Способ разомкнутого и замкнутого управления системой рециркуляции отработавших газов (варианты)
METHOD OF OPEN AND CLOSED CONTROL OF EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM (VERSIONS)

Область техники
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для управления системой рециркуляции отработавших газов двигателя транспортного средства.
Уровень техники и раскрытие изобретения
В системах управления двигателем применяют механизмы рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) для регулирования выбросов отработавших газов и повышения топливной экономичности. Механизмы РОГ могут представлять собой систему РОГ, перенаправляющую часть отработавших газов из выпускного канала в заборный канал по магистрали РОГ. В системах РОГ применяют датчик перепада давления ПД (DP) на диафрагме, расположенной ниже по потоку от клапана РОГ в магистрали РОГ для оценки массового расхода РОГ. Результат оценки массового расхода РОГ используют для определения угла опережения зажигания.
Однако при определенных параметрах работы двигателя, например, в режимах с высокой нагрузкой, и (или) когда абсолютное давление в коллекторе АДК (MAP) выше порогового, перепад давления на диафрагме подвержен изменениям из-за пульсации потока отработавших газов. Из-за этого напряжение выходного сигнала датчика ПД может быть повышенным, что обусловлено среднеквадратичным значением пульсаций отработавших газов. Иначе говоря, из-за пульсации отработавших газов напряжение выходного сигнала датчика ПД может быть выше, чем то, что соответствует фактическому расходу. В связи с этим, в режимах с высокими нагрузками результат оценки массового расхода РОГ может быть выше фактического расхода. Поскольку опережение зажигания устанавливают по результату оценки массового расхода РОГ, при этом обычно угол опережения зажигания изменяют на один градус для каждого процента результата оценки РОГ, завышенный результат оценки массового расхода РОГ может привести к детонации (из-за чрезмерного опережения зажигания). В результате, может возникнуть необходимость изменения момента зажигания в сторону запаздывания для подавления детонации, что может снизить топливную экономичность и эксплуатационные показатели.
Авторы настоящего изобретения выявили вышеуказанные недостатки. В одном примере их можно преодолеть, как минимум частично, используя способ для двигателя, содержащий шаги, на которых: оценивают массовый расход рециркуляции отработавших газов (РОГ) по выходному сигналу датчика перепада давления, когда нагрузка двигателя ниже пороговой; оценивают массовый расход РОГ по выходному сигналу датчика углекислого газа на впуске, когда нагрузка двигателя выше пороговой и без учета выходного сигнала датчика перепада давления; и регулируют момент зажигания в зависимости от результата оценки массового расхода РОГ. Так можно повысить достоверность оценки расхода РОГ в разных режимах нагрузки. Следовательно, можно с большей точностью устанавливать опережение зажигания, снижая риски детонации.
В качестве одного примера, в определенных режимах работы двигателя, например, когда нагрузка двигателя выше пороговой и (или) когда АДК выше порогового, система РОГ может работать в режиме разомкнутого управления. В режиме разомкнутого управления массовый расход РОГ оценивают не по выходному сигналу датчика ПД, а по данным прямой связи о содержании углекислого газа на впуске, найденным из зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя; а градус опережения зажигания устанавливают в зависимости от результата оценки массового расхода РОГ по значениям содержания углекислого газа на впуске. Кроме того, в разомкнутом режиме клапан РОГ не регулируют в зависимости от выходного сигнала датчика ПД, а удерживают в полностью или почти полностью открытом положении, зависящем от пороговой нагрузки.
В режимах работы двигателя с нагрузкой ниже пороговой система РОГ может работать в режиме замкнутого управления. В режиме замкнутого управления массовый расход РОГ оценивают по выходному сигналу датчика ПД, а градус опережения зажигания устанавливают в зависимости от результата оценки массового расхода РОГ по выходному сигналу датчика ПД. Кроме того, в режиме замкнутого управления клапан РОГ регулируют в зависимости от выходного сигнала датчика ПД. Например, положение клапана РОГ изменяют в зависимости от отклонения фактического выходного сигнала датчика ПД от необходимого выходного сигнала датчика ПД.
Таким образом, переходя из режима разомкнутого управления системой РОГ в режим замкнутого управления можно достовернее оценивать расход РОГ. Следовательно, можно с большей точностью устанавливать опережение зажигания, снижая риски детонации. В результате, можно ограничить необоснованное запаздывание зажигания, благодаря чему повышается топливная экономичность и эксплуатационные показатели. Технический эффект, достигаемый применением разомкнутого и замкнутого режимов для управления системой РОГ в зависимости от нагрузки и давления во впускном коллекторе, состоит в возможности повышения достоверности оценки расхода РОГ и точности установки опережения зажигания, а также снижении риска детонации и, тем самым, повышении топливной экономичности.
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 реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание фигур чертежа
На ФИГ. 1 схематически изображена система двигателя с двойным турбонаддувом, содержащая систему РОГ высокого давления.
На ФИГ. 2 представлен пример схемы частоты вращения и нагрузки, иллюстрирующий режимы разомкнутого и замкнутого управления РОГ.
На ФИГ. 3 представлен пример блок-схемы процесса разомкнутого и замкнутого управления РОГ.
На ФИГ. 4 представлена схема процесса, иллюстрирующая пример способа для перехода от режима замкнутого управления РОГ к режиму разомкнутого управления и наоборот.
На ФИГ. 5 представлена схема процесса, иллюстрирующая пример способа для замкнутого управления РОГ.
ФИГ. 6 иллюстрирует пример работы системы РОГ в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для замкнутого и разомкнутого управления системой РОГ в системе двигателя (например, системе двигателя на ФИГ. 1) в зависимости от нагрузки и (или) давление во впускном коллекторе для повышения достоверности оценки массового расхода РОГ в областях с сильной пульсацией отработавших газов. А именно, как показано на ФИГ. 2, системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме с обратной связью в условиях работы двигателя с нагрузкой ниже пороговой, а когда двигатель работает с нагрузкой выше пороговой, системой РОГ можно управлять в разомкнутом режиме с прямой связью. В некоторых примерах, дополнительно или взамен, системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме с обратной связью, когда абсолютное давление в коллекторе (АДК) ниже порогового, а когда АДК выше порогового, системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме с прямой связью. Пример разомкнутого режима с прямой связью и замкнутого режима с обратной связью представлен в блок-схеме на ФИГ. 3. Контроллер, например, тот, что изображен на ФИГ. 1, может быть выполнен с возможностью реализации алгоритма управления, например, алгоритма на ФИГ. 4, для перехода от замкнутого к разомкнутому управлению системой РОГ и наоборот, и примера алгоритма на ФИГ. 5 для замкнутого управления системой РОГ. Примеры разомкнутого и замкнутого управления системой РОГ согласно раскрываемому изобретению представлены на ФИГ. 6.
На ФИГ.1 схематически изображен пример системы 100 турбонаддувного двигателя, содержащей многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и два турбокомпрессора 120 и 130, которые могут быть идентичны. В качестве неограничивающего примера, система 100 двигателя может входить в состав силовой установки пассажирского транспортного средства. Хотя это и не показано на фигуре, возможно использование других комплектаций двигателя, например, двигателя с одним турбокомпрессором, без отступления от объема раскрываемого изобретения.
Системой 100 двигателя можно как минимум частично управлять с помощью контроллера 12 и управляющих воздействий водителя 190 транспортного средства через устройство 192 ввода. В данном примере устройство 192 ввода содержит педаль акселератора и датчик 194 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений (например, однокристальное постоянное запоминающее устройство), оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. В носитель информации - постоянное запоминающее устройство - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой постоянные команды, исполняемые микропроцессором для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью принимать данные от нескольких датчиков 165 и направлять сигналы управления нескольким исполнительным устройствам 175 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании). Прочие исполнительные устройства, например, различные дополнительные клапаны и дроссели, можно установить в различных точках системы 100 двигателя. Контроллер 12 может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать эти данные и приводить в действие исполнительные устройства по результатам обработки входных данных и в соответствии с командой или кодом, введенным в контроллер и относящимся к одному или нескольким алгоритмам. Иначе говоря, контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1, в том числе датчика 217 ПД, датчика 220 углекислого газа на впуске, датчика 182 давления воздуха в коллекторе (АДК) и датчика 168 кислорода на впуске, и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1, например, электропривод для клапана 210 РОГ высокого давления, установки момента зажигания и т.п., для изменения параметров работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и команд, хранящихся в памяти контроллера. Примеры алгоритмов управления раскрыты в настоящей заявке на примерах ФИГ. 3-5.
Всасываемый воздух может поступать в систему 100 двигателя по заборному каналу 140. Как показано на ФИГ.1, заборный канал 140 может содержать воздушный фильтр 156 и дроссель 115 воздухозаборной системы ВЗС (AIS). Положение дросселя 115 ВЗС можно регулировать с помощью системы управления посредством привода 117 дросселя, соединенным с контроллером 12 с возможностью связи.
Как минимум часть всасываемого воздуха можно направить в компрессор 122 турбокомпрессора 120 по первой линии заборного канала 140, показанной в виде позиции 142, и как минимум часть всасываемого воздуха можно направить в компрессор 132 турбокомпрессора 130 по второй линии заборного канала 140, показанной в виде позиции 144. Соответственно, система 100 двигателя содержит ВЗС 191 низкого давления ВЗС НД (LP AIS) выше по потоку от компрессоров 122 и 132 и ВЗС 193 высокого давления ВЗС ВД (HP AIS) ниже по потоку от компрессоров 122 и 132.
Канал 198 принудительной вентиляции картера ПВК (PCV) может соединять картер (не показан) со второй линией 144 заборного канала для контролируемого удаления из картера содержащихся в нем газов. Кроме того, можно удалять топливные пары из канистры улавливания топливных паров (не показана) в заборный канал по линии 195 удаления топливных паров, соединяющей канистру улавливания топливных паров со второй линией 144 заборного канала.
Первую часть общего объема всасываемого воздуха можно сжимать в компрессоре 122 и далее подавать во впускной коллектор 160 по воздухозаборному каналу 146. Таким образом, заборные линии 142 и 146 образуют первую ветвь воздухозаборной системы двигателя. Схожим образом, вторую часть общего объема всасываемого воздуха можно сжимать в компрессоре 132 и далее подавать во впускной коллектор 160 по воздухозаборному каналу 148. Таким образом, заборные линии 144 и 148 образуют вторую ветвь воздухозаборной системы двигателя. Как показано на ФИГ.1, всасываемый воздух из заборных линий 146 и 148 может соединяться в общем заборном канале 149 перед поступлением во впускной коллектор 160, откуда всасываемый воздух можно подавать в двигатель. В некоторых примерах, впускной коллектор 160 может содержать датчик 182 давления во впускном коллекторе для определения давления воздуха в коллекторе АДК (MAP) и (или) датчик 183 температуры во впускном коллекторе для определения температуры воздуха в коллекторе ТВК (МСТ), каждый из которых выполнен с возможностью связи с контроллером 12. В раскрытом примере заборный канал 149 также содержит охладитель 154 всасываемого воздуха ОВВ (САС) и дроссель 158. Положение дросселя 158 может регулировать система управления через привод 157 дросселя, соединенный с возможностью связи с контроллером 12. Как показано, дроссель 158 можно установить в заборном канале 149 ниже по потоку от охладителя 154 всасываемого воздуха и выполнить с возможностью изменения его положения для регулирования расхода потока всасываемых газов в двигатель 10.
Как показано на ФИГ.1, перепускной клапан 152 компрессора ПКК (CBV) можно расположить в канале 150 ПКК, а ПКК 155 - в канале 151 ПКК. В одном примере ПКК 152 и 155 могут представлять собой электронно-пневматические ПКК (EPCBV).
Положение ПКК 152 и 155 можно регулировать для сброса давления впускной системы, когда двигатель работает с наддувом. Передний по ходу конец канала 150 ПКК можно соединить с заборным каналом 144 выше по потоку от компрессора 132, а задний по ходу конец канала 150 ПКК можно соединить с заборным каналом 148 ниже по потоку от компрессора 132. Схожим образом, передний по ходу конец канала 151 ПКК можно соединить с заборным каналом 142 выше по потоку от компрессора 122, а задний по ходу конец канала 151 ПКК можно соединить с заборным каналом 146 ниже по потоку от компрессора 122. В зависимости от положения каждого из ПКК, сжатый воздух из соответствующего компрессора можно возвращать в заборный канал в точке выше по потоку от компрессора (например, в заборный канал 144 для компрессора 132 и заборный канал 142 для компрессора 122). Например, ПКК 152 можно открывать для перенаправления сжатого воздуха в область выше по потоку от компрессора 132, и (или) ПКК 155 можно открывать для перенаправления сжатого воздуха в область выше по потоку от компрессора 122 для сброса давления во впускной системе в отдельных режимах работы двигателя для снижения помпажа в компрессоре. ПКК 155 и 152 можно активно или пассивно управлять с помощью системы управления.
Как показано, датчик 196 давления на входе компрессора ДВхК (CIP) установлен в заборном канале 142, а датчик 169 ВЗС ВД установлен в заборном канале 149. Однако в других предполагаемых вариантах осуществления датчики 196 и 169 можно установить в других точках ВЗС НД и ВЗС ВД соответственно.
Двигатель 10 может содержать множество цилиндров 14. В раскрытом примере двигатель 10 содержит шесть V-образно расположенных цилиндров. А именно, шесть цилиндров расположены в два ряда 13 и 15, по три цилиндра в каждом ряду. В других примерах двигатель 10 может содержать два и более цилиндров: 3, 4, 5, 8, 10 или более. Цилиндры в разных количествах можно поровну распределять и устанавливать по различным схемам, например: V-образной, однорядной, оппозитной и т.п. Любой цилиндр 14 может быть выполнен с топливной форсункой 166. В раскрытом примере топливная форсунка 166 представляет собой форсунку непосредственного впрыска. Однако в других примерах топливная форсунка 166 может быть выполнена в виде топливной форсунки распределенного впрыска.
Всасываемый воздух, подаваемый в любой из цилиндров 14 (в настоящем описании также именуемых «камера 14 сгорания») по общему заборному каналу 149, можно использовать для сжигания топлива, продукты сгорания которого можно удалять по выпускным каналам, отдельным для каждого ряда цилиндров. В раскрытом примере продукты сгорания из первого ряда 13 цилиндров двигателя 10 можно удалять по общему выпускному каналу 17, а из второго ряда 15 цилиндров - по общему выпускному каналу 19.
Положение впускных и выпускных клапанов любого из цилиндров 14 можно регулировать с помощью гидравлических толкателей, соединенных со штангами толкателей клапанов, или с помощью механического кулачкового привода. В данном примере как минимум впускными клапанами любого из цилиндров 14 можно управлять с помощью системы кулачкового привода. А именно, система 25 кулачкового привода впускных клапанов может содержать один или несколько кулачков и может быть выполнена с возможностью изменения фаз кулачкового распределения или высоты подъема впускных и (или) выпускных клапанов. В других вариантах впускные клапаны могут быть электроприводными. Схожим образом, выпускные клапаны могут иметь кулачковый привод или быть электроприводными. В других вариантах кулачки могут быть нерегулируемыми.
Продукты сгорания, удаляемые из двигателя 10 по выпускному каналу 17, можно направлять через газовую турбину 124 в составе турбокомпрессора 120, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию на компрессор 122 через вал 126 для сжатия всасываемого воздуха. Вместо этого, часть потока или весь поток отработавших газов в выпускном канале 17 можно направить в обход турбины 124 по перепускному каналу 123 турбины, регулируя его с помощью регулятора 128 давления наддува. Положение регулятора 128 давления наддува можно регулировать через привод (не показан) по командам контроллера 12. В качестве неограничивающего примера, контроллер 12 может регулировать положение регулятора 128 давления наддува через пневматический привод, управляемый электромагнитным клапаном. Например, электромагнитный клапан может принимать сигнал для обеспечения срабатывания регулятора 128 давления наддува через пневматический привод в зависимости от перепада давления воздуха между заборным каналом 142 выше по потоку от компрессора 122 и заборным каналом 149 ниже по потоку от компрессора 122. В других примерах вместо электромагнитного клапана можно использовать другие подходящие решения для приведения в действие регулятора 128 давления наддува.
Схожим образом, продукты сгорания, удаляемые из двигателя 10 по выпускному каналу 19, можно направлять через газовую турбину 134 в составе турбокомпрессора 130, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию на компрессор 132 через вал 136 для сжатия всасываемого воздуха, протекающего через вторую ветвь впускной системы двигателя. Вместо этого, часть потока или весь поток отработавших газов в выпускном канале 19 можно направить в обход турбины 134 по перепускному каналу 133 турбины, регулируя его с помощью регулятора 138 давления наддува. Положение регулятора 138 давления наддува можно регулировать через привод (не показан) по командам контроллера 12. В качестве неограничивающего примера, контроллер 12 может регулировать положение регулятора 138 давления наддува через пневматический привод, управляемый электромагнитным клапаном. Например, электромагнитный клапан может принимать сигнал для обеспечения срабатывания регулятора 138 давления наддува через пневматический привод в зависимости от перепада давления воздуха между заборным каналом 144 выше по потоку от компрессора 132 и заборным каналом 149 ниже по потоку от компрессора 132. В других примерах вместо электромагнитного клапана можно использовать другие подходящие решения для приведения в действие регулятора 138 давления наддува.
В некоторых примерах газовые турбины 124 и 134 могут быть выполнены с изменяемой геометрией, при этом контроллер 12 может изменять положение лопаток рабочего колеса турбины (или направляющих лопаток) для изменения количества энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой на соответствующий компрессор. Или же газовые турбины 124 и 134 могут быть выполнены с сопловым аппаратом переменного сечения, причем контроллер 12 может изменять положение соплового аппарата турбины для изменения количества энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой на соответствующий компрессор. Например, система управления может быть выполнена с возможностью по отдельности изменять положение направляющего или соплового аппарата газовых турбин 124 и 134 через соответствующие исполнительные устройства.
Продукты сгорания, удаляемые из цилиндров по выпускному каналу 19, можно направить в атмосферу по выпускному каналу 180 ниже по потоку от турбины 134, а продукты сгорания, удаляемые по выпускному каналу 17, можно направить в атмосферу по выпускному каналу 170 ниже по потоку от турбины 124. Выпускные каналы 170 и 180 могут содержать одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, например, каталитический нейтрализатор, и один или несколько датчиков отработавших газов. Например, как показано на ФИГ. 1, выпускной канал 170 может содержать устройство 129 снижения токсичности отработавших газов, установленное ниже по потоку от турбины 124, а выпускной канал 180 может содержать устройство 127 снижения токсичности отработавших газов, установленное ниже по потоку от турбины 134. Устройства 127 и 129 снижения токсичности отработавших газов могут представлять собой устройства избирательного каталитического восстановления ИКВ (SCR), трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы ТКН (TWC), накопители оксидов азота, устройства снижения токсичности отработавших газов других типов или их комбинации. Кроме того, в некоторых вариантах устройства снижения токсичности отработавших газов 127 и 129 можно периодически регенерировать во время работы двигателя 10, например, путем подачи в как минимум один из цилиндров двигателя смеси с определенным воздушно-топливным отношением.
Система 100 двигателя может также содержать одну или несколько систем рециркуляции отработавших газов (РОГ) для перенаправления как минимум части отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор. В их число может входить одна или несколько систем РОГ высокого давления для РОГ под высоким давлением (РОГ ВД) и один или несколько контуров РОГ низкого давления (не показаны) для РОГ под низким давлением (РОГ НД).
В раскрытом примере система 100 двигателя может содержать систему 206 РОГ ВД. В раскрытом примере система 100 двигателя может быть оборудована системой РОГ ВД только на одном ряду V-образного двигателя. Система 206 РОГ ВД направляет необходимую часть отработавших газов из общего выпускного канала 17, выше по потоку от турбины 124, во впускной коллектор 160, ниже по потоку от впускного дросселя 158. Или же система 206 РОГ ВД может быть расположена между выпускным каналом 17 и заборным каналом 193, ниже по потоку от компрессора 122. Количество РОГ ВД, подаваемых во впускной коллектор 160, может изменять контроллер 12 с помощью клапана 210 РОГ, установленного в магистрали 208 РОГ ВД. Например, контроллер 12 может изменять положение клапана 210 РОГ, направляя управляющий сигнал (например, электрический сигнал, такой, как напряжение или ток) на привод клапана РОГ, например, на электродвигатель, могущий представлять собой электродвигатель постоянного тока, для подачи необходимого количества РОГ ВД. В примере осуществления на ФИГ. 1, система 206 РОГ ВД содержит охладитель 212 РОГ выше по потоку от клапана 210 РОГ. Охладитель 212 РОГ может отводить тепло рециркулируемых отработавших газов (РОГ), например, на хладагент двигателя.
Кроме того, в магистрали РОГ может быть установлен датчик 217 перепада давления (ПД). Датчик 217 ПД выполнен с возможностью определения давления и (или) температуры, и (или) концентрации отработавших газов. В одном примере выходные сигналы датчика 217 ПД можно использовать совместно с выходным сигналом датчика 182 АДК для оценки массового расхода РОГ. Например, датчик 217 ПД может определять перепад давления на диафрагме 219 регулирования расхода РОГ, расположенной ниже по потоку от клапана 210 РОГ, по которому, совместно с показанием АДК, можно получить показание количества РОГ. Датчик 217 ПД может направлять сигнал перепада давления (ПД) на диафрагме РОГ в контроллер 12. В некоторых примерах, датчик 217 может содержать элемент для измерения абсолютного давления в коллекторе (АДК) и элемент для измерения перепада давления (ПД), а также элемент для измерения температуры в коллекторе. В некоторых примерах, диафрагма 219 регулирования расхода может быть расположена выше по потоку от клапана 210 РОГ или ниже по потоку от клапана 210 РОГ, как показано. В некоторых примерах дополнительный датчик может определять положение клапана РОГ для указания изменений проходного сечения клапана РОГ по командам контроллера 12 и, тем самым, обеспечивать управление с обратной связью для регулирования положения клапана.
Система 100 двигателя также может содержать второй контур РОГ высокого давления (не показан) для перенаправления как минимум некоторого количества отработавших газов из выпускного канала 19 выше по потоку от турбины 134 в заборный канал 148 ниже по потоку от компрессора 132 или во впускной коллектор 160 ниже по потоку от впускного дросселя 158. Расход РОГ по контуру РОГ ВД 208 можно регулировать с помощью клапана 210 РОГ ВД.
Клапан 210 РОГ может быть выполнен с возможностью изменять количество и (или) расход отработавших газов, отводимых по соответствующей магистрали РОГ, для достижения необходимого процента разбавления отработавшими газами заряда, поступающего в двигатель. В качестве конкретного примера, во время работы двигателя с нагрузкой ниже пороговой, положение клапана 210 РОГ можно изменять, используя механизм замкнутого управления с обратной связью, для достижения необходимого массового расхода РОГ. Например, когда нагрузка двигателя ниже пороговой, по выходному сигналу датчика 217 ПД можно оценивать фактический массовый расход РОГ (то есть массовый расход РОГ в тот или иной момент). Необходимый массовый расход РОГ можно определять в зависимости от параметров работы двигателя (например, частоты вращения и нагрузки двигателя). Затем контроллер двигателя может определить отклонение фактического массового расхода РОГ от необходимого и изменить положение клапана 210 РОГ в зависимости от отклонения. Кроме того, в зависимости от фактического массового расхода РОГ, определенного по выходному сигналу датчика ПД, можно установить градус опережения зажигания. В некоторых примерах, в зависимости от отклонения фактического (или измеренного) выходного сигнала датчика ПД от необходимого выходного сигнала датчика ПД контроллер может регулировать положение клапана 210 РОГ.
Таким образом, при работе с нагрузкой ниже пороговой, данные обратной связи от датчика ПД можно использовать для управления клапаном РОГ для обеспечения необходимого массового расхода РОГ. Иначе говоря, во время работы двигателя с нагрузкой ниже пороговой, системой РОГ управляют в замкнутом режиме с обратной связью от датчика ПД.
При этом, при работе с нагрузкой выше пороговой, пульсирующий поток отработавших газов может привести к тому, что показание массового расхода РОГ от датчика ПД может превышать фактический массовый расход РОГ. Например, напряжение выходного сигнала датчика ПД может быть выше того, что соответствует фактическому расходу, из-за среднеквадратичных значений пульсаций отработавших газов. Следовательно, датчик ПД может показывать массовый расход РОГ выше фактического. Поэтому, для повышения достоверности оценки расхода РОГ при работе двигателя с нагрузкой выше пороговой фактический массовый расход РОГ в тот или иной момент можно определять не по выходному сигналу датчика ПД, а выводить из выходного сигнала датчика 220 углекислого газа на впуске. Например, отображение, устанавливающее соотношение между концентрациями углекислого газа и процентным содержанием РОГ при различных режимах частоты вращения и нагрузки, можно сохранить в памяти контроллера. Затем по концентрации углекислого газа на впуске, измеряемой датчиком углекислого газа на впуске, и расходу воздуха через двигатель, измеряемому датчиком МРВ, можно определять массовый расход РОГ. Затем определяют градус опережения зажигания в зависимости от расхода РОГ, оцененного по показаниям датчика углекислого газа на впуске.
Кроме того, при работе двигателя с нагрузкой выше пороговой, учитывая искажение выходного сигнала датчика ПД из-за пульсации отработавших газов, как было сказано выше, контроллер двигателя может регулировать положение клапана РОГ не в зависимости от выходного сигнала датчика ПД, а задействуя механизм разомкнутого управления системы РОГ. То есть клапан РОГ можно оставить в положении разомкнутого режима, когда двигатель работает с нагрузкой выше пороговой, и оценивать фактический массовый расход РОГ по показаниям датчика углекислого газа на впуске. В одном примере положение разомкнутого режима может представлять собой полностью открытое положение клапана 210 РОГ. В другом примере положение разомкнутого режима может зависеть от пороговой нагрузки. Например, при пороговой нагрузке контроллер может установить клапан РОГ в положение пороговой нагрузки для обеспечения необходимого расхода РОГ. Затем, пока нагрузка остается не ниже пороговой, клапан РОГ можно оставить в положении пороговой нагрузки и оценивать фактический массовый расход РОГ по найденным из отображения значениям содержания углекислого газа на впуске.
В некоторых примерах пороговую нагрузку может определять полностью открытое положение клапана 210 РОГ. В таких случаях положение пороговой нагрузки может представлять собой полностью открытое положение. В некоторых примерах положение пороговой нагрузки может представлять собой почти полностью открытое положение.
В раскрытом примере датчик углекислого газа на впуске расположен в месте соединения заборного канала 149 и магистрали 208 РОГ ВД. При этом в других вариантах осуществления датчик углекислого газа на впуске может быть расположен в заборном канале 149 ниже по потоку от дросселя 158. Датчик углекислого газа на впуске может представлять собой любой подходящий датчик с возможностью выдачи показания концентрации углекислого газа во всасываемом заряде.
Таким образом, при работе с нагрузками не ниже пороговой, данные обратной связи от датчика ПД нельзя использовать для управления клапаном РОГ; вместо этого клапан РОГ можно удерживать в положении, соответствующем пороговой нагрузке, или полностью открытым, и оценивать расход РОГ для установки момента зажигания по найденным из отображения значениям содержания углекислого газа на впуске. Иначе говоря, во время работы двигателя с нагрузкой ниже пороговой, системой РОГ управляют в разомкнутом режиме, используя не данные обратной связи от датчика ПД, а показания датчика углекислого газа на впуске.
Несмотря на то, что в вышеприведенном примере раскрыто управление системой РОГ с переходом от разомкнутого к замкнутому режиму и наоборот в зависимости от нагрузки, авторы настоящего изобретения выявили, что пульсации отработавших газов приводят к погрешностям показаний датчика ПД, когда абсолютное давление воздуха в коллекторе (АДК), определенное датчиком 182 АДК, выше порогового (например, 26 дюймов рт.ст.). Поэтому, переходить от замкнутого управления системой РОГ к разомкнутому и наоборот можно в зависимости от АДК. Соответственно, в одном примере во время работы двигателя с нагрузкой ниже пороговой и (или) когда АДК ниже порогового, системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме; и во время работы двигателя с нагрузкой выше пороговой и (или) когда АДК выше порогового, системой РОГ можно управлять в разомкнутом режиме.
Таким образом, переходя от разомкнутого к замкнутому режиму и наоборот при управлении системой РОГ, можно снизить влияние пульсации отработавших газов на оценку расхода РОГ. Следовательно, можно получить более достоверные результаты оценки расхода РОГ, в результате чего можно более точно устанавливать опережение зажигания. Так можно снизить риск детонации и, тем самым, повысить топливную экономичность и эксплуатационные показатели.
Несмотря на то, что в раскрытом в настоящем описании примере речь идет о системе двигателя с наддувом, необходимо отметить, что переход от замкнутого к разомкнутому управлению системой РОГ и наоборот для уменьшения влияния пульсации отработавших газов на оценку расхода РОГ можно применять и для двигателей других конфигураций, например, безнаддувного двигателя, без отступления от объема раскрываемого здесь изобретения.
Пример графика, на котором частота вращения двигателя изображена по оси X, а нагрузка двигателя - по оси Y, с указанием областей разомкнутого и замкнутого управления системой РОГ, представлен на ФИГ. 2. А именно, ФИГ. 2 иллюстрирует управление системой РОГ в разомкнутом режиме при нагрузках выше порога 202 и управление системой РОГ в замкнутом режиме при нагрузках ниже порога 202. Несмотря на то, что в примере на ФИГ. 2 указаны области разомкнутого и замкнутого управления системой РОГ на схеме частоты вращения и нагрузки, необходимо отметить, что управление системой РОГ может, дополнительно или взамен, зависеть от АДК, как вкратце раскрыто выше. Например, системой РОГ можно управлять в разомкнутом режиме, когда нагрузка двигателя выше пороговой нагрузки 202 и (или) когда АДК (определяемое датчиком 182 АДК, например) выше порогового; в противном случае, системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме. Управление системой РОГ в разомкнутом режиме и в замкнутом режиме, а также переход от одного режима к другому, подробно раскрыты на примерах ФИГ. 3-6.
Несмотря на то, что вышеуказанные примеры иллюстрируют оценку массового расхода РОГ в режиме разомкнутого управления по показаниям датчика углекислого газа на впуске, следует понимать, что в некоторых примерах, массовый расход РОГ можно оценивать по показаниям датчика 168 кислорода на впуске. В раскрытом примере датчик кислорода на впуске расположен ниже по потоку от охладителя 154 воздуха. При этом в других вариантах осуществления датчик 168 может быть установлен в месте соединения заборных каналов 146, 148 и 149 и выше по потоку от охладителя 154 воздуха или в другом месте вдоль заборного канала 149, например, ниже по потоку от дросселя 158. Датчик 168 кислорода на впуске 02 В (IAO2) может представлять собой любой подходящий датчик с возможностью указания концентрации кислорода во всасываемом заряде, например, линейный датчик кислорода, УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода и т.п. Контроллер 12 может оценивать процентное разбавление потоком РОГ по сигналу обратной связи от датчика 168 кислорода на впуске. Затем, в некоторых примерах, контроллер может изменять положение клапана 210 РОГ, дросселя 115 ВЗС или других исполнительных устройств для достижения необходимого процентного разбавления всасываемого заряда газами РОГ.
Система 100 двигателя может содержать различные датчики 165 в дополнение к указанным выше. Как показано на ФИГ.1, общий заборный канал 149 может содержать датчик 172 давления на входе дросселя ДВхД (TIP) для оценки давления на входе дросселя ДВхД и (или) датчик 173 температуры на входе дросселя для оценки температуры воздуха на дросселе ТВД (ТСТ), каждый из которых связан с контроллером 12. Кроме того, хотя это и не показано, любой из заборных каналов 142 и 144 может содержать датчик массового расхода воздуха, либо датчик массового расхода воздуха может быть расположен в общем канале 140.
На ФИГ. 3 в форме блок-схемы представлен пример способа 300 для замкнутого и разомкнутого управления системой РОГ, например, системой 206 РОГ на ФИГ. 1. В частности, способ 300 предусматривает, при нагрузках выше пороговой, управление системой РОГ в разомкнутом режиме 330, в котором расход РОГ оценивают по найденным из отображения значениям содержания углекислого газа на впуске; а при нагрузках ниже пороговой - управление системой РОГ в замкнутом режиме 320 на основе механизма обратной связи по давлению для регулирования расхода РОГ путем регулирования положения клапана РОГ с помощью ПИД-регулятора.
Когда нагрузка двигателя ниже пороговой, контроллер определяет необходимое процентное содержание РОГ в потоке свежего воздуха (%РОГ) в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя. Затем, в зависимости от массового расхода воздуха через двигатель (определенного по АДК и результатам расчетов соотношения скорости и плотности, или по показаниям датчика массового расхода воздуха), на шаге 306 контроллер определяет необходимый массовый расход РОГ «НЕОБХ. МРОГ» (DES ЕМ).
На следующем шаге 308 можно определить необходимый перепад давления «НЕОБХ. ПД» (DES DP) в зависимости от необходимого массового расхода РОГ и измеренного АДК, полученных в блоке 310. Блок 310 может содержать АДК, вычисленное по показаниям давления датчика ПД, например, датчика 217 на ФИГ. 1, расположенного на впускном коллекторе. На следующем шаге 312 можно вычислить необходимое напряжение датчика ПД «НЕОБХ. НАПРЯЖ.» (DES VOLTAGE) в зависимости от «НЕОБХ. ПД». Далее, на шаге 313 можно рассчитать сигнал отклонения «ОТКЛОН.» (ERROR) в зависимости от «НЕОБХ. НАПРЯЖ.» из блока 312 и фактического напряжения датчика ПД (блок 314) по показаниям датчика ПД. Затем ПИД-регулятор, показанный в блоке 316, может определить сигнал на срабатывание по рассчитанному сигналу «ОТКЛОН.». Сигнал на срабатывание можно применять для регулирования расхода РОГ путем изменения положения клапана РОГ, например, клапана 210 РОГ, посредством ПИД-регулятора. Например, при подаче сигнала на срабатывание на электропривод, например, привод 340, клапан РОГ можно установить в необходимое положение для обеспечения необходимого массового расхода РОГ («НЕОБХ. МРОГ») в двигатель. Сигнал на срабатывание может представлять собой сигнал продолжительности включения или сигнал напряжения, например.
Далее, во время замкнутого управления фактический расход РОГ можно оценивать по фактическому напряжению датчика ПД, а градус опережения зажигания можно устанавливать в зависимости от фактического расхода РОГ, оцененного по фактическому напряжению датчика ПД.
Таким образом, в замкнутом режиме расход РОГ можно регулировать с помощью механизма обратной связи по давлению с датчиком ПД, предусматривающего регулирование расхода РОГ клапаном РОГ в зависимости от вычисленного отклонения между необходимым напряжением датчика и фактическим напряжением датчика. В некоторых примерах, управлять клапаном РОГ с обратной связью можно в зависимости от отклонения фактического массового расхода РОГ, определенного по фактическому напряжению датчика, и необходимого массового расхода РОГ («НЕОБХ. МРОГ»).
Когда нагрузка двигателя выше пороговой, системой РОГ можно управлять в режиме разомкнутого управления, как указано на шаге 330. В разомкнутом режиме контроллер может установить клапан РОГ в полностью открытое положение и, как указано на шаге 332, фактический массовый расход РОГ можно оценивать по концентрации углекислого газа на впуске, измеренной датчиком/анализатором углекислого газа, например, датчиком 220 на ФИГ. 1, расположенным во впускном коллекторе. Например, можно установить соотношение концентрации углекислого газа на впуске и процентного содержания РОГ при различных режимах частоты вращения и нагрузки и сохранить его в виде справочной таблицы или отображения в памяти контроллера. Впоследствии можно вычислять процентное содержание РОГ по измеренной/оцененной концентрации углекислого газа на впуске. Затем можно определить фактический массовый расход РОГ как функцию процентного содержания РОГ и массового расхода воздуха через двигатель. Далее, на шаге 334 можно установить градус опережения зажигания в зависимости от фактического массового расхода РОГ.
В одном примере, в связи с изменением нагрузки от первой нагрузки ниже пороговой до второй нагрузки выше пороговой, переходят от замкнутого к разомкнутому регулированию расхода РОГ, при этом во время указанного перехода положение клапана РОГ линейно изменяют на полностью открытое. Кроме того, во время указанного перехода, когда положение клапана РОГ линейно изменяют на открытое, можно исходить из того, что клапан РОГ полностью открыт и оценивать массовый расход РОГ по концентрации углекислого газа на впуске, измеряемой датчиком углекислого газа, расположенным во впускном коллекторе. Например, справочную таблицу, устанавливающую соотношение концентрации углекислого газа на впуске с процентным содержанием РОГ для разомкнутого управления, можно сохранить в памяти контроллера. Оценив концентрацию углекислого газа на впуске, контроллер может оценить процентное содержание РОГ по справочной таблице. Затем можно вычислить результат оценки массового расхода РОГ по результату оценки процентного содержания РОГ и установить градус опережения зажигания в зависимости от результата оценки массового расхода РОГ. Таким образом, в условиях высокой нагрузки, оценивая расход РОГ по концентрации углекислого газа на впуске и без учета выходного сигнала датчика ПД, можно уменьшить погрешности оценки расхода РОГ из-за пульсаций отработавших газов, влияющих на выходные сигналы датчика ПД.
Кроме того, в связи с изменением нагрузки со второй нагрузки выше пороговой на первую нагрузку ниже пороговой, переходят от разомкнутого к замкнутому регулированию расхода РОГ, при этом во время указанного перехода к замкнутому регулированию расхода РОГ положение клапана РОГ линейно изменяют с полностью открытого на более закрытое. Сигнал на срабатывание для установки клапана РОГ в более закрытое положение зависит от необходимого расхода РОГ, определяемого по текущей частоте вращения и нагрузке. При этом, для установки опережения зажигания во время указанного периода перехода, когда положение клапана РОГ линейно изменяют на более закрытое, расход РОГ можно определять по концентрации углекислого газа на впуске, и опережение зажигания можно регулировать в зависимости от концентрации углекислого газа на впуске. По завершении указанного перехода, опережение зажигания можно устанавливать в зависимости от массового расхода РОГ, определяемого по выходному сигналу датчика ПД.
Таким образом, при управлении системой РОГ можно переходить от разомкнутого к замкнутому режиму и наоборот в зависимости от нагрузки для повышения достоверности оценки массового расхода РОГ.
Несмотря на то, что вышеприведенный пример иллюстрирует управление системой РОГ только в зависимости от нагрузки, в одном примере, когда нагрузка ниже пороговой и (или) когда АДК (согласно выходному сигналу датчика АДК, например, датчика 182 на ФИГ. 1) ниже порогового, системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме; и когда нагрузка выше пороговой и (или) когда АДК выше порогового, системой РОГ можно управлять в разомкнутом режиме. В одном примере пороговое давление может составлять 26 дюймов рт.ст.
На ФИГ. 4 представлена схема процесса, иллюстрирующая пример способа 400 для управления системой РОГ, например, системой 206 РОГ на ФИГ. 1, содержащей клапан РОГ, например, клапан 210 на ФИГ. 1, в двигателе, например, двигателе 10 на ФИГ. 1. А именно, способ 400 иллюстрирует переход от замкнутого к разомкнутому управлению системой РОГ и наоборот. Несмотря на то, что способ 400 иллюстрирует замкнутое и разомкнутое управление системой РОГ для системы двигателя с наддувом на ФИГ. 1, необходимо отметить, что способ 400 и остальные раскрытые в настоящем описании способы можно применять для других систем двигателей, например, безнаддувного двигателя, без отступления от объема раскрываемого здесь изобретения. Кроме того, команды для осуществления способа 400 и остальных раскрытых в настоящем описании способов может выполнять контроллер, например, контроллер 12 на ФИГ. 1, в соответствии с командами в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
Выполнение способа 400 начинают на шаге 402. На шаге 402 способ 400 включает в себя оценку и (или) измерение параметров работы двигателя. В их число могут входить, например, частота вращения и нагрузка двигателя, запрашиваемый водителем крутящий момент (согласно положению педали акселератора), наддув, АДК, МРВ, БД, температура двигателя, массовый расход РОГ, воздушно-топливное отношение и т.п. В зависимости от параметров работы двигателя и запрошенного крутящего момента, контроллер транспортного средства может изменять настройки одного или нескольких исполнительных устройств двигателя. В число регулируемых настроек исполнительных устройств могут входить, например, момент зажигания, проход клапана РОГ, изменение фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), ВТО, проход дросселя и т.п.
На следующем шаге 404 способ 400 включает в себя проверку того, превышает ли нагрузка двигателя пороговую. В некоторых примерах, дополнительно или взамен, можно проверить, превышает ли АДК пороговое давление. В одном примере пороговая нагрузка может соответствовать нагрузке в верхнем диапазоне нагрузок. Например, пороговая нагрузка может составлять 9 бар среднего эффективного тормозного давления СЭТД (ВМЕР). В другом примере в основе указанной пороговой нагрузки может лежать полностью открытое положение клапана РОГ. При нагрузке не ниже пороговой, из-за пульсаций отработавших газов в двигателе с турбонаддувом, датчик перепада давления (ПД), например, датчик 217 на ФИГ. 1, с возможностью оценки массового расхода РОГ может выдавать завышенный сигнал напряжения, в связи с чем результат оценки расхода РОГ превышает фактический расход РОГ. Поэтому, когда двигатель работает с нагрузкой не ниже пороговой, системой РОГ можно управлять в разомкнутом режиме, в котором расход РОГ оценивают не по выходному сигналу указанного датчика, а по показаниям датчика углекислого газа на впуске, например, датчика 220 на ФИГ. 1, как раскрыто ниже. Кроме того, в раскрытом в настоящем описании примере способа 400 клапан РОГ может оставаться в полностью открытом положении во время управления в разомкнутом режиме.
Соответственно, если нагрузка двигателя выше пороговой, способ 400 следует на шаг 406. На шаге 406 способ 400 включает в себя проверку того, находится ли клапан РОГ в полностью открытом положении. Например, при работе с первой нагрузкой двигателя ниже пороговой, до перехода от первой нагрузки двигателя на вторую нагрузку двигателя не ниже пороговой двигатель может работать в замкнутом режиме регулирования расхода РОГ. Следовательно, до указанного перехода положение клапана РОГ можно изменять в зависимости от данных обратной связи от датчика ПД для обеспечения необходимого расхода РОГ. Таким образом, до указанного перехода клапан РОГ может не быть полностью открытым, как и тогда, когда нагрузка меняется от первой нагрузки на вторую нагрузку. Соответственно, если будет установлено, что клапан РОГ не находится в полностью открытом положении, когда нагрузка выше пороговой, способ 400 следует на шаг 408.
На шаге 408 способ 400 включает в себя линейное изменение положения клапана РОГ на полностью открытое. Например, линейное изменение положения клапана РОГ на полностью открытое может представлять собой установку клапана РОГ из менее открытого положения в промежуточное более открытое положение и, наконец, в полностью открытое положение. Указанный переход из менее открытого положения в полностью открытое положение может включать в себя одно или несколько промежуточных более открытых положений. В некоторых примерах, например, когда величина прохода клапана РОГ в менее открытом положении превышает пороговую, клапан РОГ можно перевести из менее открытого положения в полностью открытое положение без каких-либо промежуточных более открытых положений. Кроме того, во время указанного линейного изменения, момент зажигания можно устанавливать в зависимости от результата оценки расхода РОГ по найденным из зависимости значениям содержания углекислого газа на впуске. Линейно изменив положение клапана РОГ на полностью открытое, способ 400 следует на шаг 412.
Вернемся на шаг 406: если будет установлено, что клапан РОГ полностью открыт, способ 400 следует на шаг 410. На шаге 410 способ 400 предусматривает удержание клапана РОГ в полностью открытом положении. Клапан РОГ можно удерживать в полностью открытом положении, пока нагрузка остается не ниже пороговой.
Несмотря на то, что в данном примере способа 400 положение клапана РОГ линейно изменяют на полностью открытое, необходимо отметить, что в некоторых примерах, когда нагрузка возрастает сверх пороговой, положение клапана РОГ можно линейно изменить на открытое положение пороговой нагрузки, которое может не быть полностью открытым, и удерживать в положении пороговой нагрузки до тех пор, пока нагрузка остается выше пороговой. Положение пороговой нагрузки может представлять собой почти полностью открытое положение, например.
Затем способ 400 следует на шаг 412. На шаге 412 способ 400 включает в себя оценку массового расхода РОГ (414) по найденным из отображения значениям содержания углекислого газа на впуске и без учета выходного сигнала датчика ПД, пока клапан РОГ остается в полностью открытом положении. То есть системой РОГ управляют в разомкнутом режиме с прямой связью, в котором клапан РОГ удерживают в полностью открытом положении до тех пор, пока нагрузка не упадет ниже пороговой, и, пока клапан РОГ находится в полностью открытом положении, массовый расход РОГ оценивают по выходному сигналу датчика углекислого газа, нагрузке двигателя и частоте вращения двигателя, и массовому расходу воздуха. Например, массовый расход РОГ можно оценивать по справочной таблице, устанавливающей соотношение значений содержания углекислого газа на впуске и процентного содержания РОГ в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя. По результату оценки процентного содержания РОГ по найденным из отображения значениям углекислого газа и массовому расходу воздуха можно оценить массовый расход РОГ. Далее, на шаге 414, способ 400 включает в себя выключение диагностики системы РОГ (416) на время управления РОГ в разомкнутом режиме.
Оценив массовый расход РОГ, способ 400 следует на шаг 418. На шаге 418 способ 400 включает в себя установку опережения зажигания в зависимости от результата оценки массового расхода РОГ. Таким образом, перейдя к разомкнутому регулированию расхода РОГ с прямой связью, когда двигатель работает с нагрузкой не ниже пороговой, и устанавливая опережение зажигания в зависимости от результата оценки расхода РОГ по найденным из отображения значениям содержания углекислого газа на впуске, а не по выходному сигналу датчика ПД, можно снизить риск детонации. Следовательно, можно ограничить необоснованное запаздывание зажигания, в результате чего повышается топливная экономичность и эксплуатационные показатели.
В одном примере переходить от замкнутого регулирования расхода РОГ к разомкнутому регулированию с прямой связью можно в связи с достижением или превышением порогового АДК. В одном примере в основе порогового давления может лежать АДК, при котором клапан РОГ полностью открыт. В другом примере пороговое давление может представлять собой заданное значение, например, 26 дюймов рт. ст.
Вернемся на шаг 404: если будет установлено, что нагрузка не превышает пороговую, способ 400 следует на шаг 420. На шаге 420 способ 400 включает в себя проверку того, осуществляется ли регулирование расхода РОГ в разомкнутом режиме. Например, можно установить, что расход РОГ регулируют в разомкнутом режиме, если положение клапана РОГ не изменяют в зависимости от выходного сигнала датчика ПД, и если расход РОГ оценивают по найденным из отображения значениям содержания углекислого газа на впуске, а не по выходному сигналу датчика ПД. В некоторых примерах, дополнительно или взамен, можно установить, что расход РОГ регулируют в разомкнутом режиме, если установлен флаговый указатель разомкнутого режима.
Если на шаге 420 будет получен ответ «ДА», способ 400 следует на шаг 422. Например, при работе с третьей нагрузкой двигателя не ниже пороговой, до перехода с третьей нагрузки двигателя на четвертую нагрузку двигателя ниже пороговой, двигатель может работать в разомкнутом режиме регулирования расхода РОГ. Поэтому, когда нагрузка меняется с третьей на четвертую, регулирование расхода РОГ может осуществляться в разомкнутом режиме. Соответственно, если будет установлено, что регулирование расхода РОГ происходит в разомкнутом режиме, когда нагрузка ниже пороговой, способ 400 следует на шаг 422. На шаге 422 способ 400 включает в себя определение необходимого расхода РОГ в зависимости от текущей частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя.
Определив необходимый расход РОГ, способ 400 следует на шаг 424. На шаге 424 способ 400 включает в себя линейное изменение положения клапана РОГ с полностью открытого на необходимое открытое положение, при этом необходимое открытое положение зависит от необходимого расхода РОГ. Например, необходимое открытое положение может представлять собой менее открытое положение, в связи с чем положение клапана РОГ можно линейно изменять с полностью открытого до менее открытого. Во время указанного линейного изменения, пока не будет достигнуто необходимое положение клапана РОГ, система РОГ может продолжить работу в разомкнутом режиме. Соответственно, во время указанного линейного изменения, опережение зажигания можно устанавливать в зависимости от результата оценки РОГ по найденной из отображения концентрации углекислого газа на впуске.
После установки клапана РОГ в необходимое положение, способ 400 следует на шаг 426. На шаге 426 расход РОГ регулируют в замкнутом режиме. Управление в замкнутом режиме включает в себя изменение положения клапана РОГ в зависимости от данных обратной связи от датчика ПД для оценки фактического расхода РОГ и регулирования опережения зажигания в зависимости от результата оценки фактического расхода РОГ по выходному сигналу датчика ПД. Процесс управления системой РОГ в замкнутом режиме будет подробно раскрыт ниже на примере ФИГ. 5.
На ФИГ. 5 представлена схема процесса, иллюстрирующая пример способа 500 для управления системой РОГ в замкнутом режиме.
На шаге 502 способ 500 включает в себя определение процентного содержания рециркулируемых отработавших газов (РОГ %) в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя. На следующем шаге 504 способ 500 включает в себя вычисление необходимого расхода РОГ («НЕОБХ. МРОГ») в зависимости от необходимого процентного содержания РОГ и расхода воздуха через двигатель (определяемого из АДК и результатов расчетов соотношения скорости и плотности или показаний датчика массового расхода воздуха). Необходимый расход РОГ можно вычислить по следующему уравнению:
Необходимый расход РОГ («НЕОБХ. МРОГ») = расход воздуха через двигатель * РОГ%/(1-РОГ%)
На следующем шаге 506 способ 500 включает в себя измерение и оценку фактического расхода РОГ по выходному сигналу датчика ПД, например, датчика 217 на ФИГ. 1. Например, перепад давления на диафрагме регулирования расхода РОГ, например, диафрагме 219 на ФИГ. 1, определяют по выходному сигналу датчика ПД. Затем можно определить фактический расход РОГ как функцию перепада давления и АДК, например, по квадратному корню произведения. Затем устанавливают опережение зажигания в зависимости от фактического расхода РОГ.
На следующем шаге 510 способ 500 включает в себя определение отклонения фактического расхода РОГ от необходимого расхода РОГ. В одном примере для расчета отклонения можно использовать пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор. Можно использовать регуляторы другой архитектуры, например, пропорциональный регулятора или пропорционально-интегральный регулятор, или иные регуляторы с возможностью комбинированных корректирующих и упреждающих управляющих воздействий.
На следующем шаге 512 способ 500 включает в себя изменение положения клапана РОГ, например, клапана 210 на ФИГ. 1, в зависимости от отклонения. Например, в основе сигнала на срабатывание лежит рассчитанный сигнал «ОТКЛОН.». По сигналу на срабатывание можно регулировать расход РОГ путем изменения положения клапана РОГ. В частности, сигнал на срабатывание может направить контроллер на электропривод постоянного тока, например, привод 340 на ФИГ. 3, управляющий клапаном РОГ.
Таким образом, системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме во время работы двигателя с нагрузками ниже пороговой.
На ФИГ. 6 представлен пример отображения 600, иллюстрирующего пример регулирования расхода РОГ. А именно, ФИГ. 6 иллюстрирует переход от разомкнутого к замкнутому управлению (и наоборот) системой РОГ, например, системой 206 РОГ на ФИГ. 1, содержащей клапан РОГ, например, клапан 210 РОГ на ФИГ. 1, в зависимости от нагрузки в соответствии с раскрываемым изобретением.
Последовательность на ФИГ. 6 можно обеспечить путем выполнения команд в системе на ФИГ. 1 согласно способу на ФИГ. 4 в сочетании со способом на ФИГ. 5. Вертикальные метки в моменты t0-t4 представляют значимые моменты последовательности.
А именно, первая сверху кривая на ФИГ. 6 представляет изменение нагрузки во времени, при этом нагрузка растет в направлении стрелки оси Y. Линия 602 представляет изменение нагрузки, а горизонтальная линия 604 - пороговую нагрузку.
Вторая сверху кривая на ФИГ. 6 представляет режим управления системой РОГ. Линия 606 представляет управление системой РОГ в разомкнутом режиме или в замкнутом режиме.
Третья сверху кривая на ФИГ. 6 представляет изменение положения клапана РОГ во времени, при этом проход клапана РОГ увеличивается в направлении стрелки оси Y. Линия 608 отражает фактическое изменение прохода клапана РОГ.
Четвертая сверху кривая на ФИГ. 6 представляет состояние диагностики системы РОГ. Линия 610 отражает состояние диагностики системы РОГ.
В момент t0, а также между t0 и t1, двигатель может работать с нагрузкой ниже пороговой. Поэтому системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме. Следовательно, положение клапана РОГ можно изменять в зависимости от данных обратной связи от датчика ПД, например, датчика 217 на ФИГ. 1. То есть, как раскрыто на ФИГ. 3, при замкнутом управлении положение клапана РОГ можно изменять в зависимости от отклонения фактического напряжения датчика ПД от необходимого напряжения датчика ПД, при этом необходимое напряжение датчика ПД зависит от необходимого расхода РОГ, оцениваемого как функция массового расхода воздуха через двигатель и необходимого процентного содержания РОГ при текущих частоте вращения и нагрузке. Кроме того, когда нагрузка ниже пороговой, и системой РОГ управляют в замкнутом режиме, фактический расход РОГ можно вычислять по фактическому напряжению датчика ПД, и опережение зажигания можно устанавливать в зависимости от результата определения фактического расхода РОГ. Кроме того, в момент Ю, а также между t0 и t1, можно выполнять диагностику система РОГ при наличии начальных условий.
В момент t1 нагрузка двигателя достигает пороговой. В связи с достижением пороговой нагрузки, между t1 и t2 можно перейти в режим разомкнутого управления системой РОГ из режима замкнутого управления. Переход к разомкнутому управлению включает в себя линейное изменение положения клапана РОГ от менее открытого до полностью открытого. В некоторых примерах переход к разомкнутому управлению включает в себя линейное изменение положения клапана РОГ на положение пороговой нагрузки, которое может представлять собой или не представлять собой полностью открытое положение. Переход к разомкнутому управлению также включает в себя оценку фактического расхода РОГ по концентрации углекислого газа на впуске, а не по выходному сигналу датчика ПД (например, напряжению датчика ПД). А именно, во время указанного перехода, когда положение клапана РОГ линейно изменяют на открытое, расход РОГ можно оценивать по отображению, устанавливающему соотношение концентрации углекислого газа на впуске при различных частотах вращения и нагрузках двигателя и процентного содержания РОГ. Концентрацию углекислого газа на впуске можно определять по выходному сигналу датчика углекислого газа, например, датчика 220 на ФИГ. 1. Кроме того, во время указанного перехода в режим разомкнутого управления, когда положение клапана РОГ линейно изменяют до полностью открытого, опережение зажигания можно устанавливать в зависимости от фактического расхода РОГ, оцениваемого по найденной из отображения концентрации углекислого газа на впуске.
В момент t2, а также между t2 и t3, нагрузка двигателя остается выше пороговой. В связи с этим, системой РОГ управляют в разомкнутом режиме. Управление системой РОГ в разомкнутом режиме включает в себя удержание клапана РОГ в полностью открытом положении и оценку фактического расхода РОГ по найденной из отображения концентрации углекислого газа на впуске. В некоторых примерах клапан РОГ можно удерживать в положении пороговой нагрузки. Кроме того, во время разомкнутого управления, опережение зажигания устанавливают в зависимости от фактического расхода РОГ, оцениваемого по найденной из отображения концентрации углекислого газа на впуске.
Таким образом, в условиях высокой нагрузки (например, выше 9 бар СЭТД), оценивая фактический расход РОГ по концентрации углекислого газа на впуске, а не по выходному сигналу датчика ПД, можно уменьшить погрешности оценки фактического расхода РОГ, возникающие из-за пульсаций отработавших газов, приводящих к тому, что выходное напряжение датчика ПД выше того, что соответствует фактическому расходу. Следовательно, можно уменьшить чрезмерное опережение зажигания из-за завышения результатов оценки фактического расхода РОГ по выходному сигналу датчика ПД. В результате можно уменьшить детонацию.
В момент t3 нагрузка двигателя падает ниже пороговой. В ответ на падение нагрузки двигателя ниже пороговой, переходят к замкнутому управлению системой РОГ. Соответственно, в момент t3, а также между t3 и t4, необходимый расход РОГ вычисляют в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя, и клапан РОГ устанавливают в первое необходимое положение для обеспечения необходимого расхода РОГ. Например, как раскрыто выше на примере ФИГ. 3, первое необходимое положение может зависеть от необходимого напряжения датчика, определенного по необходимому перепаду давления, при этом необходимый перепад давления определяют в зависимости от необходимого расхода РОГ, используя графическое представление. Необходимый расход РОГ можно вычислить как функцию необходимого процентного содержания РОГ и расхода воздуха через двигатель, при этом необходимое процентное содержание РОГ зависит от частоты вращения и нагрузки двигателя. После вычисления необходимого напряжения датчика направляют управляющий сигнал на привод клапана РОГ для установки последнего в первое необходимое положение из полностью открытого положения. Управляющий сигнал может представлять собой уровень напряжения или продолжительность включения, например.
Кроме того, установка клапана РОГ из полностью открытого положения в первое необходимое положение включает в себя линейное изменение положения клапана РОГ из полностью открытого положения в необходимое положение. Например, если первое необходимое положение является более закрытым, положение клапана РОГ можно линейно изменить от полностью открытого положения до промежуточного более закрытого и далее до еще более закрытого. Переход из полностью открытого положения в более закрытое (или менее открытое) положение может включать в себя одно или несколько промежуточных менее закрытых (или более открытых) положений. Кроме того, во время изменения положения от полностью открытого до первого необходимого положения, до тех пор, пока первое необходимое положение не будет достигнуто, фактический расход РОГ вычисляют по концентрации углекислого газа на впуске, а опережение зажигания устанавливают в зависимости от фактического расхода РОГ, вычисленного по концентрации углекислого газа на впуске.
В целом, во время перехода от режима разомкнутого управления в режим замкнутого управления, клапан РОГ устанавливают из полностью открытого положения в первое необходимое положение, при этом первое необходимое положение определяют в зависимости от необходимого напряжения датчика перепада давления для создания необходимого расхода РОГ при текущих частоте вращения и нагрузке. Кроме того, во время указанного перехода, до тех пор, пока клапан РОГ не будет установлен в первое необходимое положение, фактический расход РОГ оценивают по концентрации углекислого газа на впуске, а опережение зажигания устанавливают в зависимости от результата оценки фактического расхода РОГ по концентрации углекислого газа на впуске.
Далее, между t1 и t4, когда расход РОГ оценивают по показаниям датчика углекислого газа на впуске, а системой РОГ управляют в разомкнутом режиме, диагностика системы РОГ происходить не может (например, нельзя выполнять диагностику клапана РОГ, датчика ПД или охладителя РОГ).
Затем, в момент t4 клапан РОГ находится в первом необходимом положении. Кроме того, в момент t4 и после t4 нагрузка двигателя остается ниже пороговой. Соответственно, в момент t4 и после t4 система РОГ работает в режиме замкнутого управления, в связи с чем фактический расход РОГ вычисляют по выходному сигналу датчика ПД, а опережение зажигания устанавливают в зависимости от расхода РОГ, вычисленного по выходному сигналу датчика ПД. Кроме того, начиная с t4 и далее, положение клапана РОГ изменяют в зависимости от отклонения фактического напряжения датчика ПД от необходимого напряжения датчика ПД, при этом необходимое напряжение датчика ПД зависит от необходимого расхода РОГ при текущих частоте вращения и нагрузке. Иначе говоря, во время замкнутого управления положение клапана РОГ регулируют в зависимости от данных обратной связи от датчика ПД.
Таким образом, переходя от управления системой РОГ в разомкнутом режиме к управлению в замкнутом режиме в зависимости от нагрузки двигателя, можно повысить достоверность оценки расхода РОГ. Следовательно, можно повысить точность установки опережения зажигания. В результате, можно снизить риск детонации из-за чрезмерного опережения зажигания, например, являющегося следствием завышенного результата оценки расхода РОГ. В свою очередь, можно изменять момент зажигания в сторону запаздывания в качестве мер противодействия детонации, в результате чего повышается топливная экономичность и КПД.
Несмотря на то, что настоящий пример иллюстрирует переход от замкнутого к разомкнутому управлению системой РОГ и наоборот в зависимости от нагрузки, переход от управления системой РОГ в замкнутом режиме к управления в разомкнутом режиме и наоборот можно осуществлять в зависимости от абсолютного давления в коллекторе (АДК). Соответственно, в одном примере во время работы двигателя с нагрузкой ниже пороговой, и (или) когда АДК ниже порогового, системой РОГ можно управлять в замкнутом режиме; а во время работы двигателя с нагрузкой выше пороговой, и (или) когда АДК выше порогового, системой РОГ можно управлять в разомкнутом режиме. Кроме того, управление системой РОГ в замкнутом режиме и в разомкнутом режиме, а также переход от одного из указанных двух режимов к другому, можно осуществлять для двигателей различных конфигураций, например, для двигателя с наддувом и системой РОГ высокого давления и (или) низкого давления и безнаддувного двигателя.
В одном примере способ для двигателя содержит шаги, на которых: оценивают массовый расход рециркуляции отработавших газов (РОГ) по выходному сигналу датчика перепада давления, когда нагрузка двигателя ниже пороговой; оценивают массовый расход РОГ по выходному сигналу датчика углекислого газа на впуске, когда нагрузка двигателя выше пороговой и без учета выходного сигнала датчика перепада давления; и регулируют момент зажигания в зависимости от результата оценки массового расхода РОГ. В первом примере способа клапан РОГ находится в полностью открытом положении, когда нагрузка двигателя выше пороговой. Второй пример способа необязательно включает в себя указанный первый пример и дополнительно содержит шаг, на котором выключают диагностику системы РОГ, когда нагрузка двигателя превышает пороговую. Третий пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по второй и дополнительно включает в себя то, что во время первого перехода от первой нагрузки ниже пороговой на вторую нагрузку выше пороговой массовый расход рециркуляции отработавших газов оценивают не по выходному сигналу датчика перепада давления, а по выходному сигналу датчика углекислого газа на впуске. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно отличается тем, что во время указанного перехода положение клапана РОГ линейно изменяют на полностью открытое положение. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и дополнительно включает в себя то, что во время второго перехода со второй нагрузки выше пороговой на первую нагрузку ниже пороговой массовый расход рециркуляции отработавших газов оценивают не по выходному сигналу датчика перепада давления, а по выходному сигналу датчика углекислого газа на впуске. Шестой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и дополнительно отличается тем, что положение клапана РОГ линейно изменяют от полностью открытого положения до менее открытого положения, при этом менее открытое положение зависит от необходимого расхода РОГ при указанной второй нагрузке. Седьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по шестой и дополнительно отличается тем, что система РОГ представляет собой систему РОГ высокого давления (РОГ ВД). Восьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по седьмой и дополнительно отличается тем, что двигатель представляет собой V-образный двигатель; причем система РОГ ВД установлена только на одном ряду двигателя.
В другом примере способ для двигателя содержит шаги, на которых, если абсолютное давление воздуха в коллекторе превысит пороговое, положение клапана РОГ линейно изменяют до полностью открытого положения; и регулируют момент зажигания в зависимости от выходного сигнала датчика углекислого газа на впуске. В первом примере способа регулирование момента зажигания в зависимости от выходного сигнала датчика углекислого газа на впуске включает в себя определение процентного содержания РОГ по данным отображения, при этом данные отображения устанавливают соотношение между процентным содержанием РОГ и выходным сигналом датчика углекислого газа на впуске при различных частотах вращения и нагрузках двигателя; определение расхода РОГ по процентному содержанию РОГ и массовому расходу воздуха через двигатель; и установку угла опережения зажигания в зависимости от расхода РОГ. Второй пример способа необязательно включает в себя указанный первый пример и дополнительно содержит шаги, на которых, в ответ на падение АДК ниже порогового, линейно изменяют положение клапана РОГ от полностью открытого положения в необходимое положение, при этом необходимое положение зависит от частоты вращения и нагрузки двигателя; и регулируют момент зажигания в зависимости от выходного сигнала датчика перепада давления (ПД), измеряющего перепад давления на диафрагме в магистрали РОГ. Третий пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по второй и дополнительно отличается тем, что указанное необходимое положение является более закрытым положением; при этом степень открытия клапана РОГ в указанном более закрытом положении зависит от частоты вращения и нагрузки двигателя. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно отличается тем, что регулирование момента зажигания в зависимости от выходного сигнала датчика перепада давления (ПД) включает в себя: определение расхода РОГ по выходному сигналу датчика перепада давления; и установку угла опережения зажигания в зависимости от расхода РОГ. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и дополнительно включает в себя то, что, когда АДК превышает пороговое, клапан РОГ удерживают в полностью открытом положении; а когда АДК ниже порогового, положение клапана РОГ регулируют в зависимости от отклонения выходного сигнала датчика ПД от необходимого, при этом необходимый выходной сигнал датчика зависит от необходимого расхода РОГ при текущих частоте вращения и нагрузке двигателя.
В другом примере способ для двигателя содержит шаги, на которых: в первом режиме клапаном РОГ управляют в зависимости от отклонения между необходимым выходным сигналом датчика ПД и измеренным выходным сигналом датчика ПД, и регулируют момент зажигания в зависимости от измеренного выходного сигнала датчика ПД; а во втором режиме клапаном РОГ управляют без учета выходного сигнала датчика ПД и регулируют момент зажигания в зависимости от напряжения датчика углекислого газа на впуске. В первом примере способа указанный первый режим включает в себя нагрузку двигателя ниже пороговой, а указанный второй режим включает в себя нагрузку двигателя выше пороговой, при этом в основе указанной пороговой нагрузки лежит полностью открытое положение клапана РОГ. Второй пример способа необязательно включает в себя указанный первый пример и дополнительно содержит шаг, на котором во время события первого перехода из первого режима на второй режим линейно изменяют положение клапана РОГ до полностью открытого положения с одновременным регулированием момента зажигания, исходя из того предположения, что клапан РОГ находится в полностью открытом положении, и в зависимости от напряжения датчика углекислого газа на впуске; причем управление клапаном РОГ без учета выходного сигнала датчика ПД включает в себя удержание клапана РОГ в полностью открытом положении. Третий пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по второй и дополнительно включает в себя то, что во время события второго перехода из второго режима на первый режим линейно изменяют положение клапана РОГ от полностью открытого положения до менее открытого положения в зависимости от необходимого расхода РОГ с одновременным регулированием момента зажигания, исходя из того предположения, что клапан РОГ находится в полностью открытом положении, и в зависимости от напряжения датчика углекислого газа на впуске; и выключают диагностику системы РОГ во время событий первого и второго переходов. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно отличается тем, что указанный первый режим включает в себя абсолютное давление воздуха в коллекторе (АДК) ниже порогового, а указанный второй режим включает в себя АДК выше порогового.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и (или) транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти с возможностью выполнения их системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и прочими техническими средствами в составе 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 несколько 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 графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения команд, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и (или) свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, без учета того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.