такта выпуска. Поршень затем вновь перемещается обратно вниз, по направлению к НМТ, в течение такта впуска, возвращаясь в свое исходное верхнее положение в ВМТ к концу такта сжатия. Во время сгорания в цилиндре, выпускной клапан может открываться как только поршень доходит до нижней точки в конце рабочего такта. Выпускной клапан затем может закрываться, в то время как поршень завершает такт выпуска, оставаясь открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начался следующий такт впуска. Таким же образом, впускной клапан может открываться в или раньше начала такта впуска и может оставаться открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начался следующий такт сжатия. Следует принимать во внимание, что вышеприведенные циклы сгорания являются примерными, и предполагались другие циклы сгорания в двигателе.
Контроллер 150 может быть включен в транспортное средство 102. Контроллер 150 может быть выполнен с возможностью принимать сигналы с датчиков в транспортном средстве, а также отправлять командные сигналы в компоненты. Различные компоненты в транспортном средстве 102, системе 100 двигателя и двигателе 10 могут управляться, по меньшей мере частично, системой управления (например, электронной системой управления), включающей в себя контроллер 150, и входными сигналами от водителя 152 транспортного средства через устройство 154 ввода. В этом примере, устройство 154 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 156 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Контроллер 150 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя процессор 157 (например, микропроцессорный блок), порты 158 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве постоянного запоминающего устройства 160 (например, микросхемы памяти) в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 162, энергонезависимую память 164 и шину данных. Постоянное запоминающее устройство 160 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 157 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены. Контроллер 150 выполнен с возможностью отправлять сигнал на дроссель 20. Контроллер 150 также выполнен с возможностью отправлять сигнал на привод 62 лопастей турбины, топливную форсунку 66 и клапан 52 EGR. Таким образом, контроллер может отправлять сигнал на клапан EGR, чтобы регулировать (например, увеличивать или уменьшать) количество газа EGR, текущего через канал 51 EGR. Таким образом, контроллер 150 выполнен с возможностью регулировать количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры 30. Таким образом, количество дозированного топлива может выдаваться в цилиндры 30. Контроллер 150 также может принимать сигналы с датчика 24 MAP, датчика 25 массового расхода воздуха (MAF), расположенного выше по потоку от компрессора 14, датчика 126 давления, расположенного в выпускном коллекторе, датчика 128 состава выхлопных газов, расположенного ниже по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов, и/или датчика 129 температуры, присоединенного к двигателю.
Фиг. 1 также показывает электронную систему 170 управления, которая может быть любой электронной системой управления транспортного средства, в котором установлена система 100 двигателя. Электронная система управления может быть выполнена с возможностью выдавать команду открывания и закрывания лопастей 60 в турбине 16, выдавать команду открывания и закрывания клапана 52 EGR, и выдавать команду регулировки дросселя 20. В некоторых примерах, команды могут формироваться и/или отправляться посредством контроллера 150. Электронная система управления также может быть выполнена с возможностью давать команду открывания, закрывания и/или регулировки различных клапанов с электронным приводом в системе двигателя, таких как клапаны системы подачи топлива, например, как необходимо для ввода в действие любой из функций управления, описанных в материалах настоящего описания. Кроме того, для оценки условий работы в связи с функциями управления системы двигателя, электронная система управления может быть оперативно присоединена к множеству датчиков, расположенных по всей системе двигателя - датчикам расхода, датчикам температуры, датчикам положения педали, датчикам давления, и т.д.
Электронная система 170 управления может быть выполнена с возможностью перемещать множество лопастей 60 в турбине 16 в закрытое (например, полностью или частично закрытое) положение в ответ на отпускание педали акселератора. Следует принимать во внимание, что отпускание педали акселератора может инициироваться, когда отменен запрошенный водителем крутящий момент. Таким образом, торможение двигателем может быть осуществимо посредством турбины в некоторых условиях работы. Следует принимать во внимание, что торможение двигателем также может быть осуществимо в ответ на запрос торможения водителя. Запрос торможения водителя, например, может формироваться в ответ на взаимодействие водителя с тормозной педалью и/или выбираемый водителем переключатель. Система управления дополнительно может быть выполнена с возможностью, после (например, исключительно после) перемещения множества лопастей в турбине турбонагнетателя к закрытому положению, для перемещения клапана EGR из полностью закрытого положения в направлении открытого (например, полностью или частично открытого) положения в ответ на нажатие педали акселератора. Регулировка клапана EGR таким образом может повышать вероятность становления лопастей турбины расклиненными из заклиненного положения посредством уменьшения нарастания давления на впуске турбины, тем самым, улучшая работу турбонагнетателя. Дополнительно, вероятность повреждения у турбины и двигателя, вызванного состоянием избыточного давления, понижается, когда клапан EGR работает таким образом. Система управления дополнительно может быть выполнена с возможностью регулировать множество лопастей на основании запрошенного водителем крутящего момента после того (например, исключительно после того), как открыта EGR.
В одном из примеров, отпускание педали акселератора может быть отпусканием дросселя, где водитель отменил запрос крутящего момента, и дроссель перемещается в закрытое (например, полностью закрытое или частично закрытое) положение из открытого положения. Следует принимать во внимание, что отпускание дросселя может быть осуществимо в двигателе с искровым зажиганием. Дополнительно или в качестве альтернативы, отпускание педали акселератора может включать в себя прекращение впрыска топлива в двигателе в одном из примеров. В случае двигателя с воспламенением от сжатия, отпускание педали акселератора может включать в себя прекращение впрыска топлива и может не включать в себя регулировку дросселя. Кроме того, в одном из примеров, нажатие педали акселератора может быть нажатием дросселя, где дроссель открывается из закрытого положения и регулируется для поддержания стехиометрии. Дополнительно или в качестве альтернативы, нажатие педали акселератора может включать в себя возобновление впрыска топлива в двигателе. В случае двигателя с воспламенением от сжатия, нажатие педали акселератора может включать в себя возобновление впрыска топлива и может не включать в себя регулировку дросселя. Как описано выше, фиг. 1 показывает неограничивающий пример двигателя внутреннего сгорания. Следует понимать, что, в некоторых примерах, двигатель может иметь большее или меньшее количество цилиндров сгорания, распределительных клапанов, дросселей и компрессионных устройств, среди прочего. Примерные двигатели могут иметь цилиндры, расположенные в «V-образной» конфигурации, горизонтально оппозитной конфигурации, и т.д.
Фиг. 2 показывает способ 200 работы системы двигателя. Способ 200 может быть осуществим посредством системы двигателя, обсужденной выше со ссылкой на фиг. 1, или может быть осуществим посредством других пригодных систем двигателя. Более точно, способ 200 может быть осуществим посредством системы управления, такой как система 170 управления, показанная на фиг. 1, или других пригодных систем управления двигателем.
На этапе 202, способ включает в себя определение, осуществляется ли отпускание педали акселератора. Следует принимать во внимание, что отпускание педали акселератора может включать в себя прекращение регулировки дросселя и/или уменьшение впрыска топлива в двигателе. Следует принимать во внимание, что запрос отпускания педали акселератора может отправляться в систему двигателя (например, систему управления), когда водитель отменил запрос крутящего момента через устройство ввода, такое как педаль акселератора и/или управление скоростью транспортного средства по замкнутому контуру.
Если отпускание педали акселератора не осуществляется (Нет на этапе 202), способ заканчивается. Однако, в других случаях, способ может возвращаться на этапе 202, если отпускание педали акселератора не осуществляется. Если отпускание педали акселератора осуществляется (Да на этапе 202), способ переходит на этап 204. на этапе 204, способ включает в себя реализацию торможения двигателем посредством VGT в ответ на отпускание педали акселератора. Реализация торможения двигателем посредством VGT в ответ на отпускание педали акселератора может включать в себя, на этапе 205, перемещение множества лопастей в VGT к закрытому положению в ответ на отпускание педали акселератора. Таким образом, может быть осуществимо торможение двигателем посредством VGT. Кроме того, в некоторых примерах, может определяться, должно ли торможение двигателем реализовываться до этапа 204. Различные параметры могут учитываться при выполнении этого определения, такие как температуры двигателя, запросы торможения транспортного средства, скорость транспортного средства, и т.д.
На этапе 206, способ включает в себя определение, осуществляется ли нажатие педали акселератора. В одном из примеров, нажатие педали акселератора может инициироваться в ответ на запрос крутящего момента водителя, сформированный посредством устройства ввода (например, педали акселератора). Если определено, что нажатие педали акселератора не осуществляется (Нет на этапе 206), способ возвращается на этапе 206. Однако, в других примерах, способ может заканчиваться, если нажатие педали акселератора не осуществляется. Если нажатие педали акселератора осуществляется (Да на этапе 206), способ продвигается на этапе 208. на этапе 208, способ включает в себя перемещение клапана EGR из полностью закрытого положения к открытому положению (например, полностью открытого или частично открытого положения) в ответ на нажатие педали акселератора; клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с подсистемой выпуска выше по потоку от турбины. Таким образом, нарастание давления на впуске турбины, вызванное заклиненными лопастями турбины, может уменьшаться, понижая аэродинамическую нагрузку, тем самым, повышая вероятность становления лопастей турбины расклиненными. Как результат, работа турбины может улучшаться.
Затем, на этапе 210, способ включает в себя перемещение множества лопастей в VGT на основании запрошенного водителем крутящего момента. В одном из примеров, перемещение множества лопастей в VGT на основании запрошенного водителем крутящего момента включает в себя реализацию регулирования по замкнутому контуру абсолютного давления во впускном коллекторе на основании скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя и/или температур двигателя. Таким образом, в одном из примеров, множество лопастей в VGT также могут перемещаться на основании одного или более из температур двигателя и скорости вращения двигателя. Кроме того дополнительно, в одном из примеров, множество лопастей в VGT могут перемещаться на основании одного или более из запрошенного водителем крутящего момента, температур двигателя и скорости вращения двигателя. На этапе 212, способ включает в себя регулировку клапана EGR на основании одного или более из температур двигателя, скорости вращения двигателя и нагрузки двигателя.
Фиг. 3 показывает способ 300 работы системы двигателя. Способ может быть осуществим посредством системы двигателя, обсужденной выше со ссылкой на фиг. 1, или может быть осуществим посредством других пригодных систем двигателя. Более точно, способ 300 может быть осуществим посредством системы управления, такой как система 170 управления, показанная на фиг. 1, или других пригодных систем управления двигателем.
На этапе 302, способ включает в себя реализацию отпускания педали акселератора. Реализация отпускания педали акселератора может включать в себя перемещение дроссельной заслонки в дросселе в полностью закрытое положение из открытого положения. Следует принимать во внимание, что дроссель может иметь множество степеней открывания, а потому, множество открытых положений. Реализация отпускания педали акселератора дополнительно или в качестве альтернативы может включать в себя перекрытие подачи топлива в цилиндр в случае двигателя с воспламенением от сжатия.
Затем, на этапе 304, способ включает в себя перемещение множества лопастей в турбонагнетателе с переменной геометрией к закрытому положению в ответ на отпускание педали акселератора. В одном из примеров, лопасти находятся в турбине турбонагнетателя с переменной геометрией. В одном из примеров, закрытое положение множества лопастей является конфигурацией лопастей в турбине, где поток газа по существу запрещен через турбину. Кроме того, в одном из примеров, этап перемещения множества лопастей турбонагнетателя с переменной геометрией осуществляется, когда запрос на ускорение из устройства ввода прекращен.
На этапе 306, способ включает в себя реализацию нажатия педали акселератора. Реализация нажатия педали акселератора может включать в себя перемещение дроссельной заслонки в дросселе в открытое положение из полностью закрытого положения. Поэтому, в одном из примеров, нажатие педали акселератора включает в себя открывание дроссельного клапана в подсистеме впуска двигателя, а отпускание педали акселератора включает в себя закрывание дроссельного клапана. Более точно, в одном из примеров, нажатие педали акселератора включает в себя перемещение дроссельной заслонки в дросселе из закрытого положения к открытому положению, а отпускание педали акселератора включает в себя перемещение дроссельной заслонки в дросселе из открытого положения к закрытому положению. Следует принимать во внимание, что перемещение дросселя во время нажатия педали акселератора и отпускания педали акселератора может быть осуществимо в двигателе с искровым зажиганием. В случае двигателя с воспламенением от сжатия, отпускание педали акселератора может включать в себя прекращение подачи топлива в цилиндр(ы), а нажатие педали акселератора может включать в себя возобновление подачи топлива в цилиндр(ы).
На этапе 308, способ включает в себя после (например, только после) перемещения множества лопастей к закрытому положению, перемещение клапана EGR из полностью закрытого положения к открытому положению в ответ на нажатие педали акселератора, клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с подсистемой выпуска выше по потоку от турбины. В одном из примеров, клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с впускным коллектором ниже по потоку от компрессора в турбонагнетателе. Таким образом, нарастание давления на впуске турбины, вызванное заклиненными лопастями, может ослабляться посредством снижения аэродинамической нагрузки на лопастях. Посредством понижения давления на впуске турбины, возрастает вероятность становления лопастей расклиненными. Как результат, работа турбонагнетателя может улучшаться.
Затем, на этапе 310, способ включает в себя после (например, исключительно после) перемещения клапана EGR к открытому положению, перемещение множества лопастей на основании запрошенного водителем крутящего момента. Например, перемещение множества лопастей на основании запрошенного водителем крутящего момента включает в себя реализацию регулирования абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) по замкнутому контуру в зависимости от одного или более из температур двигателя, скорости вращения двигателя и нагрузки двигателя. На этапе 312, способ включает в себя, после (например, исключительно после) перемещения множества лопастей на основании запрошенного водителем крутящего момента, регулировку клапана EGR на основании одного или более из температуры двигателя, скорости вращения двигателя и нагрузки двигателя.
Фиг. 4 показывает способ 400 работы системы двигателя. Способ 400 может быть осуществим посредством системы двигателя, обсужденной выше со ссылкой на фиг. 1, или может быть осуществим посредством других пригодных систем двигателя. Более точно, способ 400 может быть осуществим посредством системы управления, такой как система 170 управления, показанная на фиг. 1, или других пригодных систем управления двигателем.
На этапе 402, способ включает в себя прием запроса отпускания педали акселератора. Запрос отпускания педали акселератора может формироваться и отправляться в систему управления в ответ на прекращение водителем запроса крутящего момента через устройство ввода, такое как педаль акселератора и/или регулирование скорости транспортного средства по замкнутому контуру. Следует принимать во внимание, что запрос отпускания педали акселератора может формироваться в ответ на входной сигнал водителя с педали акселератора и/или регулирование скорости транспортного средства по замкнутому контуру. Более точно, водитель может отменять запрос крутящего момента через педаль акселератора, чтобы инициировать отпускание педали акселератора, или регулирование скорости транспортного средства по замкнутому контуру может запрашивать отсутствие крутящего момента.
На этапе 404, способ включает в себя инициирование отпускания педали акселератора в ответ на прием запроса отпускания педали акселератора. Инициирование отпускания педали акселератора может включать в себя, на этапе 406, перемещение дроссельной заслонки в дросселе к полностью закрытому положению из открытого положения. В качестве альтернативы, в случае воспламенения от сжатия, отпускание педали акселератора может включать в себя перекрытие подачи топлива в цилиндр.
Затем, на этапе 408, способ включает в себя прием запроса торможения двигателем. На этапе 410, способ включает в себя инициирование торможения двигателем. Инициирование торможения двигателем может включать в себя на этапе 412 перемещение множества регулируемых лопастей в турбине турбонагнетателя с переменной геометрией к закрытому положению; Дополнительно, инициирование торможения двигателем также может включать в себя перемещение дросселя в закрытое положение и/или перекрытие подачи топлива в цилиндр.
На этапе 414, способ включает в себя прием запроса нажатия педали акселератора. В одном из примеров, нажатие педали акселератора включает в себя перемещение дросселя в подсистеме впуска в открытое положение из закрытого положения. В качестве альтернативы, в случае воспламенения от сжатия, подача топлива в цилиндр будет возобновляться, когда инициировано нажатие педали акселератора. Кроме того, в одном из примеров, нажатие педали акселератора запрашивается водителем.
На этапе 416, способ включает в себя инициирование нажатия педали акселератора для прекращения торможения двигателем. Таким образом, принимается во внимание, что торможение двигателем может прерываться в ответ на инициирование нажатия педали акселератора. Инициирование нажатия педали акселератора может включать в себя, на этапе 418, перемещение дроссельной заслонки в дросселе к открытому положению из полностью закрытого положения. В качестве альтернативы, в случае воспламенения от сжатия, нажатие педали акселератора может включать в себя возобновление подачи топлива в цилиндр. Затем, на этапе 420, способ включает в себя, в ответ на инициирование нажатия педали акселератора, перемещение клапана EGR к открытому положению, клапан EGR находится в сообщении по текучей среде с подсистемой выпуска выше по потоку от турбины.
На этапе 422, способ включает в себя закрывание клапана EGR, когда регулирование абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) двигателя переводится обратно на регулирование по замкнутому контуру. Затем, на этапе 424, способ включает в себя регулировку множества лопастей на основании по меньшей мере одного из запрошенного водителем крутящего момента, температур двигателя и скорости вращения двигателя. На этапе 426, способ может включать в себя регулировку клапана EGR на основании управления EGR по замкнутому контуру.
Фиг. 5 показывает график 500, иллюстрирующий перемещение педали акселератора, VGT и клапана EGR в зависимости от времени. Следует принимать во внимание, что педаль акселератора, VGT и клапан EGR могут быть устройством 154 ввода, турбиной 16 и клапаном 52 EGR, показанными на фиг. 1, в одном из примеров. Однако, в других примерах, могут использоваться другие пригодные устройства ввода, VGT и клапаны EGR. Дополнительно, следует принимать во внимание, что график 500 может быть связан со способами, раскрытыми на одной или более из фиг. 2-4. Ось Y включает в себя показания для скорости вращения двигателя, положения педали акселератора, положения турбины с переменной геометрией (VGT) и положения клапана рециркуляции выхлопных газов (EGR). Ось X представляет время, и время увеличивается с левой стороны по фиг. 5 к правой стороне по фиг. 5. Вертикальные метки T1-T2 представляют интересные моменты времени в течение последовательности.
Как показано, в момент T1 времени, педаль акселератора отпускается (например, не нажимается), тем самым, инициируя отпускание педали акселератора. Отпускание педали акселератора может приводить в действие приостановку впрыска топлива в двигателе и/или регулировки дросселя для двигателя. Поэтому, скорость вращения двигателя снижается соответствующим образом. Более точно, скорость вращения двигателя понижается до более низкого скорости вращения, но продолжает осуществлять вращение, так чтобы присутствовало торможение двигателем.
Дополнительно, в ответ на отпускание педали акселератора, лопасти VGT закрываются. Более точно, лопасти в VGT могут перемещаться в направлении закрытого (например, полностью закрытого) положения. Таким образом, торможение двигателем может улучшаться посредством VGT, повышающей насосную работу двигателя. Кроме того, в ответ на отпускание педали акселератора, клапан EGR может закрываться. Однако, в других примерах, клапан EGR может закрываться до отпускания педали акселератора. Следует принимать во внимание, что закрывание клапана EGR может включать в себя подавление потока газов EGR через клапан EGR.
После того, как двигатель замедляется в течение некоторого периода времени, педаль акселератора нажимается, инициируя нажатие педали акселератора в момент T2 времени. Нажатие педали акселератора приводит в действие возобновление впрыска топлива в двигателе и регулировку дросселя в случае двигателя с искровым зажиганием. Скорость вращения двигателя возрастает от более низкого скорости вращения до более высокого скорости вращения после нажатия педали акселератора.
Клапан EGR также открывается в ответ на нажатие педали акселератора. Через некоторое время (δ), VGT открывается. Таким образом, VGT может открываться в ответ на открывание клапана EGR. Открывание клапана EGR понижает давление на лопастях VGT. Следовательно, вероятность становления лопастей турбины заклиненными понижается, тем самым, улучшая работу двигателя.
Величина δ может меняться системой управления на основании некоторого количества условий работы двигателя, таких как давление наддува, скорость вращения двигателя, положение педали, давление воздуха в коллекторе, температура двигателя, температура окружающей среды, и т.д. Например, система управления может увеличивать δ в ответ на повышение скорости вращения двигателя в одном из примеров. Наоборот, δ может возрастать в ответ на снижение скорости вращения двигателя. В дополнительном примере, δ может возрастать в ответ на повышение абсолютного давления в коллекторе (MAP). С другой стороны, δ может убывать в ответ на понижение MAP. Кроме того, каждая из этих различных регулировок может использоваться полностью совместно и одновременно, так чтобы, по мере того, как условия работы, такие как скорость вращения двигателя и MAP, изменяются одновременно, задержка могла меняться соответствующим образом. Например, по мере того, как скорость вращения двигателя возрастает, и одновременно повышается MAP, δ может увеличиваться, хотя и на большую величину, чем если бы были повышающимися только одно из MAP и скорости вращения двигателя.
Следует принимать во внимание, что графики по фиг. 5 показывают различные операции, происходящие в соответствии с одной и той же временной последовательностью, и таким образом, происходящие во время одних и тех же условий работы в данное время. Кроме того, графики показывают, каким образом параметры поддерживаются (например, не изменяются), горизонтальными плоскими линиями во времени.
Следует принимать во внимание, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящего описания, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примеров, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные примеры не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего изобретения.