СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЕ
SYSTEM AND METHOD (EMBODIMENTS) OF CONTROLLING AIR FLOW IN ENGINE

Уровень техники/Сущность изобретения
Двигатель с наддувом выполнен с возможностью работы при давлении во впускном коллекторе выше давления окружающей среды. Двигатель может работать с наддувом от турбонагнетателя или нагнетателя. Компрессор турбонагнетателя или нагнетателя может нагнетать окружающий воздух, при этом мощность двигателя может увеличиваться по сравнению с режимом работы того же двигателя при давлении окружающей среды. Поток воздуха в двигателе может увеличиваться с ростом давления во впускном коллекторе, обеспечиваемом компрессором турбонагнетателя или нагнетателя. Однако, если двигатель работает при условиях высокой влажности, из-за влажности мощность двигателя может снижаться.
Авторы настоящего изобретения приняли во внимание вышеупомянутые недостатки и разработали способ управления работой двигателя, содержащий: регулирование порогового значения потока воздуха в двигателе посредством контроллера в зависимости от влажности окружающей среды; и управление работой двигателя в зависимости от отрегулированного порогового значения потока воздуха в двигателе.
Путем регулирования порогового значения потока воздуха в двигателе в зависимости от влажности окружающей среды можно обеспечить технический результат, заключающийся в выдаче двигателем выходного крутящего момента в условиях высокой влажности, эквивалентного тому, который двигатель выдает в условиях низкой влажности. Например, в условиях низкой влажности двигатель может прогонять первое количество потока воздуха для обеспечения максимального выходного крутящего момента при определенной частоте вращения. На то, что двигатель достиг максимального потока воздуха для обеспечения максимального крутящего момента, может указывать датчик, контролирующий поток воздуха в двигателе. Однако, в условиях высокой влажности тот же датчик может указывать на то, что двигатель достиг первого количества потока воздуха, хотя при этом двигателем не обеспечивает такой же максимальный крутящий момент при такой же определенной частоте вращения. Разница между крутящими моментами двигателя образуется из-за того, что датчик не учитывает увеличение влажности окружающей среды, которая на него влияет. Тем не менее, крутящий момент двигателя в условиях высокой влажности можно довести до крутящего момента двигателя в условиях низкой влажности посредством увеличения порогового значения потока воздуха в двигателе. Увеличение порогового значения потока воздуха в двигателе в условиях работы во влажной среде приводит к всасыванию двигателем такого же количества кислорода, как если бы двигатель работал в таких же условиях, но при более низкой влажности и более низком пороговом значении потока воздуха в двигателе. Таким образом, в условиях работы при высокой и низкой влажности могут быть обеспечены равные значения крутящего момента двигателя.
Данное описание может представлять несколько преимуществ. Конкретно, указанный подход может обеспечивать в большей степени единообразные эксплуатационные характеристики двигателя в некотором диапазоне уровней влажности окружающей среды. Дополнительно, указанный подход особенно подходит для двигателей с турбонагнетателем, имеющих возможность регулирования максимального потока воздуха в двигателе в зависимости от рабочих условий. Еще дополнительно, указанный подход можно применять в системах массового расхода воздуха и системах управления по частоте вращения и плотности воздуха.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества, и отличительные признаки настоящего описания будут легко очевидны из нижеследующего раздела «Осуществление изобретения», при рассмотрении отдельно или во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение двигателя;
на Фиг. 2-4 представлены примеры влияния влажности на работу двигателя внутреннего сгорания;
на Фиг. 5 представлена блок-схема примерного способа управления работой двигателя; и
на Фиг. 6 представлена примерная рабочая последовательность двигателя в соответствии со способом на Фиг. 5.
Осуществление изобретения
Данное описание относится к управлению работой двигателя при изменяющихся уровнях влажности окружающей среды. Двигатель может быть выполнен так, как показано на Фиг. 1. Двигатель на Фиг. 1 может работать, как описано на Фиг. 2-4. Система на Фиг. 1 может содержать исполняемые инструкции для обеспечения способа управления работой двигателя, описанного на Фиг. 5. Способ управления работой двигателя на Фиг. 5 предусматривает изменение работы двигателя для выравнивания выходного крутящего момента двигателя в условиях низкой влажности окружающей среды с выходным крутящим моментом двигателя в условиях высокой влажности окружающей среды Двигатель может работать так, как показано в рабочей последовательности на Фиг. 6.
Согласно Фиг. 1, управление двигателем 10 внутреннего сгорания, содержащим множество цилиндров, один из которых показан на Фиг. 1, реализовано посредством электронного контроллера 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндров с поршнем 36, расположенным между ними и соединенным с коленчатым валом 40. Маховик 97 и ведомая шестерня 99 соединены с коленчатым валом 40. Стартер 96 (например, низковольтная (работающая при напряжении менее 30 вольт) электрическая машина) содержит вал 98 ведущей шестерни и ведущую шестерню 95. Вал 98 ведущей шестерни выполнен таким образом, что в соответствии с выбором, ведущая шестерня 95 способна войти в зацепление с ведомой шестерней 99. Стартер 96 может быть непосредственно установлен спереди или позади двигателя. В некоторых примерах стартер 96 выполнен с возможностью выборочно сообщать крутящий момент коленчатому валу 40 посредством ремня или цепи. В одном примере стартер 96 находится в базовом состоянии, если он не входит в зацепление с коленчатым валом двигателя. Камера 30 сгорания показана с возможностью сообщения с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может быть приведен в действие посредством впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 выпускного кулачка. Фазу впускного клапана 52 по отношению к коленчатому валу 40 можно регулировать посредством фазовращателя 59 распределительного вала впускных клапанов. Фазу выпускного клапана 54 по отношению к коленчатому валу 40 можно регулировать посредством фазовращателя 58 распределительного вала выпускных клапанов.
Топливная форсунка 66 показана с возможностью размещения таким образом, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в цилиндр 30, что известно для специалистов в данной области как непосредственный впрыск. Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально ширине импульса от контроллера 12. Топливо подают на топливную форсунку 66 посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показана). В одном примере двухступенчатая топливная система высокого давления выполнена с возможностью создания более высокого давления топлива.
Дополнительно впускной коллектор 44 показан с возможностью сообщения с компрессором 162 турбонагнетателя и воздухозаборником 42 двигателя. В других примерах компрессором 162 может быть компрессор нагнетателя. Вал 161 выполнен с возможностью механического соединения турбины 164 турбонагнетателя с компрессором 162 турбонагнетателя. Вспомогательный дроссель 62 с электроприводом (например, центральный дроссель или дроссель впускного коллектора двигателя) регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха из компрессора 162 к входному коллектору 44. Давление в камере 45 наддува может быть давлением на впуске дросселя, поскольку впуск дросселя 62 находится в границах камеры 45 наддува. Выпуск дросселя находится во впускном коллекторе 44. В некоторых примерах дроссель 62 и дроссельная заслонка 64 могут быть расположены между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44 так, чтобы дроссель 62 был дросселем впускного окна. Рециркуляционный клапан 47 компрессора может быть выборочно приведен во множество положений между полностью открытым положением и полностью закрытым положением. Регулятор 163 давления наддува может регулироваться посредством контроллера 12 для того, чтобы позволить отработавшим газам избирательно проходить в обход турбины 164 для управления частотой вращения компрессора 162. В качестве альтернативы, или дополнительно, для увеличения или уменьшения производительности турбины использован лопастный привод 167, выполненный с возможностью регулирования положения лопаток турбины.
Воздушный фильтр 43 очищает воздух, поступающий в воздухозаборник 42 двигателя через впуск 3, находящийся под воздействием температуры, давления и влажности окружающей среды. Преобразованные побочные продукты сгорания выпускаются через выпуск 5, находящийся под воздействием температуры и давления окружающей среды. Таким образом, когда вращающийся двигатель 10 забирает воздух с впуска 3 и подает побочные продукты сгорания отработавших газов на выпуск 5, поршень 36 и камера 30 сгорания могут работать как насос. Впуск 3 находится выше по потоку от выпуска 5 в соответствии с направлением потока через двигатель 10, выпускной коллектор 48 и воздухозаборник 42 двигателя. Обозначение «выше по потоку» не содержит в себе какие-либо элементы за пределами двигателя после впуска 3, а обозначение «ниже по потоку» не содержит в себе какие-либо элементы за пределами двигателя после выпуска 5.
Бесконтактная система 88 зажигания выполнена с возможностью обеспечения искры зажигания для камеры 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал контроллера 12. Универсальный Датчик 126 содержания Кислорода В Отработавших Газах (УДКОГ) показан с возможностью соединения с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического преобразователя 70. В качестве альтернативы двухрежимный датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть использован вместо УДКОГ 126.
В одном примере преобразователь 70 может включать в себя множество каталитических блоков-носителей. В другом примере может быть использовано множество устройств контроля токсичности, каждое с множеством блоков-носителей. В одном примере преобразователь 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 в качестве универсального микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 106 (например, долговременную память), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимую память (ЭНП) 110 и стандартную шину данных. Контроллер 12 показан получающим, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал от датчика 134 положения, соединенного с педалью 130 акселератора для измерения силы, прилагаемой ногой 132; сигнал от датчика 154 положения, соединенного с педалью 150 тормоза для измерения силы, прилагаемой ногой 152; показание абсолютного давления в коллекторе (АДК) двигателя от датчика 123 давления, соединенного с впускным коллектором 44; сигнал давления наддува двигателя или давления на впуске дросселя от датчика 122 давления; показание влажности окружающей среды от датчика 113 влажности; показание положения двигателя отдатчика 118 на эффекте Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; показание величины воздушной массы, поступающей в двигатель, от датчика 120; и показание положения дросселя от датчика 68. Можно также определить барометрическое давление (датчик не показан) путем обработки контроллера 12. В предпочтительном аспекте данного описания датчик 118 положения двигателя создает предварительно заданное количество равноудаленных импульсов за каждый оборот коленчатого вала, из которых может быть определена частота вращения двигателя (ЧВД).
Во время работы каждый цилиндр двигателя 10 обычно проходит четырехтактный цикл: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выхлопа. Обычно во время такта впуска выпускной клапан 54 закрывают, а впускной клапан 52 открывают. Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44 и поршень 36 движется к низу цилиндра, чтобы увеличить объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 расположен рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), специалисты в данной области техники обычно называют нижней мертвой точкой (НМТ).
Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 движется к головке цилиндра, чтобы сжать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет свой наименьший объем), обычно называется специалистами в данной области техники верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, в дальнейшем называемом впрыском, топливо подается в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем называемом зажиганием, впрыснутое топливо воспламеняется посредством известных средств зажигания, таких как свеча 92 зажигания, приводя к сгоранию.
Во время рабочего такта расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выхлопа выпускной клапан 54 открывают, чтобы выпустить сгоревшую топливовоздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Следует принять во внимание, что приведенное выше описание представляет собой просто пример, и что время открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов может быть изменено с целью обеспечения положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или других примеров.
Таким образом, система на Фиг. 1 предусматривает систему автомобиля, включающую в себя: двигатель, содержащий привод подачи воздуха; датчик влажности; и контроллер, содержащий инструкции, хранящиеся в долговременной памяти, для регулирования порогового значения потока воздуха в двигателе в зависимости от влажности окружающей среды, определяемой по датчику влажности, и инструкции для ограничения потока воздуха в двигателе до значения, которое меньше или равно пороговому значению потока воздуха в двигателе. Система автомобиля дополнительно содержит инструкции для увеличения порогового значения потока воздуха в двигателе при увеличении влажности окружающей среды.
В некоторых примерах система автомобиля предусматривает то, что привод подачи воздуха представляет собой регулятор давления наддува турбонагнетателя и что степень открытия регулятора давления наддува турбонагнетателя увеличивается при увеличении влажности окружающей среды. В качестве альтернативы, степень открытия регулятора давления наддува может быть меньше или не больше порогового значения для ограничения давления наддува. Система автомобиля предусматривает то, что привод подачи воздуха представляет собой дроссель и что степень открытия дросселя увеличивается при увеличении влажности окружающей среды. Система автомобиля предусматривает то, что пороговое значение потока воздуха в двигателе является основой для ограничения наддува двигателя. Система автомобиля также содержит дополнительные инструкции для опережения момента зажигания в зависимости от порогового значения потока воздуха в двигателе.
На Фиг. 2 показан график изменения среднего индикаторного эффективного давления (СИЭД) цилиндров двигателя в зависимости от процентной доли рециркуляции отработавших газов (РОГ). Вертикальная ось представляет ковариацию СИЭД, и ковариация СИЭД увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. По горизонтальной оси отложена процентная доля РОГ заряда цилиндров двигателя в процентах. Процентная доля РОГ увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси.
Кривая 204 выражает ковариацию СИЭД в зависимости от процентной доли РОГ для двигателя, работающего при высоком уровне влажности окружающей среды. Кривая 206 выражает ковариацию СИЭД в зависимости от процентной доли РОГ для того же двигателя, работающего в тех же рабочих условиях, но при более низком уровне влажности окружающей среды. При увеличении ковариации СИЭД устойчивость горения в цилиндрах двигателя уменьшается и увеличивается вероятность пропуска зажигания двигателя.
Таким образом, при увеличении влажности наблюдается уменьшение устойчивости горения. Это происходит вследствие того, что увеличение влажности приводит к увеличению обеднения заряда цилиндра. Следовательно, может потребоваться управление работой двигателя с более низкой процентной долей РОГ, когда двигатель работает при более высоких уровнях влажности окружающей среды для данной частоты вращения и нагрузки двигателя. Аналогично, может потребоваться управление работой двигателя с высокой процентной долей РОГ, когда двигатель работает при более низких уровнях влажности окружающей среды при тех же значениях частоты вращения и нагрузки двигателя.
на Фиг. 3 показан график оптимального момента зажигания (ОМЗ) (например, наименьшее опережение зажигания для оптимального крутящего момента) при конкретном расходе потока воздуха в двигателе в зависимости от процентной доли РОГ. По вертикальной оси отложен угол зажигания ОМЗ (например, угол коленчатого вала), и угол зажигания ОМЗ увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Другими словами, в направлении стрелки вертикальной оси момент зажигания ОМЗ становится все более опережающим. По горизонтальной оси отложена процентная доля РОГ заряда цилиндров двигателя в процентах. Процентная доля РОГ увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси.
Кривая 302 выражает угол зажигания ОМЗ в зависимости от процентной доли РОГ для двигателя, работающего при уровне относительной влажности окружающей среды 80 процентов. Кривая 304 выражает угол зажигания ОМЗ в зависимости от процентной доли РОГ для того же двигателя, работающего в тех же рабочих условиях при уровне относительной влажности окружающей среды 60 процентов. Кривая 306 выражает угол зажигания ОМЗ в зависимости от процентной доли РОГ для того же двигателя, работающего в тех же рабочих условиях при уровне относительной влажности окружающей среды 40 процентов. Кривая 308 выражает угол зажигания ОМЗ в зависимости от процентной доли РОГ для того же двигателя, работающего в тех же рабочих условиях при уровне относительной влажности окружающей среды 20 процентов.
Таким образом, при увеличении влажности наблюдается увеличение опережения момента зажигания ОМЗ. Это происходит вследствие того, что увеличение влажности приводит к увеличению обеднения заряда цилиндра. Следовательно, может потребоваться управление работой двигателя с большим опережением момента зажигания, когда двигатель работает при более высоких уровнях влажности окружающей среды для данной частоты вращения и нагрузки двигателя. Аналогично, может потребоваться управление работой двигателя с меньшим опережением момента зажигания, когда двигатель работает при более низких уровнях влажности окружающей среды для тех же значений частоты вращения и нагрузки. Регулируя момент зажигания ОМЗ на основе влажности окружающей среды, можно добиться того, чтобы при высоких уровнях влажности окружающей среды двигатель обеспечивал такой же крутящий момент, что и при низких уровнях влажности окружающей среды.
На Фиг. 4 показан график абсолютного давления во впускном коллекторе (АДК) в зависимости от процентной доли рециркуляции отработавших газов (РОГ) для данной частоты вращения двигателя. По вертикальной оси отложено АДК, и АДК увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. По горизонтальной оси отложена процентная доля РОГ заряда цилиндров двигателя в процентах. Процентная доля РОГ увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси. Работой двигателя управляют так, чтобы для разных уровней влажности окружающей среды он обеспечивал эквивалентный крутящий момент при каждой процентной доле РОГ.
Кривая 402 выражает АДК в зависимости от процентной доли РОГ для двигателя, работающего при уровне относительной влажности окружающей среды 80 процентов. Кривая 404 выражает АДК в зависимости от процентной доли РОГ для того же двигателя, работающего в тех же рабочих условиях при уровне относительной влажности окружающей среды 60 процентов. Кривая 406 выражает АДК в зависимости от процентной доли РОГ для того же двигателя, работающего в тех же рабочих условиях при уровне относительной влажности окружающей среды 40 процентов. Кривая 408 выражает АДК в зависимости от процентной доли РОГ для того же двигателя, работающего в тех же рабочих условиях при уровне относительной влажности окружающей среды 20 процентов.
Соответственно, может наблюдаться, что для обеспечения эквивалентного крутящего момента двигателя для данных значений частоты вращения двигателя и процентной доли РОГ АДК должно увеличиваться. Это происходит потому, что датчик АДК не учитывает парциальное давление кислорода во влажном воздухе. АДК может увеличиваться при более высоких уровнях влажности окружающей среды для обеспечения двигателя эквивалентным количеством кислорода, по сравнению с получаемым двигателем в аналогичных рабочих условиях при более низких уровнях влажности окружающей среды. Таким образом, может потребоваться управление работой двигателя с большим АДК, когда двигатель работает при более высоких уровнях влажности окружающей среды для данных значений частоты вращения и нагрузки, с целью обеспечения крутящего момента двигателя, аналогичного тому, который двигатель развивает при более низких уровнях влажности окружающей среды.
На Фиг. 5 представлен способ управления работой системы привода автомобиля. Способ на Фиг. 5 можно включить в состав системы на Фиг. 1 в качестве исполняемых инструкций, хранящихся в долговременной памяти. Дополнительно, способ на Фиг. 5 может обеспечивать рабочую последовательность, как показано на Фиг. 6.
На шаге 502 способ 500 определяет требуемый крутящий момент двигателя. Требуемый крутящий момент двигателя может представлять собой сумму крутящего момента по требованию водителя, крутящего момента вспомогательного оборудования и момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала двигателя. В одном примере момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала двигателя можно определять эмпирически и данные о нем можно сохранять в виде таблиц или функций в запоминающем устройстве. Крутящий момент вспомогательного оборудования представляет собой крутящий момент для приведения в действие генератора автомобиля, компрессора для кондиционирования воздуха, насоса усиленного рулевого управления и прочих подобных устройств. Крутящий момент вспомогательного оборудования также можно определять эмпирически и сохранять в запоминающем устройстве в зависимости от скорости вспомогательного оборудования и приводимой нагрузки. Крутящий момент по требованию водителя можно определять на основе скорости автомобиля и положения педали акселератора. В соответствии со способом 500 крутящий момент по по требованию водителя, крутящие моменты вспомогательного оборудования и момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала двигателя суммируют для обеспечения требуемого крутящего момента двигателя, после чего способ 500 переходит к шагу 504.
На шаге 504 способ 500 по требуемому крутящему моменту двигателя определяет требуемую нагрузку двигателя. Требуемая нагрузка двигателя может варьироваться от значения, близкого к нулю, до значения, превышающего таковое для двигателя с турбонагнетателем или нагнетателем. Значение нагрузки двигателя для двигателя без турбонагнетателя может выражать полную нагрузку двигателя при текущей частоте вращения двигателя. Нагрузку двигателя можно определять с помощью набора таблиц с эмпирически определенными данными или функциями, на выходе которых получают значение нагрузки двигателя в зависимости от частоты вращения двигателя, фазы газораспределения двигателя и рабочего режима двигателя (например, экономия топлива, выбросы, нагрев двигателя и др.) В одном примере значение нагрузки выражает максимальный теоретический заряд воздуха цилиндра при конкретной частоте вращения, с которой работает двигатель. После определения значения нагрузки двигателя способ 500 переходит к шагу 506.
На шаге 506 способ 500 по требуемой нагрузке двигателя определяет требуемый массовый поток воздуха в двигателе. В одном примере требуемый поток воздуха в двигателе можно определять путем умножения требуемой нагрузки двигателя на теоретический максимальный поток воздуха в двигателе при нормальных значениях температуры и давления (например, при нормальном атмосферном давлении), умноженный на барометрическое давление и поправки на температуру окружающей среды для текущих рабочих условий двигателя. Теоретический максимальный поток воздуха в двигателе при нормальных значениях температуры и давления для четырехтактного двигателя составляет объем цилиндров двигателя, деленный на 2 и умноженный на частоту вращения двигателя. Требуемый массовый поток воздуха в двигателе составляет требуемый поток воздуха в двигателе, умноженный на плотность воздуха. После определения требуемого массового потока воздуха в двигателе способ 500 переходит к шагу 508.
На шаге 508 способ 500 определяет пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе и максимальный поток воздуха в двигателе на основе пороговых значений компонентов. В одном примере пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе основано на максимальном крутящем моменте двигателя, определяемом по максимальному СИЭД, зависящему от ухудшения состояния поршней. Пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе можно скорректировать по влажности окружающей среды, как показано в уравнении:
где air_maf_max - пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе, hum_meas - измеренная влажность и hum_base - базовая влажность в молярных процентах. Пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе можно определять эмпирически и сохранять в запоминающем устройстве.
Способ 500 также определяет пределы и пороговые значения потока воздуха в двигателе на основе выбранных компонентов двигателя. Например, способ 500 определяет максимальный поток воздуха в двигателе или пороговое значение для топливных форсунок, турбонагнетателя и температуры выпускного коллектора. Пределы потока воздуха в двигателе для топливных форсунок, турбонагнетателя и температуры выпускного коллектора можно определять эмпирически и сохранять в запоминающем устройстве контроллера. Предел потока воздуха в двигателе для топливных форсунок основан на максимальном потоке воздуха в двигателе, когда топливные форсунки работают с максимальным расходом. Предел потока воздуха в двигателе для турбонагнетателя представляет собой максимальный поток воздуха в двигателе, когда воздух протекает через турбонагнетатель с максимальным расходом. Предел потока воздуха в двигателе для отработавших газов двигателя представляет собой максимальный поток воздуха в двигателе, обеспечивающий температуру отработавших газов двигателя, которая меньше пороговой температуры. После определения порогового значения максимального потока воздуха в двигателе и пороговых значений потока воздуха в двигателе на основе компонентов двигателя способ 500 переходит к шагу 510.
На шаге 510 способ выбирает наименьшее значение из требуемого потока воздуха в двигателе, который был определен на шаге 506, порогового значения максимального потока воздуха в двигателе, которое было определено на шаге 508, и пороговых значений потока воздуха в двигателе, основанных на компонентах двигателя, которые были определены на шаге 508. Таким образом, если требуемый поток воздуха в двигателе, определенный на шаге 506, составляет 200 г/мин, пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе составляет 230 г/мин, максимальный поток воздуха в двигателе для топливных форсунок составляет 245 г/мин, максимальный поток воздуха в двигателе для турбонагнетателя составляет 235 г/мин и максимальный поток воздуха в двигателе для температуры отработавших газов двигателя составляет 233 г/мин, то способ 500 в качестве наименьшего потока воздуха в двигателе выбирает 200 г/мин. Если же требуемый поток воздуха в двигателе, определенный на шаге 506, составляет 250 г/мин, пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе составляет 230 г/мин, максимальный поток воздуха в двигателе для топливных форсунок составляет 245 г/мин, максимальный поток воздуха в двигателе для турбонагнетателя составляет 235 г/мин и максимальный поток воздуха в двигателе для температуры отработавших газов двигателя составляет 233 г/мин, то в способ 500 в качестве наименьшего потока воздуха в двигателе выбирает 230 г/мин. Таким образом, пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе и пороговые значения потока воздуха в двигателе на основе компонентов двигателя могут препятствовать превышению выбранным потоком воздуха в двигателе порогового значения максимального потока воздуха в двигателе и пороговых значений потока воздуха в двигателе на основе компонентов. После определения наименьшего значения потока воздуха в двигателе способ 500 переходит к шагу 512.
На шаге 512 способ 500 определяет нагрузку двигателя по наименьшему значению потока воздуха в двигателе, определенному на шаге 510. В одном примере к таблицам и/или функциям, задействованным на шаге 506, применяют обратное преобразование, в результате чего наименьший поток воздуха в двигателе, определенный на шаге 510, является базисом для индексирования указанных таблиц и/или функций. Указанные таблицы и/или функции выдают данные о нагрузке двигателя. После определения нагрузки двигателя способ 500 переходит к шагу 514.
На шаге 514 способ 500 регулирует приводы двигателя для обеспечения наименьшего потока воздуха в двигателе, определенного на шаге 510. В одном примере способ 500 предотвращает степень открытия дросселя, опережение распределительного вала относительно положения коленчатого вала, давление наддува и/или степень закрытия регулятора давления наддува от превышения пороговых значений с целью недопущения превышения наименьшего потока воздуха в двигателе. Таким образом, степень открытия дросселя, опережение распределительного вала, давление наддува и степень закрытия регулятора давления наддува могут не превышать пороговые значения, в результате чего не превышается наименьший поток воздуха в двигателе. После ограничения действия приводов двигателя способ 500 переходит к шагу 516.
На шаге 516 способ 500 определяет номинальный крутящий момент двигателя по нагрузке двигателя, определенной на шаге 512. В одном примере к таблицам и/или функциям, задействованным на шаге 504, применяют обратное преобразование, в результате чего нагрузка двигателя, определенная на шаге 512, является базисом для индексирования указанных таблиц и/или функций. Указанные таблицы и/или функции выдают данные о нагрузке двигателя. Поскольку нагрузка двигателя и номинальный крутящий момент двигателя основаны на наименьшем значении крутящего момента, определенном на шаге 510, нагрузку двигателя и номинальный крутящий момент двигателя поддерживают на уровнях, которые ниже порогового значения нагрузки двигателя и порогового значения номинального крутящего момента. После определения нагрузки двигателя способ 500 завершается.
Таким образом, пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе можно регулировать в зависимости от влажности. Например, максимальный поток воздуха в двигателе можно увеличивать для более высоких уровней влажности окружающей среды, при этом в двигатель подают эквивалентное количество кислорода при тех же рабочих условиях, если только двигатель не работает при более низком уровне влажности окружающей среды.
Способ на Фиг. 5 представляет собой способ управления работой двигателя, содержащий: регулирование порогового значения потока воздуха в двигателе посредством контроллера в зависимости от влажности окружающей среды; и управление работой двигателя в зависимости от отрегулированного порогового значения потока воздуха в двигателе. Работой двигателя можно управлять в зависимости от отрегулированного порогового значения потока воздуха в двигателе посредством управления зажиганием, топливом и расходом РОГ в зависимости от отрегулированного порогового значения потока воздуха в двигателе. Способ предусматривает то, что пороговое значение потока воздуха в двигателе представляет собой пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе. Способ дополнительно содержит регулирование крутящего момента двигателя в зависимости от порогового значения потока воздуха в двигателе.
В некоторых примерах способ предусматривает то, что крутящий момент двигателя ограничивают в зависимости от порогового значения потока воздуха в двигателе, причем это ограничение состоит в удержании крутящего момента двигателя ниже порогового крутящего момента двигателя. Способ предусматривает то, что влажность окружающей среды основана на выходном сигнале датчика влажности. Способ предусматривает то, что пороговое значение потока воздуха в двигателе является основой для регулирования потока воздуха в двигателе. Способ предусматривает то, что поток воздуха в двигателе изменяют до значения, равного пороговому значению потока воздуха в двигателе при условиях, когда крутящий момент по требованию водителя выше порогового крутящего момента.
Способ на Фиг. 5 также представляет собой способ управления работой двигателя, содержащий: регулирование порогового значения потока воздуха в двигателе посредством контроллера в зависимости от влажности окружающей среды; и управление приводом в зависимости от порогового значения потока воздуха в двигателе. Способ предусматривает то, что привод является фазовращателем распределительного вала. Способ предусматривает то, что привод является дросселем. Способ предусматривает то, что привод является приводом регулятора давления наддува турбонагнетателя. Способ предусматривает то, что привод является лопастным приводом турбонагнетателя. Способ дополнительно содержит управление приводом для поддержания потока воздуха в двигателе равным пороговому значению потока воздуха в двигателе, если требуемый крутящий момент выше порогового. Способ предусматривает то, что пороговое значение потока воздуха в двигателе представляет собой максимальный поток воздуха в двигателе.
На Фиг. 6 представлен пример промоделированной рабочей последовательности. Сигналы и последовательности на Фиг. 6 могут быть обеспечены системой на Фиг. 1, осуществляющей способ на Фиг. 5. Вертикальные отметки времени Т0-Т6 представляют собой соответствующие моменты в последовательности. В этом примере показано, что двигатель работает при разных уровнях влажности окружающей среды в соответствии со способом на Фиг. 5. Первая часть рабочей последовательности двигателя происходит между моментами Т0 и Т3 времени. Она представляет работу двигателя в условиях низкой влажности окружающей среды. Вторая часть рабочей последовательности двигателя происходит между моментами Т4 и Т6 времени. Она представляет работу двигателя в условиях высокой влажности окружающей среды. Символ двойной буквы S на горизонтальной оси каждого графика выражает разрыв во времени. Интервал времени между символами S может быть длинным или коротким.
Первый график сверху на Фиг. 6 выражает крутящий момент по требованию водителя в зависимости от времени. Горизонтальная ось представляет время и время увеличивается на графике слева направо. Вертикальная ось представляет крутящий момент по требованию водителя, и он возрастает в направлении стрелки вертикальной оси. Крутящий момент по требованию водителя можно определять по положению педали акселератора и скорости автомобиля.
Второй график сверху на Фиг. 6 выражает уровень влажности окружающей среды в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет уровень влажности окружающей среды, и уровень влажности окружающей среды увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время и время увеличивается на графике слева направо.
Третий график сверху на ФИГ. 6 представляет график положения регулятора давления наддува турбонагнетателя в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет положение регулятора давления наддува, и величина раскрытия регулятора давления наддува возрастает в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет собой время, и время увеличивается в направлении слева направо на схеме.
Четвертый график сверху на Фиг. 6 выражает количественное значение потока воздуха в двигателе в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет количественное значение потока воздуха в двигателе, и количественное значение потока воздуха в двигателе увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет собой время, и время увеличивается в направлении слева направо на схеме. Горизонтальная линия 602 обозначает пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе для условий низкой влажности окружающей среды при текущих рабочих условиях двигателя. Горизонтальная линия 604 обозначает пороговое значение максимального потока воздуха в двигателе для условий высокой влажности окружающей среды при текущих рабочих условиях двигателя - таких же рабочих условиях, что и для горизонтальной линии 602, только для более высокого уровня влажности окружающей среды.
Пятый график сверху на Фиг. 6 выражает номинальный крутящий момент двигателя в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет номинальный крутящий момент, и номинальный крутящий момент увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет собой время, и время увеличивается в направлении слева направо на схеме. Горизонтальная линия 606 обозначает пороговое значение максимального номинального крутящего момента двигателя для условий низкой влажности окружающей среды при текущих рабочих условиях двигателя. Горизонтальная линия 608 обозначает пороговое значение максимального номинального крутящего момента двигателя для условий высокой влажности окружающей среды при текущих рабочих условиях двигателя - таких же рабочих условиях, что и для горизонтальной линии 606, только для более высокого уровня влажности окружающей среды.
Шестой график сверху на Фиг. 6 выражает опережение зажигания двигателя в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет опережение зажигания двигателя, и опережение зажигания двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет собой время, и время увеличивается в направлении слева направо на схеме.
В момент Т0 времени крутящий момент по требованию водителя находится на низком уровне, и уровень влажности окружающей среды низок. При более низких уровнях влажности окружающей среды на выходные сигналы датчиков АДК и МРВ влажность влияет в меньшей степени. Регулятор давления наддува находится в закрытом положении, и поток воздуха в двигателе низок. Такие параметры могут указывать на условия холостого хода. Дополнительно, номинальный крутящий момент двигателя низок, и имеет место опережение момента зажигания.
В момент Т1 времени водитель увеличивает крутящий момент по требованию водителя, и в результате увеличения крутящего момента по требованию водителя поток воздуха в двигателе начинает увеличиваться. Уровень влажности окружающей среды остается низким, и регулятор давления наддува остается закрытым, пока двигатель начинает разгон (не показано). При увеличении крутящего момента по требованию водителя и потока воздуха в двигателе номинальный крутящий момент двигателя увеличивается. При увеличении крутящего момента по требованию водителя и увеличении частоты вращения двигателя опережение зажигания запаздывает (не показано).
Между моментом Т1 времени и моментом Т2 времени крутящий момент по требованию водителя продолжает увеличиваться, и при увеличении крутящего момента по требованию водителя поток воздуха в двигателе и номинальный крутящий момент увеличиваются. При увеличении частоты вращения двигателя регулятор давления наддува начинает открываться, и тепловая энергия, передаваемая в турбонагнетатель, увеличивается (не показано). Момент зажигания двигателя запаздывает еще больше.
В момент Т2 времени поток воздуха в двигателе держится на уровне или ограничивается до уровня порогового значения 602 для снижения возможности ухудшения состояния двигателя, даже несмотря на то, что крутящий момент по требованию водителя продолжает увеличиваться. Поток воздуха в двигателе можно ограничивать до максимального потока воздуха в двигателе, как описано на шаге 508 на Фиг. 5. Поток воздуха в двигателе можно ограничивать до максимального потока воздуха в двигателе посредством ограничения открытия регулятора давления наддува, как показано в момент Т2 времени. Дополнительно, степень открытия дросселя и опережение кулачка могут быть ограничены или сдержаны до значений, при которых не допускается превышение потоком воздуха в двигателе порогового значения 602. Ограничивая поток воздуха в двигателе до значения, которое меньше порогового значения, можно ограничивать крутящий момент двигателя до порогового значения 606. При удержании потока воздуха в двигателе на уровне, который меньше или равен пороговому значению 602, момент зажигания поддерживают постоянным.
Между моментом Т2 времени и моментом Т3 времени крутящий момент по требованию водителя продолжает увеличиваться, но поток воздуха в двигателе, момент зажигания двигателя и номинальный крутящий момент двигателя остаются неизменными. Уровень влажности окружающей среды тоже остается постоянным и низким.
В момент Т3 времени водитель отпускает педаль акселератора (не показано), и крутящий момент по требованию водителя начинает уменьшаться. Вскоре после начала уменьшения крутящего момента по требованию водителя поток воздуха в двигателе и номинальный крутящий момент двигателя начинают уменьшаться до значения крутящего момента, которое меньше, чем то, при котором требуется, чтобы поток воздуха был выше уровня 602. При уменьшении крутящего момента по требованию водителя степень открытия регулятора давления наддува также уменьшается. В результате уменьшения крутящего момента по требованию водителя опережение зажигания увеличивается.
Вторая часть последовательности начинается сразу перед моментом Т4 времени, когда работой двигателя управляют при тех же рабочих условиях, что и в момент Т0 времени, за исключением того, что уровень влажности окружающей среды увеличился.
В момент Т4 времени водитель увеличивает крутящий момент по требованию водителя, и в результате увеличения крутящего момента по требованию водителя поток воздуха в двигателе начинает увеличиваться так же, как и в момент Т1 времени. Уровень влажности окружающей среды остается высоким, и регулятор давления наддува остается закрытым, пока двигатель начинает разгон (не показано). При увеличении крутящего момента по требованию водителя и потока воздуха в двигателе номинальный крутящий момент двигателя увеличивается. При увеличении крутящего момента по требованию водителя и увеличении частоты вращения двигателя опережение зажигания запаздывает (не показано). В некоторых примерах опережение зажигания в момент Т4 времени может характеризоваться еще большим опережением, нежели момент зажигания в момент Т1 времени, для учета обеднения, обеспечиваемого при более высокой влажности окружающей среды.
Между моментом Т4 времени и моментом Т5 времени крутящий момент по требованию водителя продолжает увеличиваться, и при увеличении крутящего момента по требованию водителя поток воздуха в двигателе и номинальный крутящий момент увеличиваются так же, как и между моментом Т1 времени и моментом Т2 времени. При увеличении частоты вращения двигателя регулятор давления наддува начинает открываться, и тепловая энергия, передаваемая в турбонагнетатель, увеличивается (не показано). Момент зажигания двигателя запаздывает еще больше.
В момент Т5 времени поток воздуха в двигателе продолжает увеличиваться, так как пороговое значение потока воздуха в двигателе увеличилось до уровня порогового значения 604. Пороговое значение потока воздуха в двигателе можно увеличивать при условиях более высокой влажности окружающей среды, в результате чего двигатель получает такое же количество кислорода, как и при управлении работой двигателя при тех же условиях, за исключением того, что уровень влажности окружающей среды ниже. Поток воздуха в двигателе можно ограничивать до порогового значения максимального потока воздуха в двигателе, как описано на шаге 508 на Фиг. 5. Поток воздуха в двигателе можно ограничивать до порогового значения максимального потока воздуха в двигателе посредством ограничения открытия регулятора давления наддува, как показано в момент Т5 времени. Дополнительно, степень открытия дросселя и опережение кулачка могут быть ограничены или сдержаны до значений, при которых не допускается превышение потоком воздуха в двигателе порогового значения 604. Ограничивая поток воздуха в двигателе до значения, которое меньше порогового значения, можно ограничивать крутящий момент двигателя до порогового значения 608, которое является таким же, как и пороговое значение 606. Таким образом, поток воздуха в двигателе можно увеличивать для учета выходных сигналов датчиков АДК или МРВ, которые могут не учитывать действие влажности окружающей среды. При удержании потока воздуха в двигателе на уровне, который меньше или равен пороговому значению 604, момент зажигания поддерживают постоянным.
Между моментом Т5 времени и моментом Т6 времени крутящий момент по требованию водителя продолжает увеличиваться вместе с потоком воздуха двигателя. Если номинальный крутящий момент двигателя скорректирован на влажность окружающей среды, то с увеличением потока воздуха в двигателе зажигание двигателя и номинальный крутящий момент двигателя изменятся. Уровень влажности окружающей среды тоже остается постоянным и высоким.
В момент Т6 времени водитель отпускает педаль акселератора (не показано), и крутящий момент по требованию водителя начинает уменьшаться. При уменьшении крутящего момента по требованию водителя поток воздуха в двигателе и номинальный крутящий момент двигателя начинают уменьшаться. При уменьшении крутящего момента по требованию водителя степень открытия регулятора давления наддува также уменьшается. В результате уменьшения крутящего момента по требованию водителя опережение зажигания увеличивается.
Таким образом, если работой двигателя управляют при более высоких уровнях влажности, пороговое значение потока воздуха в двигателе можно увеличивать, в результате чего количество кислорода, подаваемое в двигатель при большой нагрузке двигателя, остается постоянным. Соответственно, двигатель может развивать такой же максимальный выходной крутящий момент в таких же рабочих условиях, в том числе в условиях высокой и низкой влажности.
Следует отметить, что примеры алгоритмов управления и оценки, представленные в настоящей заявке, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться посредством системы управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память накопителя машиночитаемых данных компьютера, где раскрываемые действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
На этом раскрытие закончено. При прочтении его специалистами в данной области техники может быть предусмотрено множество изменений и преобразований без отступления от сущности и объема раскрытия. Например, вышеизложенный способ применим к одноцилиндровым двигателям, двигателям I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и V16 работающим на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных видах топлива.