СИСТЕМА ПЕРЕПУСКНОЙ ЗАСЛОНКИ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
SYSTEM FOR ENGINE TURBOCHARGER WASTE GATE (VERSIONS)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Турбонагнетатель может быть присоединен к двигателю для повышения рабочих характеристик двигателя. Турбина в турбонагнетателе преобразует энергию отработавших газов в энергию вращения, а энергия вращения передается на компрессор, который может усиливать поток воздуха в двигатель. На более высоких числах оборотов и нагрузках двигателя, величина выхода энергии отработавших газов двигателя может достигать уровня, который дает больший поток воздуха из компрессора турбонагнетателя в двигатель, чем требуется. Один из способов для ограничения потока воздуха (например, наддува) в двигатель состоит в том, чтобы перепускать часть отработавших газов вокруг турбины, так чтобы меньшая энергия отработавших газов имелась в распоряжении для вращения турбины и компрессора. Количество отработавших газов, проходящих через перепускной канал, может управляться с помощью перепускной заслонки для отработавших газов. Одним из типов перепускной заслонки может быть тип с вакуумным приводом. Однако, вакуумный привод может быть проблемой, когда впускной коллектор двигателя часто наполняется положительным давлением. Например, двигатели небольшого рабочего объема могут работать с положительными давлениями во впускном коллекторе для удовлетворения крутящего момента требования водителя. Поскольку положительное давление является большим, чем атмосферное давление, разрежение не создается во впускном коллекторе двигателя, и достаточное разрежение для управления перепускной заслонкой может не обеспечиваться. Следовательно, перепускная заслонка может оставаться в своем нормально закрытом положении, где надув может не настраиваться.
Регулятор также может приводиться в действие с помощью электрического привода. Электрический привод может настраиваться, есть или нет давление во впускном коллекторе. Таким образом, наддув может регулироваться независимо от того, имеется или нет в распоряжении разрежение, или вырабатывается ли. Однако, эксплуатация и управление перепускными заслонками для отработавших газов с электроприводом могут находиться под влиянием других факторов, таких как факторы температуры и шума, в том числе, но не в качестве ограничения, изменения напряжения питания, производственные отклонения и отклонения выходной мощности двигателя. Кроме того, может быть перспективным обеспечивать точное регулирование положения перепускной заслонки вместе с обеспечением требуемого уровня реакции.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали вышеупомянутые ограничения и разработали способ эксплуатации перепускной заслонки, содержащий: управление перепускной заслонкой с электронным приводом, в том числе настройку срабатывания перепускной заслонки в ответ на тепловое расширение и сжатие турбонагнетателя.
Посредством настройки параметров электрического регулятора перепускной заслонки под тепловой режим, может быть возможным улучшать регулирование положения перепускной заслонки. Кроме того, посредством учета температур вокруг и на перепускной заслонке, может быть возможным эксплуатировать перепускную заслонку, из условия чтобы уменьшалась вероятность ухудшения характеристик перепускной заслонки.
В настоящей заявке раскрыт способ эксплуатации перепускной заслонки, состоящий в том, что управляют перепускной заслонкой с электронным приводом, в том числе, настраивают срабатывание перепускной заслонки в ответ на тепловое расширение турбонагнетателя.
В дополнительном аспекте настройка срабатывания перепускной заслонки заключается в том, что настраивают команду позиционирования перепускной заслонки с электронным приводом.
В другом дополнительном аспекте настройка срабатывания перепускной заслонки заключается в том, что настраивают коэффициент передачи регулятора у регулятора перепускной заслонки.
В еще одном дополнительном аспекте уменьшают ток электродвигателя привода перепускной заслонки в ответ на температуру электродвигателя привода перепускной заслонки, являющуюся большей, чем первая пороговая температура.
В еще одном дополнительном аспекте открывают перепускную заслонку с электронным приводом и прекращают электрический ток в перепускную заслонку с электронным приводом в ответ на температуру электродвигателя привода перепускной заслонки, являющуюся большей, чем вторая пороговая температура.
В еще одном дополнительном аспекте подают ток на перепускную заслонку с электронным приводом в ответ на температуру электродвигателя перепускной заслонки, являющуюся меньшей, чем первая пороговая температура, после прекращения электрического тока в перепускную заслонку с электронным приводом.
В еще одном дополнительном аспекте управление перепускной заслонкой с электронным приводом заключается в том, что обеспечивают пропорциональную и интегральную поправки.
Также раскрыт способ эксплуатации перепускной заслонки, состоящий в том, что управляют перепускной заслонкой с электронным приводом, в том числе, настраивают срабатывание перепускной заслонки в ответ на скорость изменения температуры привода перепускной заслонки.
В дополнительном аспекте управление с настройкой срабатывания перепускной заслонки заключается в том, что настраивают величину тока, подаваемого на перепускную заслонку с электронным приводом.
В другом дополнительном аспекте управление с настройкой срабатывания перепускной заслонки заключается в том, что настраивают скорость изменения тока, подаваемого на перепускную заслонку с электронным приводом.
В еще одном дополнительном аспекте перепускная заслонка с электронным приводом приводится в действие с помощью электродвигателя.
В еще одном дополнительном аспекте перепускная заслонка с электронным приводом управляется в ответ на скорость изменения температуры привода перепускной заслонки, когда температура привода перепускной заслонки превышает пороговую температуру.
В еще одном дополнительном аспекте перепускная заслонка с электронным приводом управляется с помощью регулятора, включающего в себя множество каскадно включенных цепей обратной связи.
В еще одном дополнительном аспекте одной из множества каскадно включенных цепей обратной связи является цепь обратной связи по скорости перепускной заслонки.
Кроме того, раскрыт способ управления перепускной заслонкой с электронным приводом в присутствие тепловых нагрузок, причем способ состоит в том, что настраивают команду перепускной заслонки с электронным приводом в ответ на ток привода, скорость привода и положение привода; и выводят из работы перепускную заслонку с электронным приводом в открытом положении в ответ на температуру перепускной заслонки с электронным приводом, превышающую пороговую температуру.
В дополнительном аспекте скорость привода основана на производной положения перепускной заслонки.
В другом дополнительном аспекте настраивают команду перепускной заслонки с электронным приводом в ответ на упреждающую настройку требуемого положения перепускной заслонки.
В еще одном дополнительном аспекте настраивают команду перепускной заслонки с электронным приводом в ответ на оцененную оценку температуры перепускной заслонки.
В еще одном дополнительном аспекте оцененная оценка температуры перепускной заслонки по меньшей мере частично основана на потреблении энергии перепускной заслонкой.
В еще одном дополнительном аспекте оцененная оценка температуры перепускной заслонки по меньшей мере частично основана на энергии, потребленной перепускной заслонкой с электронным приводом.
Настоящее описание может давать несколько преимуществ. В частности, подход может улучшать регулирование наддува посредством достижения требуемого давления наддува более чувствительным образом. Кроме того, подход может улучшать точность и повторяемость регулирования давления наддува. Дополнительно, подход может понижать вероятность ухудшения характеристик привода перепускной заслонки.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания, когда воспринимается в одиночку или в связи с прилагаемыми чертежами.
Должно быть понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематическое изображение двигателя;
фиг. 2 показывает схематическое изображение системы привода перепускной заслонки;
фиг. 3 показывает высокоуровневую структурную схему системы управления положением перепускной заслонки;
фиг. 4 показывает примерный способ для эксплуатации перепускной заслонки турбонагнетателя с электрическим приводом;
фиг. 5 показывает пример стратегии управления перепускной заслонкой с обнаружением концевого упора; и
фиг. 6 показывает еще один пример стратегии управления перепускной заслонкой с обнаружением концевого упора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее описание имеет отношение к эксплуатации турбонагнетателя. В одном из примеров, регулятор перепускной заслонки включает в себя тепловую модель для улучшения работы перепускной заслонки с электрическим управлением. Подход может улучшать управление положением перепускной заслонки, а также уменьшать вероятность ухудшения характеристик привода перепускной заслонки. Одна из примерных систем показана на фиг. 1. Система может включать в себя компоновку перепускной заслонки, как показанная на фиг. 2, и перепускная заслонка может эксплуатироваться согласно высокоуровневой системе управления положением перепускной заслонки, показанной на фиг. 4. Фиг. 5 показывает примерный способ для эксплуатации перепускной заслонки турбонагнетателя с помощью электрического привода.
Со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответственный впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.
Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться во впускное окно, что известно специалистам в данной области техники как оконный впрыск. Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально длительности импульса, выдаваемой контроллером 12. Топливо подается в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показана).
Впускной коллектор 44 питается воздухом посредством компрессора 162. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая присоединена к валу 161, тем самым, приводя в движение компрессор 162. В некоторых примерах, перепускной канал 77 включен в состав, так что отработавшие газы могут обходить турбину 164 во время выбранных условий эксплуатации. Поток через перепускной канал 77 регулируется посредством перепускной заслонки 75. Перепускная заслонка 75 может открываться и закрываться с помощью команд в контроллере 12, которые управляют электрическим током у электродвигателя 170.
Перепускной канал 86 компрессора может быть предусмотрен в некоторых примерах, чтобы ограничивать давление, выдаваемое компрессором 162. Поток через перепускной канал 86 регулируется посредством клапана 85. Таким образом, поток воздуха в коллектор 44 может настраиваться с помощью перепускной заслонки 75 и/или перепускного канала 86 компрессора. В дополнение, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с центральным дросселем 62, который настраивает положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из воздухозаборника 42 двигателя. Центральный дроссель 62 может быть с электроприводом.
Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания для воспламенения топливовоздушной смеси через свечу 92 зажигания в ответ на действие контроллера 12. В других примерах, двигатель может быть двигателем с воспламенением от сжатия без системы зажигания, таким как дизельный двигатель. Универсальный датчик 126 кислорода отработавших газов (UEGO) показан присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. В качестве альтернативы, двухрежимный датчик кислорода отработавших газов может использоваться вместо датчика 126 UEGO.
Нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, включает в себя многочисленные брикеты катализатора. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выбросов, каждое с многочисленными брикетами. Нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, может быть катализатором трехкомпонентного типа.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве традиционного микрокомпьютера, включающего в себя: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) с датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом); и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает предопределенное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться частота вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).
В некоторых примерах, двигатель может быть присоединен к системе электродвигателя/аккумуляторной батареи в транспортном средстве с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, либо их варианты или комбинации. Кроме того, в некоторых примерах, могут применяться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.
Во время работы, каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска, обычно, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, с тем чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров, с тем чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется известным средством воспламенения, таким как свеча 92 зажигания, приводя к сгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливовоздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры.
Далее, со ссылкой на фиг. 2, показано схематическое изображение привода перепускной заслонки. Система привода перепускной заслонки, показанная на фиг. 2, может применяться к двигателю, показанному на фиг. 1, и она может эксплуатироваться согласно способу по п. 4.
Система 200 перепускной заслонки включает в себя перепускную заслонку 75, которая включает в себя пластину 208 перепускной заслонки. Электродвигатель 170 вращает шестерни в редукторе 204, чтобы настраивать положение пластины перепускной заслонки с помощью четырехзвенной тяги 206. В частности, вращательное движение электродвигателя 170 преобразуется в линейное движение, чтобы настраивать положение пластины 208 перепускной заслонки, которая может находиться в закрытом положении, когда расположена в перепускном канале 77, показанном на фиг. 1. пластина 208 перепускной заслонки, четырехзвенная тяга 206, зубчатая передача 204 и электродвигатель 170 могут подвергаться воздействию температур, больших, чем температура окружающей среды. Например, пластина 208 перепускной заслонки может подвергаться непосредственному воздействию температур отработавших газов. Электродвигатель 170, зубчатая передача 204 и четырехзвенная тяга могут подвергаться воздействию теплового излучения отработавших газов, теплового излучения двигателя, и тепла, вырабатываемого пропусканием тока через электродвигатель 170. В некоторых примерах, система 200 перепускной заслонки может быть расположена в моторном отсеке между блоком цилиндров двигателя и переборкой пассажирского отделения, где может обеспечиваться всего лишь ограниченная величина потока окружающего воздуха. Следовательно, материалы в системе 200 перепускной заслонки могут расширяться и сжиматься в зависимости от температур, которых достигают отдельные компоненты во время работы транспортного средства. Расширение и сжатие материала может оказывать влияние на положение пластины 208 перепускной заслонки относительно своего седла клапана внутри перепускного канала 77. Дополнительно, положение пластины 208 перепускной заслонки относительно ее седла клапана может оказывать влияние на поток отработавших газов через перепускной канал 77 и величину энергии отработавших газов, которая передается на компрессор 162, показанный на фиг. 1. Поэтому может быть желательным компенсировать температуры материалов в компонентах системы 200 перепускной заслонки.
Управление положением перепускной заслонки также может быть требующим усилий, так как положение выходного вала редуктора измеряется, в то время как цель состоит в том, чтобы управлять пластиной 208 перепускной заслонки относительно седла клапана. В частности, выходной вал редуктора имеет три степени свободы от пластины 208 перепускной заслонки. Следовательно, когда выходной вал редуктора находится в одиночном фиксированном положении, положение пластины 208 перепускной заслонки может меняться. По существу, удлинение четырехзвенной тяги или любых других типов систем рычажной передачи наряду со связанным с температурой клапанного агрегата дрейфом может не фиксироваться датчиком положения на выходе редуктора. Если стратегия управления положением перепускной заслонки не обеспечивает компенсацию, посадка пластины клапана на седло клапана может не быть желательной. Следовательно, система 200 перепускной заслонки может подвергаться воздействию механических напряжений, а также шума, вибрации и неплавности хода (NVH), приводящему к ухудшению характеристик.
Далее, со ссылкой на фиг. 3, показана высокоуровневая структурная схема управления для управления перепускной заслонкой с электроприводом. Система управления, показанная на фиг. 3, может применяться в системе, как показанная на фиг. 1 и 2. Дополнительно, система управления, показанная на фиг. 3, может включать в себя команды для способа, описанного на фиг. 4.
Регулятор, показанный на фиг. 3, является частью большей системы управления наддувом турбонагнетателя. Регулятор, показанный на фиг. 3, является регулятором с обратной связью, который осуществляет настройки (например, величины тока, подаваемого в электродвигатель) в отношении электродвигателя на основании обратной связи с датчика. Обратная связь с датчика может включать в себя, но не в качестве ограничения, электрический ток в электродвигателе, положение электродвигателя или редуктора, температуру перепускной заслонки и температуру двигателя.
Регулятор 300 является каскадным регулятором, который включает в себя три цепи обратной связи. В некоторых примерах, одна или более цепей обратной связи могут быть не включены в состав для упрощения регулятора, если требуется. Регулятор 300 имеет пропорционально-дифференциальную (ПД, PD), пропорционально-интегрально-дифференциальную (ПИД, PID) форму в качестве своей вешней цепи обратной связи по положению. Регулятор 300 также включает в себя пропорциональную (П, P), пропорционально-интегральную (ПИ, PI) цепь обратной связи по скорости в качестве своей первой внутренней цепи обратной связи. В заключение, регулятор 300 включает в себя контур регулирования тока в качестве своей второй внутренней цепи обратной связи.
В одном из примеров, цепь регулирования скорости может пропускаться с помощью программируемых выключателей. Таким образом, модифицированный вариант регулятора 300 может быть оснащен только цепями обратной связи регулирования тока и положения, как подробнее описано ниже. В еще одном примере, цепи регулирования могут выключаться с помощью программного обеспечения, так чтобы регулятор 300 включал в себя только цепь обратной связи регулирования положения, как подробнее описано ниже.
Регулятор 300 принимает требуемое положение перепускной заслонки из системы управления давлением перепускной заслонки, как показано с левой стороны фиг. 3. Требуемое положение перепускной заслонки может характеризоваться углом перепускной заслонки. Требуемое положение перепускной заслонки направляется в блок 302 и суммирующее соединение 304. В блоке 302, производная требуемого положения перепускной заслонки определяется и выводится в суммирующее соединение 308. Таким образом, производная требуемого положения перепускной заслонки подается напрямую в регулятор 300 в качестве требуемой угловой скорости перепускной заслонки. На суммирующем соединении 304, действующее положение (например, угол) перепускной заслонки вычитается из требуемого положения перепускной заслонки, чтобы формировать ошибку по положению перепускной заслонки. Ошибка по положению перепускной заслонки вводится в блок 306 ПИД, который выводит поправку положения электродвигателя на суммирующее соединение 308.
На суммирующем соединении 308, требуемая угловая скорость перепускной заслонки из блока 302 прибавляется к поправке положения электродвигателя из блока 306. Кроме того, действующая угловая скорость перепускной заслонки, в качестве определенной взятием производной действующего положения перепускной заслонки в блоке 322, вычитается из суммы требуемой угловой скорости перепускной заслонки и поправки положения электродвигателя, чтобы сформировать ошибку по скорости электродвигателя. Выходной сигнал суммирующего соединения 308 вводится в блок 310, где выполняется действия пропорционального и интегрального управления. Выходной сигнал блока 310 вводится в суммирующее соединение 312.
На суммирующем соединении 312, крутящий момент на выходном валу электродвигателя в качестве определенного посредством применения пропорционального коэффициента передачи в блоке 320 к току, текущему в электродвигатель, вычитается из выходного сигнала блока 310, чтобы выдавать ошибку крутящего момента электродвигателя. В одном из примеров, ток электродвигателя может определяться с помощью датчика тока, или он может оцениваться на основании таблицы, которая выводит ток электродвигателя на основании температуры электродвигателя и входного напряжения электродвигателя. Выходной сигнал с суммирующего соединения 312 вводится в блок 314, где выполняются пропорциональное и интегральное действия. Выходной сигнал блока 314 выводится в силовую электронику (PE), которая возбуждает привод перепускной заслонки на 318 в форме тока. Положение перепускной заслонки определяется посредством датчика, механически присоединенного к приводу перепускной заслонки в местоположении в пределах от электродвигателя до выхода редуктора и до четырехзвенной рычажной передачи.
В примерах, описанных ранее, цепь обратной связи по скорости перепускной заслонки может быть не включена в состав посредством исключения 302, 308 и 310. Выходной сигнал блока 306 затем вводится в суммирующее соединение 312, где вычитается крутящий момент электродвигателя привода. Дополнительно, 320, 314 и 312 могут не быть включены в состав наряду с 302, 308 и 310, чтобы давать упрощенный регулятор положения перепускной заслонки. В этом примере, выходной сигнал блока 306 вводится непосредственно в блок 316.
Далее, со ссылкой на фиг. 4, показан способ для эксплуатации перепускной заслонки турбонагнетателя с электрическим приводом. Способ по фиг. 4 может храниться в качестве выполняемых команд в постоянной памяти контроллера, показанного на фиг. 1. Кроме того, способ по фиг. 4 может быть заключен в системе, как описанная на фиг. 1-3.
На 402, способ 400 определяет условия эксплуатации. Условия эксплуатации могут включать в себя, но не в качестве ограничения, температуру двигателя, скорость транспортного средства, число оборотов двигателя, нагрузку двигателя, установки фаз клапанного распределения двигателя, температуру окружающей среды, ток, подаваемый в привод перепускной заслонки, и напряжение, подаваемое на привод перепускной заслонки. Способ 400 переходит на 404 после того, как определены условия эксплуатации.
На 404, способ 400 определяет температуру части привода электродвигателя перепускной заслонки, которая основана на потреблении энергии приводом перепускной заслонки. В одном из примеров, нагрев привода электродвигателя перепускной заслонки на основании потребления энергии электродвигателя перепускной заслонки моделируется в таблице, которая выводит определенный опытным путем нагрев электродвигателя перепускной заслонки, формируемый посредством протекания электрического тока через электродвигатель привода перепускной заслонки. Таблица индексируется током электродвигателя привода перепускной заслонки, температурой окружающей среды и температурой двигателя. Таким образом, оценка температуры электродвигателя привода перепускной заслонки учитывает рассеяние электроэнергии электродвигателем привода перепускной заслонки при определении температуры электродвигателя привода перепускной заслонки. Способ 400 переходит на 406 после того, как определена температура части электродвигателя привода перепускной заслонки, которая основана на потреблении энергии приводом перепускной заслонки.
В качестве альтернативы, дискретная модель электродвигателя привода перепускной заслонки может храниться в памяти. Модель может снабжаться параметрами и данными, которые эквивалентны условиям, применяемым к электродвигателю привода перепускной заслонки. Например, может снабжаться напряжением, приложенным к электродвигателю привода и оценками температуры привода. Модель выводит величину тока, подаваемого в электродвигатель привода перепускной заслонки.
На 406, способ 400 определяет температуру электродвигателя привода перепускной заслонки и скорость изменения температуры электродвигателя на основании модели сохранения энергии. В частности, изменение энергии в электродвигателе привода перепускной заслонки определяется с помощью следующего уравнения:
Где ΔE - изменение энергии электродвигателя привода перепускной заслонки, W - работа, приложенная к электродвигателю привода перепускной заслонки, а Q - тепло, привнесенное в электродвигатель привода перепускной заслонки. В одном из примеров, Q оценивается на основании выходного сигнала из 404 наряду с теплом, добавленным в электродвигатель привода перепускной заслонки турбонагнетателя от отработавших газов, теплом, добавленным в электродвигатель привода перепускной заслонки турбонагнетателя из двигателя, теплом, отведенным из электродвигателя привода перепускной заслонки турбонагнетателя из-за охлаждения окружающей средой, и теплом, добавленным или отведенным из электродвигателя привода перепускной заслонки посредством других источников. Энергия, добавленная в электродвигатель привода перепускной заслонки или отведенная из электродвигателя привода перепускной заслонки, преобразуется в тепло и прибавляется или вычитается из температуры электродвигателя привода перепускной заслонки в качестве определенной или логически выведенной во время запуска двигателя. В одном из примеров, температура электродвигателя привода перепускной заслонки при запуске двигателя может быть основана на или коррелирована с температурой двигателя во время запуска двигателя. Дополнительно, температуры других компонентов привода перепускной заслонки, в том числе, редуктора, четырехзвенной тяги и пластины перепускной заслонки, могут определяться подобным образом посредством сохранения энергии. По выбору, температуры этих компонентов могут логически выводиться из температуры электродвигателя перепускной заслонки. Способ 400 переходит на 408 после того, как оценена температура электродвигателя привода перепускной заслонки.
На 408, способ 400 оценивает, является или нет температура электродвигателя привода перепускной заслонки большей, чем первая пороговая температура. Если так, ответом является да и способ 400 переходит на 414. Иначе, ответом является нет и способ 400 переходит на 410.
На 410, способ 400 определяет настройки положения электродвигателя привода перепускной заслонки для компенсации температур электродвигателя привода перепускной заслонки и компонентов привода перепускной заслонки. Поскольку температура компонентов привода перепускной заслонки оказывает влияние на удлинение компонентов перепускной заслонки, выдаются настройки положения перепускной заслонки, основанные на температуре компонентов привода. В одном из примеров, настройки положения электродвигателя привода перепускной заслонки определяются опытным путем и сохраняются в одной или более таблиц или функций. Выходные данные из таблиц или функций прибавляются к требуемому положению привода перепускной заслонки (например, положению электродвигателя, редуктора или четырехзвенной рычажной передачи в зависимости от расположения датчика положения привода регулятора давления наддува), чтобы давать исправленное положение перепускной заслонки, которое учитывает температуры компонентов привода перепускной заслонки, в том числе, электродвигателя, четырехзвенной тяги и редуктора. Таким образом, положение пластины 208 перепускной заслонки может повторно управляться в требуемое положение, даже если температура привода перепускной заслонки оказывает влияние на расширение материала. Способ 400 переходит на 412 после того, как произведены настройки положения привода перепускной заслонки.
На 412, способ 400 настраивает параметры управления в ответ на температуры компонентов привода перепускной заслонки. В одном из примеров, температура электродвигателя привода перепускной заслонки используется для индексирования таблиц или функций, хранящих определенные опытным путем настройки для коэффициентов передачи регулятора. Таблицы и/или функции могут индексироваться на основании температуры привода перепускной заслонки. Например, настройки в отношении пропорционального, интегрального и/или дифференциального коэффициентов передачи для регулятора, показанного на фиг. 3, могут настраиваться в ответ на температуру электродвигателя привода перепускной заслонки. Посредством настройки коэффициентов передачи регулятора, может быть возможным улучшать характеристику привода перепускной заслонки даже в присутствие более высоких температур привода перепускной заслонки. Кроме того, параметры управления и коэффициенты передачи могут настраиваться в ответ на тепловое расширение компонентов привода перепускной заслонки посредством индексирования таблиц, подобных таблицам для настройки коэффициента передачи регулятора на основании температуры электродвигателя привода перепускной заслонки. Способ 400 переходит на 420 после того, как настроены коэффициенты передачи регулятора перепускной заслонки.
На 414, способ 400 уменьшает величину имеющегося в распоряжении тока электродвигателя привода перепускной заслонки. Кроме того, скорость изменения тока электродвигателя привода перепускной заслонки также может настраиваться. В одном из примеров, ток электродвигателя привода перепускной заслонки и скорость изменения тока электродвигателя привода перепускной заслонки может настраиваться пропорционально температуре электродвигателя перепускной заслонки. Например, если температура электродвигателя привода перепускной заслонки является большей, чем пороговая температура, на 20°C, ток электродвигателя привода перепускной заслонки может уменьшаться на 2 ампера или 10% разности температур. В еще одном примере, ток электродвигателя привода перепускной заслонки может уменьшаться до предопределенного тока, который может быть известным или предполагаемым для понижения температуры электродвигателя привода перепускной заслонки. Подобным образом, скорость изменения тока электродвигателя привода перепускной заслонки может уменьшаться до предопределенного тока, который может быть известным или предполагаемым для понижения температуры электродвигателя привода перепускной заслонки. Дополнительно, относительная длительность включения напряжения, приложенного к электродвигателю привода перепускной заслонки, может настраиваться для понижения температуры электродвигателя привода перепускной заслонки. В некоторых примерах, ток привода перепускной заслонки может уменьшаться в ответ на скорость изменения температуры привода перепускной заслонки. Например, ток, подаваемый в электродвигатель привода перепускной заслонки, может уменьшаться в качестве функции скорости изменения температуры электродвигателя привода перепускной заслонки. Если температура электродвигателя привода перепускной заслонки повышается с более высокой скоростью, ток электродвигателя перепускной заслонки может уменьшаться с более высокой скоростью. Способ 400 переходит на 416 после того, как уменьшен ток электродвигателя привода перепускной заслонки.
На 416, способ 400 оценивает, является или нет температура электродвигателя привода перепускной заслонки большей, чем вторая пороговая температура. Если так, ответом является да и способ 400 переходит на 418. Иначе, ответом является нет и способ 400 переходит на 420.
На 418, способ 400 дает команду перепускной заслонке в полностью открытое положение, так чтобы давление наддува, подаваемое в двигатель, понижалось. После того, как привод перепускной заслонки достигает полностью открытого положения, ток, подаваемый в электродвигатель привода перепускной заслонки, прекращает протекание, и привод перепускной заслонки выводится из работы до тех пор, пока температура привода перепускной заслонки не является меньшей, чем пороговая температура. Дополнительно, индикация, есть ли ухудшение характеристик привода перепускной заслонки, может подаваться водителю. Способ 400 переходит на выход после того, как привод перепускной заслонки временно выведен из работы.
На 420, способ 400 подает ток в электродвигатель привода перепускной заслонки и настраивает положение привода перепускной заслонки, так чтобы пластина 208 перепускной заслонки находилась в требуемом положении. Пропорциональная, интегральная и дифференциальная настройки могут выполняться регулятором перепускной заслонки, так чтобы пластина 208 перепускной заслонки приближалась к требуемому положению перепускной заслонки с требуемой скоростью реакции. Способ 420 переходит на 422.
На 422, способ 400 настраивает положение привода перепускной заслонки, как описано на фиг. 5 или 6, когда перепускной заслонке дана команда в положение концевого упора. Положение концевого упора может меняться во время разных условий эксплуатации двигателя в ответ на температуру и другие условия. Способ 400 переходит на выход после того, как положение перепускной заслонки настроено, как показано на фиг. 5 или 6, когда перепускной заслонке дана команда в положение концевого упора. Если перепускной заслонке не дана команда на концевой упор, способ 400 осуществляет выход.
Таким образом, способ по фиг. 4 предусматривает способ эксплуатации перепускной заслонки, содержащий: управление перепускной заслонкой с электронным приводом, в том числе, настройку срабатывания перепускной заслонки в ответ на тепловое расширение турбонагнетателя. Способ включает в себя те случаи, когда настройка срабатывания перепускной заслонки включает в себя настройку команды позиционирования перепускной заслонки с электронным приводом. Способ включает в себя те случаи, когда настройка срабатывания перепускной заслонки включает в себя настройку коэффициента передачи регулятора у регулятора перепускной заслонки. В некоторых примерах, способ дополнительно содержит уменьшение тока электродвигателя привода перепускной заслонки в ответ на температуру электродвигателя привода перепускной заслонки, являющуюся большей, чем первая пороговая температура.
В некоторых примерах, способ дополнительно содержит открывание перепускной заслонки с электронным приводом и прекращение электрического тока в перепускную заслонку с электронным приводом в ответ на температуру электродвигателя привода перепускной заслонки, являющуюся большей, чем вторая пороговая температура. Способ дополнительно содержит подачу тока на перепускную заслонку с электронным приводом в ответ на температуру электродвигателя перепускной заслонки, являющуюся меньшей, чем первая пороговая температура, после прекращения электрического тока в перепускную заслонку с электронным приводом. Способ также включает в себя те случаи, когда управление перепускной заслонкой с электронным приводом включает в себя выдачу пропорциональной и интегральной поправок.
Способ по фиг. 4 также включает в себя способ эксплуатации перепускной заслонки, содержащий: управление перепускной заслонкой с электронным приводом, в том числе, настройку срабатывания перепускной заслонки в ответ на скорость изменения температуры привода перепускной заслонки. Способ включает в себя те случаи, когда управление с настройкой срабатывания перепускной заслонки включает в себя настройку величины тока, подаваемого в перепускную заслонку с электронным приводом. Способ также включает в себя те случаи, когда управление с настройкой срабатывания перепускной заслонки включает в себя настройку скорости изменения тока, подаваемого в перепускную заслонку с электронным приводом.
В некоторых примерах, способ включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка с электронным приводом приводится в действие с помощью электродвигателя. Способ также включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка с электронным приводом управляется в ответ на скорость изменения температуры привода перепускной заслонки, когда температура привода перепускной заслонки превышает пороговую температуру. Способ дополнительно включает в себя те случаи, когда перепускная заслонка с электронным приводом управляется с помощью регулятора, включающего в себя множество каскадно включенных цепей обратной связи. Способ также включает в себя те случаи, когда одной из множества каскадно включенных цепей обратной связи является цепь обратной связи по скорости перепускной заслонки.
Способ по фиг. 4 также включает в себя управление перепускной заслонкой с электронным приводом в присутствие тепловых нагрузок, способ содержит: настройку команды перепускной заслонки с электронным приводом в ответ на ток привода, скорость привода и положение привода; и вывод из работы перепускной заслонки с электронным приводом в открытом положении в ответ на температуру перепускной заслонки с электронным приводом, превышающую пороговую температуру. Способ также включает в себя те случаи, когда скорость привода основана на производной положения перепускной заслонки.
В одном из примеров, способ дополнительно содержит настройку команды перепускной заслонки с электронным приводом в ответ на упреждающую настройку требуемого положения перепускной заслонки. Способ также дополнительно содержит настройку команды перепускной заслонки с электронным приводом в ответ на оцененную оценку температуры перепускной заслонки. Способ также включает в себя те случаи, когда оцененная оценка температуры перепускной заслонки по меньшей мере частично основана на потреблении энергии перепускной заслонкой. Способ также включает в себя те случаи, когда оцененная оценка температуры перепускной заслонки по меньшей мере частично основана на энергии, потребленной перепускной заслонкой с электронным приводом.
Обнаружение конечного упора может использоваться в стратегии управления клапаном перепускной заслонки. Например, обнаруженное положение концевого упора клапана перепускной заслонки может учитываться при настройке клапана перепускной заслонки, для того чтобы обеспечивать «мягкую посадку» в положении концевого упора. В одном из примеров, напряжение управления клапаном перепускной заслонки может постепенно повышаться до напряжения, соответствующего положению концевого упора, или скорость изменения клапана перепускной заслонки может понижаться по мере того, как клапан перепускной заслонки приближается к положению концевого упора. Таким образом, условия шума, вибрации, неплавности хода (NVH) и износа клапана могут уменьшаться.
Фиг. 5 показывает примерную стратегию управления клапаном перепускной заслонки, которая учитывает положения концевого упора, в соответствии с примером по настоящему раскрытию. Эта стратегия управления клапаном перепускной заслонки настраивает напряжение, соответствующее положению клапана перепускной заслонки, согласно изменению по линейному закону по мере того, как клапан перепускной заслонки приближается к каждому положению концевого упора, для того чтобы клапан перепускной заслонки имел мягкую посадку на седле клапана. В частности, на 502, клапану перепускной заслонки дается команда из полностью открытого положения концевого упора в частично закрытое положение. На 504, клапан перепускной заслонки настраивается согласно постепенному повышению напряжения в виде изменения по линейному закону до полностью закрытого положения. Другими словами, скорость изменения положения клапана перепускной заслонки может понижаться по мере того, как клапан перепускной заслонки приближается к положению концевого упора. Настройка изменения по линейному закону может предусматривать относительно постепенную настройку, которая может понижать вероятность столкновения клапана перепускной заслонки с седлом клапана на скорости, которая является большей, чем может требоваться. На 506, напряжение клапана перепускной заслонки настраивается на уровень напряжения, соответствующий полностью закрытому положению концевого упора. В некоторых примерах, уровень напряжения полностью закрытого положения концевого упора может настраиваться на основании условий эксплуатации, таких как уровень давления в турбонагнетателе. Соответственно, на 508, клапану перепускной заслонки дается команда из полностью закрытого положения концевого упора в частично закрытое положение. На 510, клапан перепускной заслонки настраивается согласно постепенному понижению напряжения в виде изменения по линейному закону до полностью открытого положения. На 512, напряжение клапана перепускной заслонки настраивается на уровень напряжения, соответствующий полностью открытому положению концевого упора. В некоторых примерах, уровень напряжения полностью открытого положения концевого упора может настраиваться на основании условий эксплуатации, таких как уровень давления в турбонагнетателе. В некоторых примерах, изменение по линейному закону напряжения на 512 может быть не включено в состав в пользу понижения напряжения вплоть до полностью открытого положения концевого упора.
Фиг. 6 показывает примерную стратегию управления клапаном перепускной заслонки, которая учитывает положения концевого упора, в соответствии с еще одним примером по настоящему раскрытию. Эта стратегия управления клапаном перепускной заслонки настраивает напряжение, соответствующее положению клапана перепускной заслонки, согласно экспоненциальной кривой по мере того, как клапан перепускной заслонки приближается к каждому положению концевого упора, для того чтобы клапан перепускной заслонки имел мягкую посадку на седле клапана. В частности, на 602, клапану перепускной заслонки дается команда из полностью открытого положения концевого упора в частично закрытое положение. На 604, клапан перепускной заслонки настраивается согласно постепенному повышению напряжения в виде экспоненциальной кривой в полностью закрытое положение. Другими словами, скорость изменения положения клапана перепускной заслонки может понижаться по мере того, как клапан перепускной заслонки приближается к положению концевого упора. Настройка кривой может предусматривать относительно постепенную настройку, которая может предохранять клапан перепускной заслонки от столкновения с седлом клапана. На 606, напряжение клапана перепускной заслонки настраивается на уровень напряжения, соответствующий полностью закрытому положению концевого упора. В некоторых примерах, уровень напряжения полностью закрытого положения концевого упора может настраиваться на основании условий эксплуатации, таких как уровень давления в турбонагнетателе. Соответственно, на 608, клапану перепускной заслонки дается команда из полностью закрытого положения концевого упора в частично закрытое положение. На 610, клапан перепускной заслонки настраивается согласно постепенному повышению напряжения в виде экспоненциальной кривой в полностью открытое положение. На 612, напряжение клапана перепускной заслонки настраивается на уровень напряжения, соответствующий полностью открытому положению концевого упора. В некоторых примерах, уровень напряжения полностью открытого положения концевого упора может настраиваться на основании условий эксплуатации, таких как уровень давления в турбонагнетателе. В некоторых примерах, кривая напряжения на 512 может быть не включена в состав в пользу понижения напряжения вплоть до полностью открытого положения концевого упора.
В некоторых примерах, минимальный уровень токового сигнала, при котором перепускная заслонка полностью закрывается, может настраиваться надлежащим образом по мере того, как меняются условия эксплуатации. В частности, токовый сигнал имеет непосредственное отношение к крутящему моменту, прикладываемому перепускной заслонкой, чтобы прижимать седло клапана, для того чтобы полностью закрывать перепускную заслонку. Минимальный крутящий момент для закрывания перепускной заслонки может меняться согласно уровню наддува турбонагнетателя. Например, на более высоких уровнях давления в турбонагнетателе, дополнительный крутящий момент может требоваться для прижимания клапана перепускной заслонки к седлу клапана, чтобы закрывать перепускную заслонку. С другой стороны, на более низких уровнях давления в турбонагнетателе, меньший крутящий момент может требоваться для прижимания клапана перепускной заслонки к седлу клапана, чтобы закрывать перепускную заслонку. Соответственно, регулятор может быть выполнен с возможностью настраивать уровень тока, используемый для определения положения концевого упора на основании уровня давления в турбонагнетателе. Другими словами, напряжение положения концевого упора может меняться на основании давления в турбонагнетателе.
Таким образом, как показано на фиг. 5 и 6, система двигателя содержит: клапан перепускной заслонки, приводимый в действие электроприводом; датчик положения, выдающий обратную связь, указывающую положение клапана перепускной заслонки; и контроллер, включающий в себя процессор и электронный запоминающий носитель, удерживающий команды, которые, когда выполняются процессором: управляют электроприводом, чтобы настраивать положение клапана перепускной заслонки, на основании обратной связи с датчика положения относительно положения концевого упора. Система двигателя с турбонагнетателем включает в себя те случаи, когда электронный запоминающий носитель дополнительно удерживает команды, которые, когда выполняются процессором: управляют электроприводом на основании положения концевого упора, положение концевого упора, на котором основываются, идентифицируется посредством контроля изменения положения обратной связи относительно изменения команды привода, и управляют электроприводом для уменьшения скорости изменения положения клапана перепускной заслонки по мере того, как клапан перепускной заслонки приближается к положению концевого упора. Система двигателя с турбонаддувом включает в себя те случаи, в которых положение концевого упора является положением, в котором клапан перепускной заслонки выравнивается с седлом клапана, чтобы по существу прекращать поток отработавших газов (например, меньше чем 5% полномасштабного потока отработавших газов через перепускную заслонку).
Как будет приниматься во внимание рядовым специалистом в данной области техники, способ, описанный на фиг. 4, может представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, различные проиллюстрированные этапы или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения целей, признаков и преимуществ, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя не проиллюстрировано явным образом, рядовой специалист в данной области техники будет осознавать, что одни или более из проиллюстрированных этапов или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.
Это завершает описание. Прочтение его специалистами в данной области техники напомнило бы многие изменения и модификации, не выходя из сущности и объема описания. Например, одноцилиндровый двигатель, рядные двигатели I2, I3, I4, I5 и V-образные двигатели V6, V8, V10, V12 и V16, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящее описание для получения преимущества.