СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
EXHAUST GASES RECIRCULATION CONTROL METHOD AND SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам и системам для обеспечения рециркуляции выхлопных газов через линию рециркуляции компрессора, в том числе трубку Вентури.
Уровень техники
Системы двигателя могут быть оснащены устройством повышения мощности, например турбонагнетателем, для создания увеличенного заряда воздуха и повышения максимальной выходной мощности. В этом случае турбину вращают за счет энергии потока выхлопных газов, приводя в движение компрессор, который нагнетает увеличенный заряд воздуха на впуск двигателя. Для снижения токсичности выхлопных газов системы двигателя могут быть также оснащены системами рециркуляции выхлопных газов (EGR), при этом, по крайней мере, часть выхлопных газов будет рециркулировать через впуск двигателя. Например, система EGR может представлять собой систему EGR низкого давления (LP-EGR), которая обеспечивает рециркуляцию выхлопных газов из области ниже по потоку от газовой турбины в область выше по потоку от компрессора на впуске. Преимуществами EGR являются повышение степени разбавления в двигателе, снижение токсичности выхлопных газов и снижение расхода топлива, особенно при высоком уровне наддува двигателя.
Подача газов EGR (низкого давления) в область выше по потоку от компрессора требует уменьшения давления на впуске компрессора таким образом, чтобы выхлопные газы EGR могли быть втянуты из выпускной системы двигателя ниже по потоку от турбины. Низкое давление на выпускном отверстии компрессора создает разность давлений в канале EGR, что позволяет выполнить всасывание требуемого потока выхлопных газов EGR. Низкое давление на впускном отверстии компрессора может быть создано путем регулирования расхода через впускное отверстие компрессора с помощью дополнительного дросселя, известного как дроссель системы впуска воздуха (AIS). Пример такой системы с использованием нескольких дросселей раскрыт в документе US 8,161,746. Тем не менее существуют потенциальные проблемы такого способа. Например, низкое давление на впускном отверстии компрессора увеличивает вероятность помпажа компрессора. Кроме того, вероятность сокращения срока службы может возрасти в случае попадания масла из сальника вала турбонагнетателя в турбонагнетатель. Более того, необходимость в дополнительном дросселе увеличивает стоимость составных частей, а также усложняет осуществление согласованного управления дополнительным дросселем и главным дросселем на входе.
Раскрытие изобретения
Некоторые из вышеуказанных проблем могут быть решены путем использования способа эксплуатации двигателя, в котором: обеспечивают рециркуляцию сжатого воздуха из области ниже по потоку от охладителя воздуха турбонаддува ко впускному отверстию компрессора через трубку Вентури, и используют вакуум, создаваемый трубкой Вентури, для обеспечения рециркуляции EGR через впускное отверстие компрессора. Таким образом, рециркуляционный поток, проходящий через трубку Вентури, преимущественно может быть использован для создания вакуума для прохождения выхлопных газов EGR в точке перед компрессором, при этом также устраняя проблемы, связанные с помпажем.
Например, система двигателя может быть оснащена рециркуляционным каналом компрессора, через который рециркулирует охлажденный сжатый воздух из точки ниже по потоку от охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора с помощью рециркуляционного клапана компрессора с бесступенчатым регулированием (CRV). Трубка Вентури может быть расположена в рециркуляционном канале компрессора ниже по потоку от CRV таким образом, чтобы сжатый воздух рециркулировал во впускное отверстие компрессора после прохождения через трубку Вентури; причем поток создает вакуум в трубке Вентури. Канал EGR, содержащий клапан EGR с бесступенчатым регулированием для рециркуляции оставшихся выхлопных газов из выхлопной системы двигателя во впускное отверстие компрессора, может быть соединен с рециркуляционным каналом компрессора через трубку Вентури. Степень открытия CRV может быть отрегулирована для создания запаса по помпажу. Вакуум, создаваемый рециркуляционным потоком компрессора, уменьшающим помпаж, может быть преимущественно использован для увеличения разности давлений в канале EGR. Степень открытия клапана EGR затем может быть отрегулирована на основании степени открытия CRV (или уровня вакуума в трубке Вентури) для обеспечения необходимого расхода газов EGR. Например, при увеличении вакуума в трубке Вентури, создаваемого с помощью рециркуляционного потока компрессора, для обеспечения необходимого расхода газов EGR может потребоваться меньшая степень открытия клапана EGR.
Таким образом, расход газов EGR может быть увеличен с помощью вакуума, создаваемого рециркуляционным потоком компрессора. Благодаря прохождению газов EGR во впускное отверстие компрессора с помощью вакуума в трубке Вентури, потребность в регулировании расхода перед компрессором, в том числе необходимость в специальном дросселе, может быть уменьшена. Путем обеспечения прохождения газов EGR без необходимости в снижении давления на впускном отверстии компрессора может быть увеличен запас по помпажу. С помощью рециркуляционного потока компрессора, способствующего прохождению выхлопных газов EGR, одновременно обеспечивают управление помпажем и управление EGR. Общие преимущества системы EGR могут быть использованы в большем диапазоне рабочих режимов двигателя при одновременном улучшении рабочих характеристик двигателя с наддувом.
Следует понимать, что сущность изобретения приведена выше для представления в упрощенной форме отдельных принципов, которые далее изложены в подробном описании, и не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область использования которого однозначно определена формулой изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами реализации, которые устраняют недостатки, указанные выше или в любой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1-2 показаны варианты реализации системы двигателя с наддувом.
На Фиг. 3 показан вариант реализации трубки Вентури, соединенной с рециркуляционной системой компрессора по Фиг. 1-2.
На Фиг. 4 представлена высокоуровневая блок-схема способа, который может быть реализован в варианте по Фиг. 1, для регулирования прохождения охлажденного рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури для прохождения требуемого потока газов EGR.
На Фиг. 5 представлена высокоуровневая блок-схема способа, который может быть реализован в варианте на Фиг. 2, для регулирования прохождения охлажденного рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури для прохождения требуемого потока газов EGR.
На Фиг. 6 показан пример регулировки рециркуляционного потока компрессора, который может быть использован для обеспечения EGR в варианте реализации по Фиг. 1 в соответствии с изобретением.
На Фиг. 7 показан пример регулировки рециркуляционного потока компрессора, которая может быть использована для обеспечения EGR в варианте реализации по Фиг. 2 в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам для использования рециркуляционного потока компрессора для обеспечения прохождения газов системы EGR низкого давления в систему двигателя, аналогичную системе по Фиг. 1-2. Контроллер может выполнять программы управления, например программу по Фиг. 4-5, для регулирования количества охлажденного рециркуляционного потока компрессора, подаваемого из области ниже по потоку от охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора с помощью трубки Вентури (фиг. 3), на основании требуемого расхода газов системы EGR. При прохождении рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури в горловине трубки Вентури может быть создан вакуум. Созданный вакуум может быть использован для увеличения расхода газов EGR, всасываемых из канала EGR, соединенного с линией рециркуляции компрессора с помощью трубки Вентури. Пример регулировки рециркуляционного потока компрессора для обеспечения прохождения газов системы EGR описан со ссылкой на Фиг. 6-7. Таким образом, может быть подан поток карбюрированных газов EGR при увеличении запаса по помпажу.
На Фиг. 1-2 показаны возможные варианты реализации системы двигателя, оснащенной системой рециркуляционного потока компрессора и системой EGR. На Фиг. 1 схематично показаны аспекты примера системы 100 двигателя, включая двигатель 10. Двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, который содержит компрессор 114, приводимый в движение с помощью турбины 116. В частности, свежий воздух поступает по впускному каналу 42 в двигатель 42 через воздушный фильтр 112 и далее поступает в компрессор 114. Компрессор может представлять собой компрессор сжатого воздуха, например компрессор наддува с приводом от двигателя или карданного вала. Тем не менее в системе 100 двигателя компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 116 посредством вала 19; при этом турбина 116 приводится в движение за счет расширяющихся выхлопных газов двигателя. Компрессор и турбина могут быть соединены внутри турбонагнетателя с двойной улиткой. В другом варианте реализации турбонагнетатель может быть турбонагнетателем с изменяемой геометрией (VGT), в котором геометрия турбины активно изменяется в зависимости от скорости вращения двигателя.
Как показано на Фиг. 1, компрессор 114 соединен с дросселем 20 через охладитель 18 воздуха турбонаддува (САС) (далее также называемый промежуточным охладителем). Дроссель 20 соединен с впускным коллектором 22 двигателя. Из компрессора заряд сжатого воздуха поступает через охладитель 18 воздуха турбонаддува и дроссель во впускной коллектор. Охладитель воздуха турбонаддува может быть, например, воздухо-воздушным или водовоздушным теплообменником. В варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг. 1, давление заряда воздуха внутри впускного коллектора может быть измерено датчиком 124 давления воздуха в коллекторе (MAP). Поскольку поток, проходящий через компрессор, может нагревать сжатый воздух, САС 18 установлен ниже по потоку таким образом, что заряд воздуха турбонаддува может быть охлажден до поступления на впуск двигателя.
Один или несколько датчиков могут быть соединены с впускным отверстием компрессора 114. Например, датчик 55 температуры может быть установлен на впускном отверстии для определения температуры на впуске компрессора, а датчик 56 давления может быть установлен на впускном отверстии для определения давления на впуске компрессора. В качестве другого примера датчик 57 влажности может быть установлен на впускном отверстии для определения влажности заряда воздуха, поступающего в компрессор. Кроме того, могут быть установлены другие датчики, например датчики воздушно-топливного соотношения и т.д. В качестве других примеров один или несколько параметров на впуске компрессора (например, влажность, температура, давление и т.д.) могут быть определены на основе условий работы двигателя. Кроме того, при работающей системе EGR датчики могут определять температуру, давление, влажность и воздушно-топливное соотношение в смеси заряда воздуха, включающей в себя приточный воздух, рециркуляционный сжатый воздух и оставшиеся выхлопные газы, поступающие во впускное отверстие компрессора.
При определенных условиях, например, во время отпускания педали газа, при переходе из режима работы двигателя с наддувом в режим работы без наддува, может произойти помпаж компрессора. Это происходит из-за увеличенной разности давлений в компрессоре при закрытии дросселя во время отпускания педали газа. Увеличенная разность давлений уменьшает прямой поток через компрессор, вызывая помпаж и ухудшение рабочих характеристик турбонагнетателя. Кроме того, помпаж может привести к ухудшению характеристик шума, вибрации и низкочастотных колебаний (NVH), например нежелательному шуму во впускной системе двигателя. Для стравливания давления наддува и уменьшения помпажа компрессора, по крайней мере, часть заряда воздуха, сжатого компрессором 114, может быть повторно подана на впускное отверстие компрессора. Это позволит практически сразу стравить чрезмерное давление наддува. Рециркуляционная система компрессора может включать в себя рециркуляционный канал 70 компрессора для рециркуляции охлажденного сжатого воздуха из выпускного отверстия компрессора ниже по потоку относительно охладителя 18 воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора.
В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть использован дополнительный рециркуляционный канал (не показан) компрессора для рециркуляции неохлажденного (или теплого) сжатого воздуха из выпускного отверстия компрессора выше по потоку относительно охладителя 18 воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора. Кроме того, как подробно будет описано со ссылкой на фиг. 2, для рециркуляции охлажденного сжатого воздуха из точки ниже по потоку относительно САС 18 во впускное отверстие компрессора в дополнение к (первому) рециркуляционному каналу 70 компрессора может быть использован второй рециркуляционный канал компрессора. В случае использования обеих линий рециркуляции охлажденного сжатого воздуха одна из них может быть использована для управления газами EGR, а другая - для управления наддувом или помпажем, как подробно изложено далее.
Рециркуляционный клапан 72 компрессора (CRV) может быть соединен с рециркуляционным каналом 70 компрессора для управления величиной расхода охлажденного потока в компрессоре, рециркулирующего во впускное отверстие компрессора. В описываемом варианте CRV 72 может представлять собой клапан с бесступенчатым регулированием, который может быть плавно установлен в любое положение в полностью закрытое положение, полностью открытое положение или промежуточное положение между ними. CRV 72 может быть расположен в канале 70 ниже по потоку относительно САС 18 и выше по потоку относительно впускного отверстия трубки 74 Вентури (например, в месте соединения канала 70 и выпускного отверстия САС 18). Положение CRV 72 может быть отрегулировано во время работы двигателя с наддувом для увеличения максимальной производительности и обеспечения запаса по помпажу. В одном варианте осуществления CRV может быть оставлен закрытым во время работы двигателя с наддувом для того, чтобы уменьшить время реакции на изменение наддува и увеличить максимальную производительность. В другом варианте реализации CRV может быть оставлен частично открытым во время работы двигателя с наддувом для того, чтобы обеспечить определенный запас по помпажу, в частности, увеличить запас для слабого помпажа. При сигнале о помпаже (например, сильном помпаже) степень открытия клапана может быть увеличена. Степень открытия CRV может быть основана на сигнале о помпаже (например, степень сжатия компрессора, расход газа через компрессор, разность давлений в компрессоре и так далее). Например, степень открытия CRV может быть увеличена (например, клапан может быть переведен из полностью закрытого положения или частично открытого положения в полностью открытое положение) при сигнале о помпаже.
Трубка 74 Вентури может быть соединена с рециркуляционным каналом 70 компрессора ниже по потоку относительно выпускного отверстия охладителя воздуха турбонаддува и ниже по потоку относительно рециркуляционного клапана 72 компрессора. Таким образом, рециркуляционный поток компрессора может быть направлен в трубку Вентури. Регулирование степени открытия CRV 72 позволяет направить различный объем рециркуляционного потока компрессора из охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора через трубку 74 Вентури. В других вариантах осуществления изобретения может быть использован аспиратор. Подробное описание варианта осуществления трубки 74 Вентури приведено со ссылкой на фиг. 3. В данном случае коническая форма трубки Вентури в горловине трубки позволяет ограничить прохождение потока, что создает «эффект Вентури» (или «эффект Бернулли»), Таким образом, рециркуляционный поток компрессора, проходящий через трубку Вентури, может создать область низкого давления (или вакуум) в горловине трубки Вентури. В предпочтительном варианте вакуум может быть использован для прохождения газов EGR во впускное отверстие компрессора и далее в двигатель, что позволит увеличить расход газов EGR, как описано далее.
Помпаж также можно уменьшить за счет снижения давления на выпуске турбины 116. Например, исполнительный механизм 92 перепускной заслонки может открывать клапан для стравливания, по крайней мере, части давления на выпуске из точки выше по потоку относительно турбины в точку ниже по потоку относительно турбины посредством перепускной заслонки 90. Путем снижения давления на выпуске выше по потоку относительно турбины скорость вращения турбины может быть уменьшена, что, в свою очередь, способствует уменьшению помпажа компрессора. Однако из-за динамических характеристик наддува в перепускной заслонке регулировка рециркуляционного клапана компрессора может быстрее привести к уменьшению помпажа по сравнению с регулировкой перепускной заслонки.
Впускной коллектор 22 соединен с несколькими камерами 30 сгорания посредством нескольких впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 36 посредством нескольких выпускных клапанов (не показаны), В изображенном варианте осуществления изобретения показан один выпускной коллектор 36. Тем не менее в других вариантах осуществления изобретения выпускной коллектор может включать в себя множество секций. Конфигурации со множеством секций выпускного коллектора могут обеспечить то, что поток из разных камер сгорания будет направлен в различные места в системе двигателя.
В одном варианте реализации как впускные клапаны, так и выпускные клапаны могут иметь электронный исполнительный механизм и управление. В другом варианте осуществления изобретения как впускные клапаны, так и выпускные клапаны могут иметь исполнительный механизм и управление от кулачков. Вне зависимости от типа привода моменты открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов могут быть отрегулированы при необходимости для обеспечения требуемого сгорания и контроля содержания выхлопных газов.
В камеры 30 сгорания через форсунку 66 может быть подан один или несколько видов топлива, например бензин, смеси спиртового топлива, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и так далее. Топливо может быть подано в камеры сгорания путем прямого впрыска, впрыска во впускной канал, впрыска в корпус дроссельных заслонок или сочетанием указанных способов. В камерах сгорания процесс сгорания может быть начат с помощью искрового зажигания и (или) воспламенения от сжатия.
x
x
x
x
Как показано на фиг. 1, выхлопные газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора направляются в турбину 116 для привода турбины. Когда необходимо уменьшить крутящий момент турбины, некоторое количество выхлопных газов может быть направлено в перепускную заслонку 90 в обход турбины. Объединенный поток из турбины и перепускной заслонки далее поступает в устройство 170 снижения токсичности выхлопных газов. Как правило, одно или несколько устройств 170 снижения токсичности выхлопных газов могут включать в себя один или несколько катализаторов последующей обработки выхлопных газов, используемых для каталитической обработки потока выхлопных газов и снижения содержания одного или нескольких веществ в потоке выхлопных газов. Например, один катализатор последующей обработки выхлопных газов может быть предназначен для улавливания NO из потока выхлопных газов при потоке бедных выхлопных газов и уменьшения улавливаемого NO при потоке богатых выхлопных газов. В других вариантах осуществления катализатор последующей обработки выхлопных газов может быть предназначен для диспропорционирования NO или выборочного уменьшения содержания NO с помощью восстановителя. В других вариантах осуществления катализатор последующей обработки выхлопных газов может быть предназначен для окисления остаточных углеводородов и (или) оксида углерода в потоке выхлопных газов. Различные катализаторы последующей обработки выхлопных газов с любой из названных функций могут по отдельности или совместно быть расположены на покрытии из реактивной грунтовки или в другом участке последующей обработки выхлопных газов. В некоторых вариантах осуществления изобретения на участках последующей обработки выхлопных газов могут быть использованы регенерируемый сажевый фильтр, предназначенный для улавливания и окисления сажевых частиц в потоке выхлопных газов.
Все или часть выхлопных газов, прошедших такую обработку, могут быть выпущены из устройства 170 снижения токсичности выхлопных газов в атмосферу через выпускной трубопровод 35. Тем не менее в зависимости от условий работы часть оставшихся выхлопных газов может быть направлена в канал 50 EGR через охладитель 51 EGR и клапан 52 EGR и далее во впускное отверстие компрессора 114. Клапан 52 EGR может быть открыт для обеспечения поступления регулируемого количества охлажденных выхлопных газов во впускное отверстие компрессора для выполнения необходимого сжигания и контроля состава выхлопных газов. Таким образом, система 10 двигателя приспособлена для обеспечения внешней EGR низкого давления (LP) отвода выхлопных газов из точки ниже по потоку относительно турбины 116. Клапан 52 EGR может представлять собой клапан с бесступенчатым регулированием в варианте осуществления изобретения с фиг. 1. В другом примере, в варианте реализации клапана 52 EGR с фиг. 2, клапан может представлять собой двухпозиционный клапан. Вращение компрессора в дополнение к относительно долгому пути прохождения выхлопных газов системы LP-EGR в системе 10 двигателя обеспечивает превосходную однородность выхлопных газов в заряде всасываемого воздуха. Кроме того, расположение точек отбора и смешивания EGR обеспечивает эффективное охлаждение выхлопных газов для увеличения имеющейся массы EGR и улучшения работы. В других вариантах осуществления изобретения система двигателя может также включать в себя линию EGR высокого давления, при этом выхлопные газы могут быть всасываться из точки ниже по потоку относительно турбины 116 и рециркулировать во впускной коллектор двигателя ниже по потоку относительно компрессора 114.
Охладитель 51 EGR может быть соединен с каналом 50 EGR для обеспечения охлаждения газов EGR, подаваемых в компрессор. Кроме того, в канале 50 EGR могут быть установлены один или несколько датчиков, которые предоставляют данные о составе и состоянии газов EGR. Например, датчик температуры может определять температуру газов EGR, датчик давления может определять давление газов EGR, датчик влажности может определять влажность или содержание воды в газах системы EGR, а датчик 54 воздушно-топливного соотношения может определять воздушно-топливное соотношение в газах системы EGR. В качестве альтернативы условия EGR могут быть определены с помощью одного или нескольких датчиков 55-57 температуры, давления, влажности и воздушно-топливного соотношения, установленных на впускном отверстии компрессора. Степень открытия клапана EGR может быть отрегулирована на основании условий работы двигателя и условий EGR для обеспечения требуемой степени разбавления в двигателе. В одном примере осуществления изобретения клапан 52 EGR может также представлять собой клапан с бесступенчатым регулированием. Как показано, в качестве альтернативы клапан может представлять собой двухпозиционный клапан.
Канал 50 EGR соединен (или объединен) с рециркуляционным каналом 70 компрессора в точке выше по потоку относительно трубки 74 Вентури. В частности, выпускное отверстие канала 50 EGR имеет соединение непосредственно в точке выше по потоку относительно впускного отверстия трубки 74 Вентури. В одном примере осуществления изобретения клапан 53 EGR может быть установлен на трубку 74 Вентури. Это позволяет достичь нескольких преимуществ. Во-первых, рециркуляционный поток компрессора, проходящий через трубку 74 Вентури, может быть использован для создания вакуума в горловине трубки 74 Вентури, а вакуум может быть использован для усиления прохождения газов EGR из канала EGR во впускное отверстие компрессора. Всасывание газов EGR с помощью вакуума, создаваемого в трубке Вентури (посредством рециркуляционного потока компрессора), устраняет необходимость в значительном снижении давления на впуске компрессора (например, посредством регулирования расхода во впускное отверстие компрессора). Это не только устраняет необходимость в дополнительных элементах, например, в дополнительной дроссельной заслонке перед компрессором, но и уменьшает вероятность помпажа компрессора (который может быть вызван резким падением давления на впуске компрессора).
Кроме того, путем регулирования величины расхода рециркуляционного воздуха компрессора степень вакуума, создаваемого в трубке Вентури, может быть изменена, что вызовет изменение в объеме газов EGR, всасываемых в рециркуляционный канал компрессора и поступающих во впускное отверстие компрессора. Путем согласования открытия клапана EGR с открытием CRV может быть достигнут требуемый расход газов EGR. Другими словами, возможен измеряемый контроль расхода газов EGR.
В этом случае изменение давления в горловине трубки Вентури может быть определено, как показано в формуле (I):
2
ΔР=V/2, где V - скорость рециркуляционного потока компрессора, проходящего через горловину трубки Вентури.
Сопротивление потока (F) всасываемой жидкости (в данном случае газов системы EGR низкого давления) соотносится с изменением давления, как показано в формуле (2):
1
2
ΔР=kF
2
2
1
Из формул (1) и (2) следует, что V/2=kF. Другими словами, при увеличении расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, возрастает скорость прохождения газов EGR. Таким образом, путем регулирования расхода рециркуляционного потока компрессора при прохождении через трубку Вентури и регулирования положения клапана EGR может быть изменено количество газов EGR, поступающих во впуск двигателя. Кроме того, путем смешивания газов EGR с рециркуляционным потоком компрессора в рециркуляционном канале компрессора выше по потоку относительно впускного отверстия компрессора, может быть достигнута достаточная однородность смеси. При необходимости может быть также обеспечено достаточное обеднение газов EGR.
Контроллер может регулировать положение CRV 72 во время работы двигателя на основании условий работы двигателя для обеспечения требуемого расхода рециркуляционного воздуха компрессора, который создает требуемое давление на впуске дросселя и также ограничивает помпаж. При необходимости создания EGR контроллер может определить требуемый поток газов EGR (например, количество и (или) расход газов EGR) на основании условий работы двигателя. В этом случае требуемый поток газов EGR может быть обеспечен путем изменения давления на выпуске (которое вытесняет газы EGR в канал EGR). Разность давлений (также называемая перепадом давлений) в канале EGR, т.е. разность между давлением на выпуске рядом с впускным отверстием канала EGR и давление на впуске рядом с выпускным отверстием канала EGR, позволяет определить количество газов EGR, которое может быть подано при увеличении расхода газов EGR (при определенной степени открытия клапана EGR) по мере увеличения перепада давления. Изобретатели в данном описании установили, что при прохождении соответствующего рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури может быть создан дополнительный вакуум для увеличения перепада давления, что способствует прохождению газов EGR. В частности, за счет давления на выпуске, создаваемого соответствующим потоком через двигатель, и вакууму, создаваемому рециркуляционным потоком компрессора, газы EGR могут поступать в двигатель с требуемой скоростью потока газов EGR при согласованной регулировке открытия клапана 52 EGR и CRV 72. Проходящие газы EGR могут быть смешаны с рециркуляционным потоком компрессора до их поступления во впускное отверстие компрессора. Таким образом, газы системы LP-EGR могут быть поданы во впуск двигателя посредством вакуума, преимущественно созданного рециркуляционным потоком компрессора.
В варианте реализации по фиг. 1 степень открытия клапана 72 CRV может быть увеличена (например, клапан перемещен в полностью открытое положение) в ответ на сигнал о помпаже для быстрого стравливания чрезмерного давления наддува выше по потоку относительно компрессора, практически сразу увеличивая прямой поток через компрессор. Кроме того, степень открытия клапана 52 EGR может быть уменьшена соответствующим образом для поддержания расхода газов EGR.
При определенных условиях работы двигателя требования к EGR и требования к рециркуляционному потоку компрессора могут значительно изменяться. Например, может возникнуть необходимость в увеличении расхода рециркуляционного потока компрессора (например, для устранения помпажа) по сравнению с расходом газов EGR. Если рециркуляционный поток компрессора был подан через трубку Вентури со скоростью, требуемой для устранения помпажа, то на впуск двигателя может поступить большее количество газов EGR, чем это необходимо, что приведет к снижению стабильности горения в двигателе. С другой стороны, если рециркуляционный поток компрессора был подан через трубку Вентури со скоростью, необходимой для подачи газов EGR, то запас по помпажу может быть уменьшен, что ухудшит рабочие характеристики при наддуве.
Для устранения указанных проблем может быть использован альтернативный вариант 200 реализации системы двигателя, представленный на фиг. 2. В данном случае использованы два различных рециркуляционных канала 70 и 80 компрессора. Первый и второй каналы могут соединять выпускное отверстие САС и впускное отверстие компрессора, при этом каналы могут быть расположены параллельно друг другу. Первый рециркуляционный канал 70 компрессора может включать в себя трубку 74 Вентури и может быть соединен с каналом 50 системы EGR, как было сказано выше со ссылкой на фиг. 1, с целью обеспечения управления EGR. При этом второй рециркуляционный канал 80 компрессора может не включать в себя трубку 74 Вентури и может не соединяться с каналом 50 системы EGR с целью обеспечения независимого управления помпажем. В варианте реализации изобретения, представленном на фиг. 2, клапан 52 системы EGR может представлять собой двухпозиционный клапан. Степень открытия первого рециркуляционного клапана 72 компрессора в первом канале 70 может быть отрегулирована таким образом, чтобы обеспечить прохождение охлажденного сжатого воздуха через трубку Вентури со скоростью, которая образует достаточный вакуум для прохождения газов EGR и создает давление на выпуске при подаче газов EGR в двигатель с требуемым расходом потока газов EGR. При этом степень открытия второго клапана 82 во втором канале 80 может быть отрегулирована на основании потребности в наддуве двигателя и границы помпажа компрессора. Это позволит обеспечить независимое управление EGR и компрессором в случае помпажа компрессора.
Контроллер может определять требуемое количество и (или) расход газов EGR на основании условий работы двигателя. При необходимости обеспечения EGR клапан 52 системы EGR может быть перемещен во включенное положение (то есть в полностью открытое положение). На основании имеющегося давления на выпуске может быть определен перепад давлений, требуемый для создания необходимого потока газов EGR. Затем степень открытия CRV 72 может быть отрегулирована на основании требуемой разности давлений таким образом, чтобы в трубке Вентури был создан достаточный вакуум. Вакуум может быть использован для прохождения газов EGR, которые могут быть смешаны с рециркуляционным потоком компрессора до их поступления во впускное отверстие компрессора. Одновременно степень открытия CRV 82 может быть отрегулирована на основании потребности в наддуве и запаса по помпажу таким образом, чтобы создать требуемое давление наддува. Например, степень открытия CRV 82 может быть увеличена для увеличения запаса по помпажу компрессора, а положение CRV 72 будет оставлено прежним для обеспечения определенного расхода газов EGR. Таким образом, управление EGR и наддувом может быть выполнено одновременно посредством расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через два параллельных рециркуляционных канала компрессора.
Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления изобретения величина расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, может быть дополнительно отрегулирована на основании содержания воды или влажности в системе LP-EGR. Это связано с тем, что газы EGR содержат относительно большое количество воды и имеют относительно высокую точку росы, что делает газы системы LP-EGR, подаваемые во впуск двигателя в точке перед компрессором, подверженными конденсации. В частности, на основании условий EGR, условий работы двигателя и температуры на впуске компрессора в момент подачи газов EGR, конденсат может образоваться как на впускном отверстии компрессора, так и на выпускном отверстии охладителя воздуха турбонаддува. Например, при низкой температуре окружающей среды при смешивании влажных газов EGR с холодным приточным воздухом могут образоваться капли воды. При попадании капель воды на лопатки компрессора, вращающиеся на высокой скорости (например, 200000 об/мин и выше), может произойти повреждение лопаток. Кроме того, поскольку всасываемая вода замедляет скорость горения, то попадание воды в двигатель может увеличить вероятность пропуска зажигания. В таких условиях контроллер может отрегулировать (например, увеличить или уменьшить) требуемый расход газов EGR на основании риска конденсации. Например, для соответствия потребности в меньшем количестве газов EGR может быть увеличен расход рециркуляционного потока компрессора и (или) может быть увеличена степень открытия клапана системы EGR. При этом, если поток газов EGR имеет более высокую температуру, чем поток окружающего воздуха (из-за неэффективной работой САС), увеличение расхода газов EGR вместе с рециркуляцией может повысить температуру смеси воздуха и газов EGR, полученную в САС, на впускном отверстии компрессора и тем самым уменьшить конденсацию. В другом варианте осуществления изобретения расход рециркуляционного потока компрессора может быть уменьшен и (или) степень открытия клапана EGR может быть уменьшена. Это происходит из-за того, что повышение расхода газов EGR может увеличить концентрацию водяного пара, а также повысить температуру, а в некоторых диапазонах расхода газов EGR (как правило, 15-30% для бензинового двигателя) может даже привести к увеличению конденсации. Таким образом, расход газов EGR может быть отрегулирован в ответ на уровень вероятности возникновения конденсата.
Варианты 100 и 200 реализации системы двигателя могут также предусматривать систему 14 управления. Система 14 управления принимает данные от множества датчиков 16 (различные примеры которых указаны в данном описании изобретения) и отправляет управляющие сигналы на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых указаны в данном описании изобретения). Например, датчики 16 могут содержать датчик 126 выхлопных газов, расположенный выше по потоку относительно устройства снижения токсичности выхлопа, датчик 126 давления в коллекторе, датчик 128 температуры выхлопных газов, датчик 129 давления выхлопных газов, датчик 55 температуры на впуске компрессора, датчик 56 давления на впуске компрессора, датчик 57 влажности на впуске компрессора и датчик 54 газов EGR. Другие датчики, например дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного соотношения и состава могут быть установлены в различных местах в системе 100 двигателя. Данные исполнительные механизмы 81 могут включать в себя, например, дроссель 20, клапан 51 EGR, рециркуляционный клапан (клапаны) 72, 82 компрессора, исполнительный механизм 92 перепускной заслонки и топливную форсунку 66. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер может принимать входные сигналы от различных датчиков, обрабатывать входные сигналы и запускать различные исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные на основании инструкций или их кода, соответствующего одному или нескольким способам. Варианты способов управления приведены в данном описании изобретения со ссылкой на фиг. 4-5.
На фиг. 3 представлен возможный вариант 300 реализации трубки 74 Вентури с фиг. 1-2. В этом случае вариант представлен для стандартной трубки Вентури/аспиратора, обычно используемого для ускорения потока (снижения давления), смешивания двух потоков (рабочий рециркуляционный поток и вспомогательный поток, представляющий собой газы EGR) и замедления потока для восстановления динамического давления. Следует понимать, что пропорции и углы могут различаться в зависимости от значений давления и скорости основного и вспомогательного потоков.
Трубка 300 Вентури содержит горизонтальный канал 301 с сужающимся впускным отверстием 302, соединенным с впускным каналом и предназначенным для подачи потока охлажденного рециркуляционного потока компрессора из точки ниже по потоку относительно охладителя воздуха турбонаддува. Горизонтальный канал 301 может быть соединен с рециркуляционным каналом компрессора, например каналом 70 с фиг. 1-2. Горизонтальный канал 301 также содержит расширяющееся отверстие 305, соединенное с впускным каналом и предназначенное для подачи смеси охлажденного рециркуляционного воздуха компрессора и газов EGR во впускное отверстие компрессора. Выпускное отверстие 305 может иметь сечение расширяющегося конуса. Выпускное отверстие 305 может расширяться под углом в диапазоне от 5° до 15°. Поток может быть подан через впускное отверстие 302 и направлен к выпускному отверстию 305 посредством ограничителя 303 потока в области 304 горловины трубки Вентури. Диаметр выпускного отверстия 305 может быть таким же (как показано) или незначительно большим, чем диаметр впускного отверстия 302. Следует понимать, что пропорции и углы трубки Вентури могут отличаться в зависимости от значений давления и скорости основного и вспомогательного потоков.
При прохождении через ограничитель потока скорость рециркуляционного потока компрессора может быть изменена, что вызовет соответствующее изменение в давлении. В частности, скорость рециркуляционного потока компрессора может возрасти при прохождении через область горловины (по сравнению со скоростью потока до или после области горловины), что приведет к соответствующему падению давления, которое известно как вакуум в трубке Вентури. В этом случае размер ограничителя и скорость потока в точке выше по потоку относительно ограничителя определяет степень создаваемого вакуума. Также вакуум может быть создан на всасывающем отверстии 306. В данном конкретном случае использования вакуум предназначен для обеспечения прохождения газов системы EGR низкого давления в рециркуляционный канал компрессора и далее во впускное отверстие компрессора. Далее поток газов EGR, поступающий во впускное отверстие компрессора, может быть основан, по крайней мере, частично на степени вакуума. Таким образом, скорость потока рециркуляционного воздуха компрессора через трубку Вентури может определять аспирационный поток газов EGR. Путем использования рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, для усиления или увеличения расхода газов EGR во впускное отверстие компрессора, возможно управление EGR. Кроме того, степень вакуума может быть отрегулирована для обеспечения подачи карбюрированных газов EGR.
На фиг. 4 представлен вариант способа 400 для регулирования положения рециркуляционного клапана компрессора для подачи потока охлажденного рециркуляционного воздуха компрессора из точки ниже по потоку от охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора с помощью трубки Вентури и использования вакуума, созданного в трубке Вентури, для прохождения газов EGR во впускное отверстие компрессора. Благодаря этому можно усовершенствовать управление расходом газов EGR с помощью вакуума в трубке Вентури. В этом случае способ по фиг. 4 может быть использован для системы двигателя, изображенной в варианте реализации по фиг. 1.
На этапе 402 способа оценивают и/или измеряют условия работы двигателя. Измеряемые условия работы могут содержать, например, скорость вращения двигателя, потребность в крутящем моменте, уровень наддува, абсолютное давление в коллекторе, массовый расход воздуха, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора, условия окружающей среды (температура воздуха в коллекторе, атмосферное давление, влажность окружающей среды и т.д.) и так далее. На этапе 404 требуемый расход рециркуляционного потока компрессора определен на основании измеренных условий работы двигателя. Например, для управления давлением на впуске дросселя и ограничения помпажа компрессора может быть определен требуемый расход рециркуляционного потока компрессора. В этом случае величина рециркуляции сжатого воздуха, требуемая для ограничения помпажа компрессора, может быть основана на запасе по помпажу, при этом данная величина возрастает по мере уменьшения запаса по помпажу. На этапе 406 степень открытия рециркуляционного клапана компрессора (например, CRV 72 с фиг. 1) может быть отрегулирована на основании требуемого расхода рециркуляционного потока компрессора. Например, при повышении расхода рециркуляционного потока компрессора, требуемого для ограничения помпажа, степень открытия CRV 72 может быть увеличена. Как показано на фиг. 1, CRV может быть расположен в рециркуляционном канале компрессора, соединяющим выпускное отверстие охладителя воздуха турбонаддува с впускным отверстием компрессора. Таким образом, путем изменения степени открытия CRV 72 величина расхода охлажденного рециркуляционного потока компрессора, подаваемого во впускное отверстие компрессора, может быть изменена. Кроме того, поскольку CRV расположен в рециркуляционном канале компрессора выше по потоку относительно впускного отверстия трубки Вентури, то изменение степени открытия CRV и соответствующее изменение расхода рециркуляционного воздуха компрессора, проходящего через трубку Вентури, может повлиять на степень вакуума, создаваемого в трубке Вентури
На этапе 408 может быть определено, имеют ли место условия EGR, т.е. может быть определено, являются ли условия благоприятными для начала EGR. В одном варианте осуществления изобретения EGR может быть разрешена при определенных скорости вращения и нагрузке двигателя, например, при высоких значениях скорости вращения и нагрузке и при работе с высоким уровнем наддува.
При отсутствии условий для начала EGR на этапе 409 удерживают клапан EGR (например, клапан 52 EGR с фиг. 1) в закрытом положении. Кроме того, если система двигателя содержит дроссель AIS, расположенный выше по потоку от компрессора, то дроссель может быть оставлен открытым таким образом, чтобы не препятствовать попаданию воздушного потока в двигатель.
При наличии условий для начала EGR на этапе 410 определяют требуемый расход газов EGR на основании условий работы двигателя. Здесь предусмотрено определение требуемого количества газов EGR, а также расхода газов EGR (то есть скорости, с которой газы EGR должны быть доставлены во впуск двигателя, расход газов EGR определяется как общий расход газов EGR, разделенный на общий расход воздуха). Расход газов EGR может быть основан на таких условиях работы двигателя, как выброс выхлопных газов, температура двигателя и так далее. В этом случае газы EGR могут представлять собой газы системы LP-EGR, поступающие из точки ниже по потоку от турбины, работающей на выхлопных газах, через канал EGR, включая клапан EGR, во впуск двигателя выше по потоку от впускного компрессора (например, впускного отверстия компрессора). Как показано на фиг. 1, канал системы EGR может быть соединен с рециркуляционным каналом компрессора в трубке Вентури как с клапаном EGR, так и с CRV, расположенными (в своих соответствующих каналах) выше по потоку относительно впускного отверстия трубки Вентури. Как описано выше, путем регулирования степени открытия клапана EGR и на основании разности давлений в канале EGR, может быть изменено количество газов EGR, поступающих во впуск двигателя. Кроме того, с помощью, по крайней мере, части вакуума в трубке Вентури, расход всасываемых газов EGR может быть увеличен. Например, больший расход газов EGR может быть осуществлен во впуск двигателя при заданной степени открытия клапана системы EGR с помощью вакуума в трубке Вентури. В качестве альтернативы заданное количество газов EGR может быть подано при меньшей степени открытия клапана EGR с помощью вакуума в трубке Вентури.
На этапе 412 способа оценивают давление на выпуске из расхода в двигатель. Кроме того, уровень вакуума в трубке Вентури может быть вычислен на основе расхода рециркуляционного потока компрессора. В частности, давление на выпуске выше по потоку относительно впускного отверстия канала EGR может быть определено на основании условий расхода воздуха в двигатель, а величина вакуума может быть определена на основании расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури. В этом случае разность давлений (перепад давлений) в канале EGR, которая частично определяется давлением на выпуске, влияет на имеющийся расход газов EGR, при этом имеющийся расход газов EGR может быть увеличен по мере увеличения разности давлений (при повышении давления на выпуске). Расход газов EGR может быть также увеличен с помощью вакуума в трубке Вентури, то есть при меньшем перепаде давлений можно обеспечить больший расход газов EGR, благодаря вакууму в трубке Вентури, по сравнению с ситуацией без трубки Вентури. Поскольку степень вакуума в трубке Вентури прямо пропорциональна количеству расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, контроллер может вычислить имеющуюся степень вакуума в трубке Вентури (и соответствующее увеличение имеющегося расхода газов EGR) на основании расхода рециркуляционного потока компрессора, определенного на этапах 404-406.
На этапе 414 контроллер может определить требуемую степень открытия клапана EGR для управления расходом газов EGR при текущих условиях. В частности, может быть определена степень открытия клапана EGR, необходимая для обеспечения расхода газов EGR, на основании давления на выпуске и имеющегося вакуума в трубке Вентури. В этом случае для данного требуемого расхода газов EGR может быть необходима большая степень открытия клапана EGR при меньшем давлении на выпуске и/или имеющемся вакууме в трубке Вентури, в то время как меньшая степень открытия клапана газов EGR может быть необходима при большем давлении на выпуске и/или имеющемся вакууме в трубке Вентури. Таким образом, на основании давления на выпуске и имеющегося вакуума в трубке Вентури контроллер может определить степень открытия клапана EGR, необходимую для подачи газов EGR в двигатель с требуемым расходом. Клапан EGR может также представлять собой клапан с бесступенчатым регулированием, в котором положение клапана может быть отрегулировано в любое положение между и в том числе полностью закрытым положением и полностью открытым положением.
На этапе 416 определяют, находится ли требуемое положение клапана системы EGR в диапазоне положений клапана, то есть может быть определено, можно ли достигнуть необходимого расхода газов EGR при имеющемся перепаде давления и вакууме в трубке Вентури. Например, если степень открытия клапана EGR, необходимая для обеспечения требуемого уровня расхода газов EGR, равна 90% (то есть не превышает максимальный предел степени открытия (100%) клапана EGR), то может быть определено, что требуемый уровень расхода газов EGR может быть достигнут при текущем значении давления на выпуске и текущей степени вакуума в трубке Вентури. И наоборот, если степень открытия клапана EGR, требуемая для обеспечения необходимого уровня расхода газов EGR, равна 110% (то есть превышает максимальный предел степени открытия клапана EGR), то может быть определено, что требуемый уровень расхода газов EGR не может быть достигнут при текущем значении давления на выпуске и текущей степени вакуума, и что необходимы дополнительные действия для обеспечения требуемого расхода газов EGR.
Если положение клапана EGR, необходимое для обеспечения требуемого расхода газов EGR, не превышает предел положения клапана, то на этапе 418 программа предусматривает установку клапана EGR в определенное положение. Сюда может входить, например, регулировка рабочего цикла клапана EGR для требуемой установки клапана EGR. Если требуемое положение клапана EGR находится вне пределов положений клапана, то на этапе 420 способ предусматривает при наличии дросселя системы впуска воздуха (AIS) выше по потоку от компрессора закрытие дросселя AIS (или уменьшение степени открытия дросселя AIS). За счет закрытия дросселя AIS в клапане EGR может быть создан увеличенный перепад давлений для того, чтобы обеспечить требуемый расход газов EGR. При закрытии дросселя AIS программа может дополнительно быть возвращена на этап 412 для повторного определения имеющегося давления на выпуске и вакуума в трубке Вентури (и перепада давлений) и расчета положения клапана EGR, требуемого для регулирования расхода газов EGR до необходимого уровня. В этом случае из-за того, что перепад давлений был увеличен путем закрытия дросселя AIS, уточненное положение клапана EGR может находиться в пределах положений клапана EGR.
Если определенное положение клапана EGR находится вне предела положений клапана и в системе нет дросселя AIS, то на этапе 420 контроллер может установить клапан EGR в положение максимального расхода. Например, клапан EGR может быть полностью открыт. Хотя это позволяет создать наибольший расход газов EGR в текущих условиях, создаваемый расход газов EGR может быть меньше требуемого расхода газов EGR.
После установки клапанов EGR в определенные положения на этапах 418 и 420 способ переходит на этап 422, на котором выполняют рециркуляцию охлажденного сжатого воздуха из точки ниже по потоку от САС во впускное отверстие компрессора через трубку Вентури, расположенную в рециркуляционном канале компрессора. В этом случае CRV может быть установлен ниже по потоку от САС и выше по потоку от впускного отверстия трубки Вентури, практически рядом с точкой соединения рециркуляционного канала компрессора и выпускного отверстия САС. При прохождении рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури может быть предпочтительно использовано изменение скорости потока, проходящего через трубку Вентури, для создания вакуума в горловине трубки Вентури. Величина расхода рециркуляционного потока компрессора, подаваемого через трубку Вентури, может зависеть от степени открытия CRV и может соответствовать величине расхода рециркуляционного потока компрессора, требуемого для управления давлением на впуске дросселя и ограничения помпажа компрессора, ранее обнаруженного на этапах 404-406. На этапе 422 способ также предусматривает использование вакуума, созданного в горловине трубки Вентури, для прохождения газов EGR из канала EGR в рециркуляционный канал компрессора и из него во впускное отверстие компрессора. В этом случае канал EGR может быть соединен с рециркуляционным каналом компрессора посредством трубки Вентури или в точке непосредственно выше по потоку относительно трубки Вентури (например, во впускном отверстии трубки Вентури).
На этапе 424 способа смешивают всасываемые газы EGR с потоком рециркуляционного воздуха компрессора в трубке Вентури и выше по потоку от впускного отверстия компрессора. Смесь может быть подана во впуск двигателя через впускное отверстие компрессора. Газы EGR могут быть поданы в трубку Вентури при прохождении рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури, что обеспечит достаточную степень смешивания и однородности газов EGR и рециркуляционного воздуха компрессора по мере их прохождения в сторону впускного отверстия компрессора.
На этапе 426 может быть определено, обнаружен ли помпаж. При отсутствии признаков помпажа способ может быть завершен. Помпаж может возникнуть при отпускании педали газа из-за внезапного закрытия главного дросселя на впуске (после компрессора) в зависимости от внезапного снижения потребности в воздушном потоке в двигателе. Это приводит к созданию небольшой разности давлений в компрессоре. Контроллер может использовать график отношений давлений в компрессоре для того, чтобы определить, превышает ли расход воздуха в компрессоре предельное значение для помпажа (например, границу сильного помпажа или границу слабого помпажа) компрессора. При обнаружении помпажа могут быть отрегулированы степени открытия CRV и клапана EGR. В отношении системы двигателя, имеющей единственный CRV (например, клапан на фиг. 1), может быть предусмотрено увеличение степени открытия CRV для мгновенного уменьшения давления наддува ниже по потоку от входного отверстия компрессора. В одном варианте реализации CRV может быть перемещен в полностью открытое положение для обеспечения максимального расхода рециркуляционного потока компрессора через канал. За счет мгновенного снижения давления наддува от выпускного отверстия компрессора до впускного отверстия компрессора с помощью полного открытия CRV разность давлений в компрессоре может быть увеличена, что приведет к возрастанию прямого потока через компрессор. Кроме того, при полностью открытом CRV степень открытия клапана EGR может быть уменьшена соответствующим образом (из-за дополнительного созданного вакуума в трубке Вентури) для поддержания расхода газов EGR. В качестве альтернативы при увеличении степени открытия CRV клапан EGR может быть закрыт, временно останавливая подачу газов EGR, до устранения помпажа.
Следует понимать, что при выполнении регулировок CRV и клапана EGR в соответствии со способом с фиг. 4 положение впускного дросселя (расположенного ниже по потоку относительно компрессора) может быть отрегулировано на основе регулировок CRV и клапана EGR для поддержания требуемого воздушного потока, подаваемого в двигатель. Например, главный дроссель двигателя может быть установлен в положение, обеспечивающее требуемый расход в двигатель. Изменения давления и температуры на впуске дросселя могут привести к соответствующим изменениям угла дросселя для достижения требуемого расхода.
Таким образом, контроллер может обеспечить требуемый расход газов EGR путем регулирования степени открытия клапана EGR на основании разности давлений в канале EGR, при этом разность давлений основана на давлении на выпуске, создаваемом потоком в двигателе, и вакууме в трубке Вентури, создаваемым расходом рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури. Канал EGR и рециркуляционный канал компрессора могут быть соединены с помощью трубки Вентури как с клапаном EGR, так и с рециркуляционным клапаном компрессора, расположенными выше по потоку относительно впускного отверстия трубки Вентури. Регулировка может включать в себя уменьшение степени открытия клапана EGR для создания требуемого расхода газов EGR при увеличении вакуума в трубке Вентури, создаваемого расходом рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури, или уменьшение степени открытия клапана EGR для создания требуемого расхода газов EGR при повышении давления на впуске, создаваемого потоком из двигателя.
Регулировка может быть также основана на пределе степени открытия клапана EGR. Таким образом, контроллер может вычислить степень открытия клапана EGR, необходимую для создания требуемого расхода газов EGR, на основании давления на выпуске, создаваемого потоком из двигателя, и вакуума в трубке Вентури, создаваемого рециркуляционным потоком компрессора, проходящего через трубку Вентури, при этом поток в двигателе зависит от условий работы двигателя, включая требуемый крутящий момент, при этом рециркуляционный поток компрессора, проходящий через трубку Вентури, зависит от условий работы двигателя, включая запас по помпажу. При первом условии, когда вычисленная необходимая степень открытия клапана EGR не превышает предела степени открытия клапана EGR, клапан EGR может быть открыт на определенную величину, а газы системы LP-EGR могут быть направлены во впускное отверстие компрессора с помощью давления на выпуске и вакуума в трубке Вентури. И наоборот, при втором условии, когда вычисленная степень открытия клапана EGR превышает предельное значение степени открытия клапана EGR, клапан EGR может быть открыт и удержан в положении, соответствующем предельному значению степени открытия клапана EGR, а газы системы LP-EGR могут быть поданы на впускное отверстие компрессора с помощью имеющегося давления на выпуске и вакуума в трубке Вентури. Кроме того, при наличии дросселя для впуска воздуха, расположенной выше по потоку относительно впускного отверстия компрессора, она может быть закрыта для увеличения разности давлений в канале EGR.
В другом варианте реализации система двигателя содержит двигатель, имеющий впуск и выпуск, турбонагнетатель, содержащий турбину, работающую на выхлопных газах, приводимую в движение компрессором на впуске, охладитель воздуха турбонаддува, установленный ниже по потоку от компрессора, и рециркуляционный канал компрессора, содержащий первый клапан и трубку Вентури, причем канал соединяет выпускное отверстие охладителя воздуха турбонаддува с впускным отверстием компрессора, а трубка Вентури расположена ниже по потоку от первого клапана в канале. Система может также содержать канал EGR, имеющий второй клапан для рециркуляции оставшихся выхлопных газов в рециркуляционный канал компрессора ниже по потоку от трубки Вентури. Контроллер может содержать считываемые компьютером команды для регулирования степени открытия первого клапана на основании предела помпажа компрессора, а также регулировать степень открытия второго клапана на основании степени открытия первого клапана для того, чтобы обеспечить требуемый расход газов EGR. При этом как первый, так и второй клапаны могут представлять собой клапаны с бесступенчатым регулированием и степень открытия второго клапана может быть также основана на давлении на выпуске выше по потоку от впускного отверстия канала EGR. Регулирование может предусматривать увеличение степени открытия первого клапана в случае, если компрессор близок к границе помпажа, увеличение степени открытия первого клапана, создающее повышенный вакуум в трубке Вентури, и увеличение степени открытия второго клапана на основании степени вакуума в трубке Вентури для прохождения газов EGR из канала EGR во впускное отверстие компрессора, при этом газы EGR могут быть смешаны с рециркуляционным потоком компрессора выше по потоку от впускного отверстия компрессора.
Таким образом, расход рециркуляционного потока компрессора может быть отрегулирован таким образом, чтобы ограничить помпаж, в то время как подача рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури предпочтительно использована для создания вакуума для прохождения газов EGR. Путем регулирования степени открытия клапана EGR на основании величины расхода рециркуляционного потока компрессора, создающего имеющийся вакуум, может быть обеспечен требуемый расход газов EGR без необходимости в дополнительной регулировке давления на впуске компрессора. Например, при большем имеющемся расходе рециркуляционного потока компрессора, требуемый расход газов EGR может быть обеспечен за счет меньшей степени открытия клапана EGR. Также путем регулировки впускного дросселя на основании потребности в расходе газов EGR и имеющемся вакууме в трубке Вентури расход газов EGR может быть дополнительно увеличен. С помощью рециркуляционного потока компрессора для ограничения помпажа и увеличения расхода газов EGR управление наддувом и управление EGR могут быть объединены. Пример регулировки CRV и клапана EGR для обеспечения управления наддувом и управления EGR описаны со ссылкой на фиг. 6.
На фиг. 6 на графике 600 показан пример использования расхода рециркуляционного потока компрессора для увеличения расхода газов системы LP-EGR. В частности, на графике 600 величина открытия CRV показана с помощью кривой 602, степень открытия клапана EGR с помощью кривой 604 и расход газов EGR с помощью кривой 606, запас по помпажу с помощью кривой 608 и вакуум в трубке Вентури, создаваемый за счет расхода рециркуляционного потока компрессора, с помощью кривой 610.
До момента t1 времени двигатель может работать с наддувом при частично открытом CRV (кривая 602). Степень открытия CRV может быть отрегулирована (например, переведена в частично открытое положение) на основании условий работы двигателя для обеспечения требуемого давления на впуске дросселя и запаса по помпажу (кривая 608). Рециркуляционный поток компрессора может быть направлен из точки ниже по потоку относительно охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора посредством трубки Вентури. Следовательно, степень вакуума, соответствующая расходу рециркуляционного потока компрессора, может быть создана в трубке Вентури. В этом случае до момента t1 времени условий для EGR может не быть, также может отсутствовать необходимость в расходе газов EGR (кривая 606). Следовательно, клапан EGR может быть оставлен закрытым (кривая 604). В примере реализации по фиг. 6, CRV и клапан EGR могут быть клапанами с бесступенчатым регулированием, которые могут быть переведены в любое положение между полностью открытым и полностью закрытым положениями.
В момент t1 времени присутствуют условия для EGR. Далее на основании условий работы двигателя может быть определен расход газов EGR (обозначен пунктирной линией 605). Степень открытия клапана EGR, требуемая для обеспечения необходимого расхода газов EGR, может быть определена на основании имеющегося давления на выпуске (определенного из условий потока из двигателя), а также имеющегося вакуума в трубке Вентури (кривая 610). В частности, на имеющийся расход газов EGR может повлиять разность давлений в канале EGR при увеличении расхода газов EGR по мере увеличения давления на выпуске у впускного отверстия канала EGR и падения давления на впуске у выпускного отверстия канала EGR. Кроме того, наличие рециркуляционного потока компрессора, создающего вакуум в трубке Вентури, может увеличить мощность расхода газов EGR. Таким образом, для заданного давления на выпуске при увеличении имеющегося вакуума в трубке для обеспечения того же самого расхода газов EGR может потребоваться меньшая степень открытия клапана EGR. В представленном варианте осуществления необходимая степень открытия клапана EGR не превышает предельное значение 603 степени открытия клапана EGR. Таким образом, в момент t1 времени клапан EGR может быть открыт на определенную степень открытия клапана (кривая 602) для создания требуемого расхода газов EGR (кривая 606).
Между моментом t1 времени и моментом t2 времени запас по помпажу компрессора может быть уменьшен, а состояние компрессора может быть приближено к границе слабого помпажа. Таким образом, для увеличения запаса по помпажу может быть увеличена степень открытия CRV. В этом случае это приводит к соответствующему увеличению степени вакуума в трубке Вентури, предназначенного для прохождения газов EGR, при этом давление на выпуске сохраняет практически такое же значение. Следовательно, для обеспечения такого же требуемого уровня расхода газов EGR степень открытия клапана EGR может быть уменьшена на основании увеличения расхода рециркуляционного потока компрессора и увеличения степени вакуума в трубке Вентури с целью поддержания уровня расхода газов EGR.
В момент t3 времени в связи с изменениями условий работы двигателя требуемый расход газов EGR может быть увеличен. Из-за повышенного уровня вакуума в трубке Вентури степень открытия клапана EGR может быть увеличена (например, незначительно) в момент t3 времени для обеспечения соответствия уточненному уровню расхода газов EGR. Затем двигатель может продолжить работать при расходе рециркуляционного потока компрессора и при степени открытия CRV, отрегулированной для управления помпажем, и степени открытия клапана EGR, отрегулированной на основании расхода рециркуляционного потока компрессора, для управления EGR.
В момент t4 времени может быть обнаружен помпаж. Помпаж может быть обнаружен в момент t4 времени при отпускании водителем педали газа. Обнаружение помпажа может основано на резком уменьшении запаса по помпажу и временном переходе отношения давлений в компрессоре в область сильного помпажа (область ниже границы сильного помпажа, обозначенную штрихпунктирной линией). При обнаружении помпажа может быть увеличена степень открытия CRV. Например, CRV может быть временно перемещен в полностью открытое положение. После этого CRV может удерживаться в полностью открытом положении, по крайней мере, до устранения помпаже (например, в момент t5 времени). Например, клапан может оставаться открытым до тех пор, пока отношение давлений в компрессоре, по крайней мере, не выйдет из области сильного помпажа и перейдет в область слабого помпажа (область между границей сильного помпажа и границей слабого помпажа, обозначенную пунктирной линией).
Между моментом t4 времени и моментом t5 времени открытие CRV и последующее увеличение расхода рециркуляционного потока компрессора позволит увеличить степень вакуума в трубке Вентури. Таким образом, для поддержания расхода газов EGR на требуемом уровне степень открытия клапана EGR может быть уменьшена соответствующим образом. Это обеспечивает одновременное управление помпажем и EGR. В момент t5 времени условия для EGR могут не выполняться, а клапан EGR может быть закрыт. Кроме того, расход рециркуляционного воздуха компрессора может быть снижен (путем уменьшения степени открытия CRV) при увеличении запаса по помпажу.
Следует понимать, что в некоторых вариантах реализации изобретения клапан EGR может быть закрыт при обнаружении помпажа в связи с тем, что во время помпажа EGR не нужна.
Таким образом, представлен способ для обеспечения управления помпажем и управления EGR за счет регулирования степени открытия первого клапана (CRV) на основании границы помпажа для прохождения потока рециркуляционного воздуха компрессора из точки ниже по потоку относительно охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора посредством трубки Вентури; и регулирования степени открытия второго клапана (клапана EGR) на основании вакуума, создаваемого в трубке Вентури, для прохождения газов EGR во впускное отверстие компрессора. В данном случае первый и второй клапаны представляют собой клапаны с бесступенчатой регулировкой, при этом первый клапан установлен выше по потоку относительно впускного отверстия трубки Вентури в рециркуляционном канале компрессора, а второй клапан установлен выше по потоку относительно впускного отверстия трубки Вентури в канале EGR, при этом канал EGR соединен с рециркуляционным каналом компрессора посредством трубки Вентури. Способ также позволяет создать вакуум в трубке Вентури с помощью рециркуляционного потока компрессора, при этом степень вакуума, создаваемого в трубке Вентури, основана на степени открытия первого клапана. Регулирование степени открытия второго клапана включает в себя регулирование степени открытия второго клапана на основании потребности в вакууме для прохождения газов EGR во впускное отверстие компрессора со скоростью, определенной на основании условий работы двигателя. Степень открытия второго клапана также может быть отрегулирована на основе давления на выпуске. Например, регулирование степени открытия первого клапана включает в себя увеличение степени открытия первого клапана при уменьшении запаса до границы помпажа, а регулирование степени открытия второго клапана включает в себя уменьшение степени открытия клапана EGR при увеличении степени вакуума в трубке Вентури, обеспечивающего всасывание газов EGR во впускное отверстие компрессора с определенной скоростью. Путем смешивания рециркуляционного потока компрессора с газами EGR в трубке Вентури до подачи данной смеси во впускное отверстие компрессора вакуум в трубке Вентури может быть предпочтительно использован для увеличения расхода газов EGR.
На фиг. 5 представлен пример способа 500 для регулирования положения первого рециркуляционного клапана компрессора с целью изменения величины рециркуляционного потока компрессора, подаваемого во впускное отверстие компрессора через трубку Вентури. Благодаря этому можно обеспечить управление EGR. Положение второго рециркуляционного клапана компрессора может быть отрегулировано для обеспечения контроля помпажа компрессора. В этом случае способ с фиг. 5 может быть использован для системы двигателя, изображенной в варианте осуществления изобретения с фиг. 2. Способ позволяет получить величину расхода рециркуляционного потока компрессора из точки ниже по потоку относительно охладителя воздуха турбонаддува во впускное отверстие компрессора через трубку Вентури для регулирования на основании потребности в EGR.
На этапе 502, как и на этапе 402, оценивают и/или измеряют условия работы двигателя. Измеряемые условия работы могут содержать, например, скорость вращения двигателя, требуемый крутящий момент, уровень наддува, абсолютное давление в коллекторе, массовый расход воздуха, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора, условия окружающей среды (температура воздуха в коллекторе, атмосферное давление, влажность окружающей среды и так далее) и так далее.
На этапе 504, как и на этапе 408, на основании условий работы двигателя может быть определено, имеют ли место условия EGR. При отсутствии условий для начала EGR на этапе 506 способ предусматривает закрытие клапана EGR. Клапан EGR может представлять собой двухпозиционный клапан, а закрытие клапана может предусматривать перемещение клапана в выключенное положение. После закрытия клапана EGR на этапе 508 программа предусматривает определение требуемой величины расхода рециркуляционного потока компрессора на основании расчетных условий работы двигателя. Например, может быть определен требуемый расход рециркуляционного потока компрессора для управления давлением на впуске дросселя и ограничения помпажа компрессора. В одном примере реализации изобретения при уменьшении запаса по помпажу величина расхода рециркуляционного потока компрессора, необходимая для управления помпажем, может возрасти.
На этапе 510 степень открытия первого рециркуляционного клапана компрессора, соединенного с первым рециркуляционным каналом (например, CRV 72 в канале 70 с фиг. 2), может быть отрегулирована на основании требуемого расхода рециркуляционного потока компрессора. Например, при повышении требуемого расхода рециркуляционного потока компрессора степень открытия CRV 72 может быть увеличена. Степень открытия как первого рециркуляционного клапана 72 компрессора, так и второго рециркуляционного клапана компрессора во втором рециркуляционном канале компрессора, расположенном параллельно первому рециркуляционному каналу компрессора (например, CRV 82 в канале 80, изображенном на фиг. 2), может быть отрегулирована для создания требуемого расхода рециркуляционного потока компрессора. Например, CRV 72 и 82 могут быть открыты незначительно для того, чтобы обеспечить требуемый расход рециркуляционного потока компрессора (когда потребность в расходе газов EGR меньше, чем потребность в потоке при помпаже). В данном случае CRV 72 в первую очередь используют для управления расходом газов EGR, a CRV 82 необходим для создания дополнительного потока, необходимого для управления помпажем. Первый и второй рециркуляционные клапаны компрессора могут представлять собой клапаны с бесступенчатой регулировкой, которые могут быть установлены в полностью закрытое положение, полностью открытое положение или любое промежуточное положение.
На этапе 512 определяют наличие помпажа. В этом случае, даже если рециркуляционный поток компрессора отрегулирован для ограничения помпажа, помпаж компрессора может произойти, например, по причине внезапного снижения потребности в воздушном потоке во время отпускания педали газа водителем. При обнаружении помпажа степени открытия первого и/или второго CRV могут быть увеличены на этапе 514. Например, один или несколько CRV 72 и CRV 82 могут быть переведены в полностью открытое положение. В этом случае при отсутствии помпажа способ может завершиться при закрытом клапане EGR и удержании первого и второго CRV в положении, обеспечивающем требуемую величину расхода рециркуляционного потока компрессора.
Если на этапе 504 выполнены условия для начала EGR, то на этапе 516 определяют требуемый расход газов EGR на основании условий работы двигателя. Сюда входит определение требуемого количества газов EGR, а также расхода газов EGR (то есть скорости, с которой газы EGR должны поступать на впуск двигателя, расход газов EGR определяется как общий расход газов EGR, разделенный на общий расход воздуха). Расход газов EGR может быть основан на таких условиях работы двигателя, как количество выхлопных газов, температура двигателя и так далее. В этом случае газы EGR могут представлять собой газы системы LP-EGR, поступающие из точки ниже по потоку от турбины, работающей на выхлопных газах, во впуск двигателя выше по потоку от впускного компрессора (например, впускного отверстия компрессора) с помощью канала EGR, в том числе клапана EGR. Как показано на фиг. 2, канал EGR может быть соединен с первым рециркуляционным каналом компрессора с помощью трубки Вентури, при этом канал EGR не соединен со вторым рециркуляционным каналом компрессора, который не имеет трубки Вентури.
На этапе 518 способа вычисляют давление на выпуске на основании расхода в двигатель. На этапе 520 способа определяют разность давлений (или перепада давлений) в клапане EGR, необходимую для обеспечения требуемого расхода газов EGR в двигатель. В этом случае разность давлений (перепад давлений) в канале системы EGR, которая частично определяется давлением на выпуске, влияет на существующий расход газов EGR, при этом существующий расход газов EGR может увеличиваться по мере роста разности давлений.
На этапе 522 способа определяют рециркуляционный поток компрессора, необходимый для достижения требуемой разности давлений или перепада давлений. Изобретатели установили, что расход рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури может быть использован для создания вакуума в трубке Вентури, который может быть использован для увеличения перепада давлений, имеющегося в канале EGR для усиления расхода газов EGR. Таким образом, при меньшем давлении на выпуске может быть достигнут больший перепад давлений путем увеличения расхода рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури. Благодаря этому перепад давлений и, следовательно, расход газов EGR могут быть увеличены с помощью вакуума в трубке Вентури. Поскольку степень вакуума в трубке Вентури прямо пропорциональна величине расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, то контроллер может вычислить необходимую степень вакуума в трубке Вентури в дополнение к давлению на выпуске для того, чтобы достигнуть требуемого перепада давлений, а затем вычислить величину расхода рециркуляционного потока компрессора, необходимого для создания вакуума в трубке Вентури. Таким образом, контроллер может отрегулировать величину расхода рециркуляционного потока компрессора, поступающего через трубку Вентури в первый рециркуляционный канал для обеспечения степени вакуума в трубке Вентури, достаточной для прохождения необходимого потока газов EGR.
На этапе 524 открывают клапан EGR для обеспечения выпуска газов EGR из канала EGR. Клапан EGR может представлять собой двухпозиционный клапан, а открытие клапана может включать в себя перемещение клапана во включенное положение. Путем открытия клапана EGR может быть обеспечена EGR, а расход газов EGR может быть отрегулирован путем изменения степени открытия первого CRV. Также на этапе 525 регулируют степень открытия первого CRV в первом рециркуляционном канале компрессора (CRV 70 в канале 70) для обеспечения определенного расхода рециркуляционного потока компрессора. Другими словами, степень открытия первого CRV отрегулирована (на основании имеющегося давления на выпуске и требуемого перепада давлений) для обеспечения рециркуляционного потока компрессора, который создает достаточный вакуум в трубке Вентури для достижения требуемого расхода газов EGR. Например, при заданном давлении на выпуске по мере увеличения расхода газов EGR при удержании клапана EGR открытым, степень открытия первого CRV может быть увеличена для того, чтобы увеличить степень вакуума в трубке Вентури, имеющегося для прохождения газов EGR.
На этапе 526 обеспечивают рециркуляцию охлажденного сжатого воздуха из точки ниже по потоку от САС во впускное отверстие компрессора с помощью трубки Вентури, расположенной в первом рециркуляционном канале компрессора. В этом случае первый CRV может быть установлен ниже по потоку от САС и выше по потоку от впускного отверстия трубки Вентури, практически рядом с точкой соединения рециркуляционного канала компрессора и выпускного отверстия САС в первом рециркуляционном канале компрессора. При прохождении рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури может быть предпочтительно использовано изменение в скорости потока, проходящего через трубку Вентури, для создания вакуума в горловине трубки Вентури. Степень открытия CRV и величина рециркуляционного потока компрессора, поступающего через трубку Вентури, может быть отрегулирована на основании имеющегося давления на выпуске для обеспечения требуемого расхода газов EGR. На этапе 526 способа предусмотрено использование вакуума, созданного в горловине трубки Вентури, для прохождения газов EGR из канала EGR в рециркуляционный канал компрессора и далее во впускное отверстие компрессора. В этом случае канал EGR может быть соединен с первым рециркуляционным каналом компрессора посредством трубки Вентури или в точке непосредственно выше по потоку от трубки Вентури (например, во впускном отверстии трубки Вентури). В частности, клапан EGR может быть расположен в месте соединения между каналом EGR и первым рециркуляционным каналом компрессора.
На этапе 528 способа смешивают всасываемые газы EGR с рециркуляционным потоком компрессора в трубке Вентури в первом рециркуляционном канале компрессора и выше по потоку от впускного отверстия компрессора. Смесь может быть подана во впуск двигателя через впускное отверстие компрессора. Газы системы EGR низкого давления могут быть поданы в трубку Вентури при прохождении рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури, что обеспечит достаточное смешивание и однородность газов EGR и рециркуляционного потока компрессора по мере их прохождения к впускному отверстию компрессора.
На этапе 530 определяют, необходимо ли увеличивать рециркуляционный поток компрессора для ограничения помпажа. Например, на основании текущих условий запас по помпажу компрессора может быть занесен в график и может быть определено, необходимо ли увеличить рециркуляционный поток компрессора для перемещения условий работы от границы помпажа. Если это так, то на этапе 534 может быть увеличена степень открытия второго рециркуляционного клапана компрессора во втором рециркуляционном канале компрессора (при этом степень открытия первого рециркуляционного клапана компрессора в первом рециркуляционном канале компрессора оставлена на том же уровне для обеспечения рециркуляционного потока компрессора, необходимого для создания требуемого расхода газов EGR). Например, при удержании степени открытия первого CRV (например, CRV 72 с фиг. 2) для управления расходом газов EGR степень открытия второго CRV (например, CRV 82 с фиг. 2) увеличена для обеспечения управления помпажем. Помпаж может быть ограничен путем полного открытия второго CRV. В этом случае, если для исключения возникновения помпажа отсутствует необходимость в дополнительном рециркуляционном потоке компрессора, то на этапе 532 второй CRV может быть удержан в закрытом состоянии. В данном случае при открытом клапане EGR CRV 72 отрегулирован для управления газами EGR. Если это не создает достаточного расхода через компрессор для ограничения помпажа, то CRV 82 обеспечивает разность давлений. Другими словами, клапанное распределение может представлять собой последовательное управление CRV. Таким образом, первый CRV предназначен для управления EGR (путем регулирования величины расхода рециркуляционного потока через трубку Вентури), а второй CRV предназначен для управления наддувом и помпажем (путем регулирования величины давления наддува, сбрасываемого с помощью потока из точки ниже по потоку относительно САС во впускное отверстие компрессора). Второй CRV может быть возвращен в свое номинальное положение после устранения помпажа.
При выполнении регулировок CRV и клапана EGR в способах с фиг. 5 положение впускного дросселя может быть отрегулировано на основе регулировок CRV и клапана EGR для поддержания требуемого воздушного потока, подаваемого в двигатель. Например, главный дроссель двигателя может быть установлен в положение для достижения требуемого расхода в двигатель. Изменения давления и температуры на впуске дросселя могут привести к соответствующим регулировкам угла дросселя для достижения требуемого расхода.
Таким образом, контроллер может отрегулировать рециркуляционный поток компрессора, проходящий через первый рециркуляционный канал компрессора через трубку Вентури, на основании потребности в расходе газов EGR, при этом регулирование рециркуляционного потока компрессора, проходящего через второй рециркуляционный клапан компрессора, может быть выполнено на основании наличия помпажа. Затем контроллер может открыть клапан EGR и обеспечить всасывание газов EGR во впускное отверстие компрессора через канал EGR с помощью вакуума, созданного в трубке Вентури. Клапан EGR может представлять собой двухпозиционный клапан, установленный в трубке Вентури, при этом открытие клапана EGR может предусматривать перемещение клапана EGR во включенное положение. Канал EGR может быть соединен с первым каналом с помощью трубки Вентури, причем канал EGR не соединен со вторым каналом, а рециркуляционный поток компрессора, проходящий через второй канал, не проходит через трубку Вентури. Для регулирования расхода рециркуляционного потока компрессора через первый канал контроллера может быть отрегулирована степень открытия первого рециркуляционного клапана компрессора с бесступенчатым регулированием на основании потребности в расходе газов EGR, причем степень открытия второго рециркуляционного клапана компрессора с бесступенчатым регулированием может быть отрегулирована на основании помпажа для регулирования расхода рециркуляционного потока компрессора через второй канал. Например, степень открытия второго клапана может быть увеличена при увеличении сигнала о помпаже, а степень открытия первого клапана может быть увеличена при возрастании потребности в расходе газов EGR. Затем контроллер может осуществить смешивание всасываемых газов EGR с рециркуляционным потоком компрессора выше по потоку относительно впускного отверстия компрессора в первом канале.
Например, контроллер может обеспечить требуемый расход газов EGR путем открытия клапана EGR в канале EGR и регулирования степени открытия первого рециркуляционного клапана компрессора в первом рециркуляционном канале компрессора, соединенным с каналом EGR, для создания требуемой разности давлений в канале EGR. В частности, степень открытия первого CRV может быть отрегулирована на основании разности между имеющимся перепадом давлений в канале EGR (который вычислен на основании давления на выпуске или расхода в двигатель) и перепадом давлений, требуемым для обеспечения необходимого расхода газов EGR. Путем регулирования степени открытия CRV на основании требуемой разности давлений (или требуемого расхода газов EGR) рециркуляционный поток компрессора может быть подан через трубку Вентури, и степень вакуума в трубке Вентури, необходимая для увеличения имеющейся разности давлений и соответствия потребности в расходе газов EGR, может быть создана с помощью рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури. Таким образом, для заданного давления на выпуске по мере возрастания потребности в расходе газов EGR потребность в большей разности давлений в канале EGR может быть удовлетворена путем увеличения расхода рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури и тем самым создания большей степени вакуума в трубке Вентури.
Таким образом, при первом условии EGR, когда давление на выпуске ниже (следовательно, когда разность давлений в канале EGR ниже), потребность в расходе газов EGR может быть удовлетворена путем увеличения расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, до более высокого уровня за счет смещения первого CRV в первом рециркуляционном канале компрессора до относительно большей степени открытия. И наоборот, при втором условии EGR, когда давление на выпуске выше (следовательно, когда разность давлений в канале EGR выше), данная потребность в расходе газов EGR может быть удовлетворена путем увеличения расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури, до более низкого уровня за счет перевода первого CRV в первом рециркуляционном канале компрессора до относительно меньшей степени открытия.
Аналогичным образом при выполнении первого условия, когда запас по помпажу ниже, степень открытия первого CRV в первом рециркуляционном канале компрессора, включая трубку Вентури, может быть отрегулирована на основании потребности в расходе газов EGR, при этом второй CRV во втором рециркуляционном канале компрессора без трубки Вентури оставлен в закрытом положении. Затем при выполнении второго условия, когда запас по помпажу меньше, степень открытия первого CRV в рециркуляционном канале компрессора может быть оставлена в текущем положении на основании потребности в расходе газов EGR, при этом второй CRV во втором рециркуляционном клапане компрессора открыт, а степень открытия второго CRV может быть увеличена по мере уменьшения запаса до предела помпажа.
Таким образом, расход рециркуляционного потока компрессора, проходящего через первый рециркуляционный канал компрессора, содержащий трубку Вентури и соединенный с каналом EGR, может быть отрегулирован на основании требований EGR для обеспечения управления EGR. В частности, расход рециркуляционного потока компрессора, проходящий через трубку Вентури в рециркуляционном канале компрессора, соединенном с каналом EGR, может быть отрегулирован на основании потребности в расходе газов EGR и также на основании имеющегося давления на выпуске для обеспечения требуемой разности давлений в канале EGR. При прохождении рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури может быть увеличена разность давлений, имеющаяся для прохождения газов EGR. Это позволяет увеличить расход газов EGR при меньшем давлении на выпуске. Кроме того, расход рециркуляционного потока компрессора, проходящего через второй, отличный от первого, рециркуляционный канал компрессора (канал без трубки Вентури и не имеющий соединения с каналом EGR), может быть отрегулирован на основании пределов помпажа для обеспечения управления помпажем.
На фиг. 7 на графике 700 представлено другое возможное использование расхода рециркуляционного потока компрессора для увеличения расхода газов системы LP-EGR. В частности, на фиг. 7 представлено использование рециркуляционного потока компрессора, проходящего через первый рециркуляционный канал компрессора для управления EGR, при этом рециркуляционный поток компрессора, проходящий через второй рециркуляционный поток компрессора, используется для управления наддувом и помпажем. В частности, на графике 700 степень открытия первого CRV (CRV1) в первом рециркуляционном канале компрессора показана с помощью кривой 701, открытие второго CRV (CRV2) во втором рециркуляционном канале компрессора с помощью кривой 702, открытие клапана EGR с помощью кривой 704, а расход газов EGR с помощью кривой 706, запас по помпажу с помощью кривой 708, а вакуум в трубке Вентури, образуемый благодаря расходу рециркуляционного потока компрессора, с помощью кривой 710.
До момента t1 времени двигатель может работать с наддувом при частично открытом (кривая 701) первом CRV (CRV1) в первом рециркуляционном канале компрессора, а второй CRV (CRV2) во втором рециркуляционном канале компрессора остается закрытым (кривая 702). В этом случае первый и второй рециркуляционные каналы компрессора могут быть расположены параллельно друг другу и предназначены для подачи охлажденного сжатого воздуха из точки ниже по потоку относительно САС во впускное отверстие компрессора, при этом рециркуляционный поток компрессора, проходящий через первый канал, проходит через трубку Вентури, и рециркуляционный поток компрессора, проходящий через второй канал, не проходит через трубку Вентури.
Степень открытия CRV1 может быть отрегулирована (например, в частично открытое положение) до момента t1 времени на основании условий работы двигателя для обеспечения требуемого давления на впуске дросселя и запаса по помпажу (кривая 708). В этом случае, поскольку рециркуляционный поток компрессора проходит по первому рециркуляционному каналу компрессора посредством трубки Вентури, степень вакуума, соответствующая рециркуляционному потоку компрессора, может быть создана в трубке Вентури (кривая 710). До момента t1 времени может не быть условий EGR и необходимости в расходе газов EGR (кривая 705, пунктирные линии). Следовательно, клапан EGR может быть оставлен закрытым (кривая 704). В примере реализации по фиг. 7 первый и второй CRV могут представлять собой клапаны с бесступенчатой регулировкой, которые могут быть переведены в любое положение между полностью открытым и полностью закрытым положениями. И наоборот, клапан EGR может представлять собой двухпозиционный клапан. Таким образом, до момента t1 времени клапан EGR может находиться в выключенном положении.
В момент t1 времени обнаруживают условия для EGR. Далее на основании условий работы двигателя определяют расход газов EGR (обозначен пунктирной линией 705). Для подачи газов EGR клапан EGR (в данном случае двухпозиционный клапан) может быть открыт путем перемещения клапана во включенное положение. Может быть определена разность давлений в канале EGR, необходимая для обеспечения требуемого расхода газов EGR (кривая 705). Далее на основании имеющегося давления на выпуске может быть определена степень вакуума, требуемая для создания необходимого расхода газов EGR. Степень открытия CRV1 может быть отрегулирована для создания достаточной степени вакуума в трубке Вентури для обеспечения требуемого расхода газов EGR. В изображенном примере осуществления в ответ на увеличение потребности в газах EGR в момент t1 времени может быть увеличена степень открытия CRV1. При этом CRV2 оставлен закрытым. Последующее увеличение расхода рециркуляционного потока через первый рециркуляционный канал компрессора приводит к увеличению степени вакуума, который затем применяют для прохождения газов EGR с необходимой скоростью потока.
В момент t2 времени в связи с изменениями условий работы двигателя требуемый расход газов EGR может быть увеличен. Для создания большего расхода газов EGR может быть необходима большая степень вакуума в трубке Вентури. Таким образом, для удовлетворения потребности в большем расходе газов EGR в момент t2 времени может быть увеличена степень открытия CRV1 для увеличения расхода рециркуляционного потока компрессора, проходящего через трубку Вентури в первом канале, при соответствующем повышении степени вакуума в трубке Вентури, который затем применяют для прохождения потока газов EGR. Затем двигатель может продолжить работу после того, как расход рециркуляционного потока компрессора и степень открытия CRV в первом рециркуляционном канале компрессора были отрегулированы для управления EGR.
В момент t3 времени может быть обнаружен помпаж. В одном примере реализации изобретения помпаж в момент t3 времени может быть обнаружен при отпускании водителем педали газа. Признаком помпажа может быть резкое уменьшение запаса по помпажу и временный переход отношения давлений в компрессоре в область сильного помпажа (область ниже границы сильного помпажа, обозначенную штрихпунктирной линией). При обнаружении помпажа может быть увеличена степень открытия CRV2. Например, CRV2 может быть временно перемещен в полностью открытое положение. CRV2 может быть затем удержан в полностью открытом положении, по крайней мере, до момента устранения помпажа (непосредственно перед моментом t4 времени). Например, клапан может быть открыт до тех пор, пока отношение давлений в компрессоре, по крайней мере, не покинет область сильного помпажа и перейдет в область слабого помпажа (область между границей сильного помпажа и границей слабого помпажа, обозначенную пунктирной линией).
Между моментом t3 времени и моментом t4 времени при увеличении степени открытия CRV2 для обеспечения управления помпажем степень открытия CRV1 может быть оставлена на прежнем уровне для того, чтобы продолжить управление EGR. Это обеспечивает одновременное управление помпажем и EGR. В момент t4 времени условия для EGR могут отсутствовать, а клапан EGR может быть закрыт. Кроме того, степень открытия CRV1 может быть уменьшена ввиду сниженной потребности в рециркуляционном потоке компрессора, создающем вакуум в трубке Вентури.
В некоторых вариантах реализации изобретения помпаж может быть устранен путем открытия CRV 2, клапан EGR и CRV1 могут быть закрыты в момент t3 времени в зависимости от того, что во время помпажа существует потребность в увеличении EGR.
Таким образом, рециркуляционный поток компрессора, проходящий через трубку Вентури, может быть преимущественно использован для создания степени вакуума, достаточной для прохождения газов системы LP-EGR во впуск двигателя в месте перед компрессором. Благодаря прохождению газов EGR под действием вакуума может быть устранена потребность в усиленном регулировании расхода перед компрессором (для достаточного снижения давления на впуске компрессора с целью прохождения газов системы LP-EGR). Кроме того, данный подход обеспечивает взаимоусиливающее управление EGR и помпажем.
В одном варианте реализации система двигателя содержит двигатель, имеющий впуск и выпуск, турбонагнетатель, содержащий турбину, работающую на выхлопных газах, приводимую в движение впускным компрессором, охладитель воздуха турбонаддува, установленный ниже по потоку от компрессора, первый рециркуляционный канал компрессора, содержащий первый клапан и трубку Вентури, причем первый канал соединяет выпускное отверстие охладителя воздуха турбонаддува с впускным отверстием компрессора, а трубка Вентури расположена ниже по потоку от первого клапана в канале, и второй рециркуляционный канал компрессора, содержащий второй клапан, при этом второй канал соединяет выпускное отверстие охладителя воздуха турбонаддува с впускным отверстием компрессора, также второй канал расположен параллельно первому каналу. Система двигателя может дополнительно содержать канал EGR, содержащий клапан EGR для рециркуляции оставшихся выхлопных газов во впуск двигателя посредством первого рециркуляционного канала компрессора, причем канал EGR соединен с первым каналом с помощью трубки Вентури. Контроллер может иметь машиночитаемые инструкции, используемые в зависимости от потребности в газах EGR, для открытия клапана EGR, увеличения степени открытия первого клапана на основании потребности в газах EGR для рециркуляции сжатого воздуха через трубку Вентури и создания вакуума в трубке Вентури; и прохождения газов EGR в двигатель с помощью вакуума, созданного в трубке Вентури. Контроллер может также иметь инструкции зависимости от обнаружения помпажа для увеличения степени открытия второго клапана при удержании первого клапана в прежнем положении. В данном случае степень открытия первого клапана может быть также основана на вычисленном давлении на выпуске выше по потоку относительно впускного отверстия канала EGR, при этом степень открытия первого клапана уменьшена по мере увеличения давления на выпуске. Первый и второй клапаны представляют собой клапаны с бесступенчатой регулировкой, а клапан EGR является двухпозиционным клапаном.
Таким образом, поток газов EGR может быть увеличен при одновременном увеличении запаса по помпажу компрессора. Это позволяет осуществлять одновременное и взаимоусиливающее управление EGR и управление помпажем. При прохождении рециркуляционного потока компрессора через трубку Вентури или форсунку давление/энергия потока в рециркуляционном потока компрессора может быть преимущественно использована для создания вакуума, который обеспечивает всасывание газов EGR за счет эффекта Бернулли в трубке Вентури. В этом случае это устраняет необходимость создания низкого давления на впускном отверстии компрессора для прохождения газов EGR. Например, для прохождения газов EGR необходимо меньшее регулирование расхода на впуске. Устранение необходимости в низком давлении может также устранить проблемы, связанные со сроком службы, вызванные попаданием в двигатель масла с вала турбонагнетателя. Путем согласования открытия клапана системы EGR с открытием CRV может быть достигнут требуемый расход газов EGR. Таким образом, может быть подан поток карбюрированных газов системы EGR при увеличении запаса по помпажу компрессора.
Следует отметить, что примеры процедур оценки и управления, описанные в настоящем документе, могут быть использованы вместе с различными системами двигателей и/или транспортных средств. Конкретные процедуры, приведенные в настоящем документе, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки, например, управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и так далее. Также различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а некоторые из них могут быть опущены. Аналогичным образом порядок управления необязательно должен сохраняться для достижения отличительных признаков и преимуществ иллюстративного варианта, описанного в данном документе, поскольку он был приведен для наглядности и упрощения описания. Одно или несколько представленных действий или функций может быть выполнено несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии. Также описанные действия могут графически представлять собой программный код на машиночитаемом носителе в системе управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и способы, раскрытые в настоящем документе, являются иллюстративными и конкретные варианты реализации не должны рассматриваться как ограничения, поскольку возможны различные изменения. Например, описанная выше технология может быть использована в двигателях V-6, 1-4, 1-6, V-12, оппозитных 4-цилиндровых двигателях и так далее. Предмет изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.