СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Турбонагнетатели для двигателей внутреннего сгорания могут включать в себя регулятор давления наддува для регулирования части потока выхлопных газов, которая направляется через каскад турбины с приводом от выхлопных газов турбонагнетателя. Посредством изменения положения регулятора давления наддува, уровень наддува, обеспечиваемый каскадом компрессора турбонагнетателя, может повышаться или понижаться соответствующим образом. Двигатели, включающие в себя сдвоенные турбонагнетатели, такие как V-образные двигатели, могут использовать управление регулятором давления наддува для уравновешивания уровня наддува, выдаваемого каждым из турбонагнетателей (см. например, US 8,001,782, МПК F02B33/00, опубл. 23.08.2011). Типично, для двигателей со сдвоенным турбонагнетателем, предполагается, что система является симметричной, и по существу, каждому регулятору давления наддува одновременно дается команда в одинаковое положение.
Однако, авторы в материалах настоящего описания выявили, что большинство систем V-образных двигателей не полностью симметричны. Асимметрии, присутствующие в системах V-образных двигателей, могут включать в себя отличия маршрутизации системы выпуска, конструкции выпускного коллектора, конструкции отливки корпуса турбины и/или конструкции каналов регулятора давления наддува между рядами цилиндров двигателя. Дополнительно, изменчивость производственного процесса может привносить асимметрию в каналы регулятора давления наддува или систему пружин, используемую для противодействия пневматической силе в регуляторах давления наддува с пневматическим приводом. Кроме того, гистерезис в пределах приводов может вызывать асимметрию, где небольшие перемещения могут давать в результате каждый привод, находящийся на противоположных краях петли гистерезиса.
Таким образом, даже если регуляторам давления наддува дается команда в одинаковое положение, нарушение равновесия между турбонагнетателями по-прежнему может в результате происходить вследствие асимметрии, присутствующей в системе. Это может приводить к турбонагнетателям, работающим в разных рабочих состояниях, таких как работа на разной мощности турбины, скорости вращения вала турбины и, что касается пневматических приводов, разных положениях регулятора давления наддува. В некоторых условиях работы двигателя, может требоваться работать возле предела скорости вращения вала турбины. Однако, в асимметричной системе, самая быстровращающаяся турбина будет ограничивать рабочие характеристики системы и, в зависимости от величины асимметрии, возможности системы могут сильно уменьшаться.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Соответственно, предложена система двигателя, которая может предоставлять возможность выявления и уравновешивания нарушений симметрии, присутствующих в V-образном двигателе с двумя турбонагнетателями.
В одном из вариантов предложена система двигателя, содержащая:
двигатель, содержащий первую группу цилиндров и вторую группу цилиндров,
первый турбонагнетатель, включающий в себя первый регулятор давления наддува, привод первого регулятора давления наддува и датчик первого турбонагнетателя;
второй турбонагнетатель, включающий в себя второй регулятор давления наддува, привод второго регулятора давления наддува и датчик второго турбонагнетателя; и
контроллер, выполненный с возможностью регулировки привода первого регулятора давления наддува, пока параметр первого турбонагнетателя не станет равен параметру второго турбонагнетателя, на основании выходного сигнала с датчиков первого и второго турбонагнетателя,
при этом первый турбонагнетатель выполнен с возможностью приема выхлопных газов из первой группы цилиндров, а второй турбонагнетатель выполнен с возможностью приема выхлопных газов из второй группы цилиндров.
В одном из вариантов предложена система, в которой датчик первого турбонагнетателя и датчик второго турбонагнетателя содержат датчик скорости вращения турбины.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью расчета скорости вращения первого турбонагнетателя и скорости вращения второго турбонагнетателя на основании выходного сигнала из первого и второго датчика скорости вращения турбины, при этом контроллер выполнен с возможностью регулировки привода первого регулятора давления наддува, пока скорость вращения первого турбонагнетателя не совпадет со скоростью вращения второго турбонагнетателя.
В одном из вариантов предложена система, в которой датчик первого турбонагнетателя и датчик второго турбонагнетателя содержат датчик положения регулятора давления наддува.
В одном из вариантов предложена система, в которой каждый датчик положения регулятора давления наддува измеряет одно или более из штока, рычажного механизма и клапана регулятора давления наддува для измерения положения регулятора давления наддува.
В одном из вариантов предложена система, в которой датчик первого турбонагнетателя и датчик второго турбонагнетателя содержат датчик тока электродвигателя привода регулятора давления наддува.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью расчета коэффициента давления первой турбины первого турбонагнетателя и коэффициента давления второй турбины второго турбонагнетателя на основании выходного сигнала из первого и второго датчиков тока электродвигателя привода регулятора давления наддува.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью расчета мощности турбины первого турбонагнетателя на основании рассчитанного коэффициента давления первой турбины и мощности турбины второго турбонагнетателя на основании рассчитанного коэффициента давления второй турбины.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью регулировки привода первого регулятора давления наддува и привода второго регулятора давления наддува, пока мощность турбины первого турбонагнетателя не совпадет с мощностью турбины второго турбонагнетателя.
Таким образом, выходной сигнал с датчиков турбонагнетателя может использоваться для выявления, является ли параметр турбонагнетателя, такой как скорость вращения или мощность турбины, неуравновешенным между двумя турбонагнетателями. Если турбонагнетатели являются неуравновешенными, регулятор давления наддува по меньшей мере первого турбонагнетателя может регулироваться до тех пор, пока параметры турбонагнетателей не приводятся к выравниванию. Таким образом, небольшие колебания величины наддува, выдаваемого каждым турбонагнетателем, могут уравновешиваться. Кроме того, рабочие характеристики двигателя могут повышаться посредством выявления, является ли турбонагнетатель работающим на скорости вращения или выходной мощности, более низкой, чем требуется, и регулировки регулятора давления наддува такого турбонагнетателя, чтобы повышать рабочие характеристики турбонагнетателя.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, представлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематичное изображение примерной системы двигателя.
Фиг. 2 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую способ уравновешивания турбонагнетателей согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
фиг. 3 - схема, иллюстрирующая примерные интересующие рабочие параметры.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Как пояснено выше, могут присутствовать асимметрии между рядами V-образного двигателя. Эти асимметрии могут приводить к неуравновешенной рабочей характеристике турбонагнетателей, даже если регуляторы давления наддува каждого турбонагнетателя подвергаются команде в одинаковое положение. Чтобы уравновешивать неуравновешенные турбонагнетатели, каждый турбонагнетатель может быть оснащен датчиком, таким как датчик скорости вращения турбины, либо датчик положения регулятора давления наддува или тока электродвигателя привода. Выходной сигнал с датчиков турбонагнетателя может использоваться для расчета параметра рабочей характеристики турбонагнетателя, такого как мощность турбины или скорость вращения турбины. Если скорость вращения или мощность турбины между двумя турбонагнетателями не совпадают, регуляторы давления наддува турбонагнетателей могут регулироваться до тех пор, пока соответствующие параметры не уравновешены. Фиг. 1 показывает двигатель, включающий в себя два турбонагнетателя, регулятора давления наддува и датчика турбонагнетателя. Фиг. 1 также включает в себя систему управления, которая может выполнять способ, проиллюстрированный на фиг. 2. Примерные рабочие параметры, наблюдаемые при осуществлении способа по фиг. 2, проиллюстрированы на фиг. 3.
Фиг. 1 показывает схематичное изображение примерной системы 100 двигателя, включающей в себя многоцилиндровый двигатель 110 внутреннего сгорания и пару одинаковых турбонагнетателей 120 и 130. В качестве одного из неограничивающих примеров, система 100 двигателя может быть включена в качестве части силовой установки для пассажирского транспортного средства. Система 100 двигателя может принимать всасываемый воздух через впускной канал 140. Впускной канал 140 может включать в себя воздушный фильтр 156. По меньшей мере часть всасываемого воздуха (MAF_1) может направляться в компрессор 122 турбонагнетателя 120 через первую ветвь впускного канала 140, как указано на 142, и по меньшей мере часть всасываемого воздуха (MAF_2) может направляться в компрессор 132 турбонагнетателя 130 через вторую ветвь впускного канала 140, как указано на 144.
Первая часть совокупного всасываемого воздуха (MAF_1) может сжиматься посредством компрессора 122, где она может подаваться во впускной коллектор 160 через впускной воздушный канал 146. Таким образом, впускные каналы 142 и 146 формируют первую ветвь системы впуска воздуха двигателя. Подобным образом, вторая часть совокупного всасываемого воздуха (MAF_2) может сжиматься посредством компрессора 132, где она может подаваться во впускной коллектор 160 через впускной воздушный канал 148. Таким образом, впускные каналы 144 и 148 формируют вторую ветвь системы впуска воздуха двигателя. Как показано на фиг. 1, всасываемый воздух из впускных каналов 146 и 148 может повторно объединяться посредством общего впускного канала 149 перед подачей во впускной коллектор 160, где всасываемый воздух может выдаваться в двигатель. В некоторых примерах, впускной коллектор 160 может включать в себя датчик 182 давления во впускном коллекторе и/или датчик 183 температуры впускного коллектора, каждый на связи с системой 190 управления. Впускной канал 149 может включать в себя охладитель 154 воздуха и/или дроссель 158. Положение дросселя может регулироваться системой управления посредством привода 157 дросселя, с возможностью связи присоединенного к системе 190 управления. Как показано на фиг. 1, первый клапан 152 рециркуляции компрессора (CRV1) и второй клапан 153 рециркуляции компрессора (CRV2) могут быть предусмотрены, чтобы избирательно подвергать рециркуляции всасываемый воздух вокруг каскадов компрессора турбонагнетателей 120 и 130 через каналы 150, 151 рециркуляции.
Двигатель 110 может включать в себя множество цилиндров, два из которых показаны на фиг.1 в качестве 2001 и 2002. Отметим, что, в некоторых примерах, двигатель 110 может включать в себя более чем два цилиндра, к примеру, 3, 4, 5, 6, 8, 10 или более цилиндров. Эти различные цилиндры могут быть поделены поровну и расположены в V-образной конфигурации в ряд с одним из цилиндров 2001 и 2002. Цилиндры 2001 и 2002 из числа других цилиндров двигателя могут быть идентичными в некоторых примерах и включать в себя идентичные компоненты. По существу, будет подробно описан один цилиндр 2001. Цилиндр 2001 включает в себя камеру 2201 сгорания, определенную стенками 2401 камеры сгорания. Поршень 3001 расположен в пределах камеры 2201 сгорания и присоединен к коленчатому валу 34 посредством шатуна 3201. Коленчатый вал 34 может включать в себя датчик 181 скорости вращения двигателя, который может идентифицировать скорость вращения коленчатого вала 34. Датчик 181 скорости вращения двигателя может поддерживать связь с системой 190 управления, чтобы давать возможность определения скорости вращения двигателя. Цилиндр 2001 может включать в себя свечу 701 зажигания для подачи искры зажигания в камеру 2201 сгорания. Однако, в некоторых примерах, свеча 701 зажигания может быть не включена в состав, например, в тех случаях когда двигатель 110 выполнен с возможностью обеспечивать сгорание посредством воспламенения от сжатия. Камера 2201 сгорания может включать в себя топливную форсунку 601, которая, в этом примере, выполнена в виде топливной форсунки впрыска во впускной канал. Однако, в других примерах, топливная форсунка 601 может быть выполнена в виде форсунки непосредственного впрыска в цилиндр.
Цилиндр 2001 дополнительно может включать в себя по меньшей мере один впускной клапан 401, приводимый в действие посредством привода 421 впускного клапана, и по меньшей мере один выпускной клапан 501, приводимый в действие посредством привода 521 выпускного клапана. Цилиндр 2001 может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов наряду с связанными приводами клапанов. В этом конкретном примере, приводы 421 и 521 выполнены в виде кулачковых приводов, однако, в других примерах, могут использоваться электромагнитные приводы клапанов (EVA). Привод 421 впускного клапана может приводиться в действие для открывания и закрывания впускного клапана 401, чтобы впускать всасываемый воздух в камеру 2201 сгорания через впускной канал 162, сообщающийся с впускным коллектором 160. Подобным образом, привод 521 выпускного клапана может приводиться в действие для открывания и закрывания выпускного клапана 501, чтобы выпускать выхлопные газы из камеры 2201 сгорания в выпускной канал 166. Таким образом, всасываемый воздух может подаваться в камеру 2201 сгорания через впускной канал 162, и выхлопные газы могут выпускаться из камеры 2201 сгорания через выпускной канал 166.
Следует понимать, что цилиндр 2002 или другие цилиндры двигателя 110 могут включать в себя одинаковые или подобные компоненты цилиндра 2001, как описано выше. Таким образом, всасываемый воздух может подаваться в камеру 2202 сгорания через впускной канал 164, и выхлопные газы могут выпускаться из камеры 2202 сгорания через выпускной канал 168. Отметим, что, в некоторых примерах, первый ряд цилиндров двигателя 110, в том числе, цилиндр 2001, а также другие цилиндры могут выпускать выхлопные газы через общий выпускной канал 166, а второй ряд цилиндров, в том числе, цилиндр 2002, а также другие цилиндры могут выпускать выхлопные газы через общий выпускной канал 168.
Выхлопные газы, которые выпускаются двигателем 110 через выпускной канал 166, могут направляться через выпускную турбину 124 турбонагнетателя 120, которая, в свою очередь, может выдавать механическую работу на компрессор 122 через вал 126, чтобы обеспечивать сжатие всасываемого воздуха, как описано выше. В качестве альтернативы, некоторая часть или все выхлопные газы, протекающие через выпускной канал 166, могут обходить турбину 124 через обводной канал 123 турбин, в то время как управляются регулятором 128 давления наддува. Положение регулятора 128 давления наддува может управляться приводом 129, как указано системой 190 управления. В качестве одного из неограничивающих примеров, система 190 управления может регулировать положение привода 129 посредством электромагнитного клапана 121. В этом конкретном примере, электромагнитный клапан 121 модулирует давление между давлением воздуха во впускном канале 142, расположенном выше по потоку от компрессора 122, и давлением воздуха во впускном канале 149, расположенном ниже по потоку от компрессора 122. Как указано фиг.1, система 190 управления поддерживает связь с приводом 129 через электромагнитный клапан 121. Однако, следует понимать, что, в других примерах, могут использоваться другие пригодные подходы для приведения в действие регулятора 128 давления наддува. Например, привод 129 может приводиться в действие электрически посредством электродвигателя.
Датчик 194 может быть расположен на или возле турбонагнетателя 120. В одном из примеров, датчик 194 может выявлять скорость вращения турбины. В еще одном примере, датчик 194 может выявлять положение регулятора 128 давления наддува. Например, положение одного или более из штока, рычажного механизма или клапана регулятора давления наддува может выявляться датчиком 194. В еще одном другом примере, датчик 194 может выявлять один или более атрибутов привода 129. Датчик 194 может измерять положение регулятора давления наддува посредством измерения выходного сигнала из электродвигателя привода 129, например, если приводом 129 является электронным приводом, либо может измерять ток у электродвигателя электронного привода. Выходной сигнал с датчика 194 может использоваться для расчета скорости вращения турбины или мощности турбины, как пояснено ниже.
Подобным образом, выхлопные газы, которые выпускаются двигателем 110 через выпускной канал 168, могут направляться через выпускную турбину 134 турбонагнетателя 130, которая, в свою очередь, может выдавать механическую работу на компрессор 132 через вал 136, чтобы обеспечивать сжатие всасываемого воздуха, протекающего через вторую ветвь системы впуска двигателя. В качестве альтернативы, некоторая часть или все выхлопные газы, протекающие через выпускной канал 168, могут обходить турбину 134 через обводной канал 133 турбин, в то время как управляются регулятором 138 давления наддува. Положение регулятора 138 давления наддува может управляться приводом 139, как указано системой 190 управления. Положение регулятора 138 давления наддува может управляться приводом 139, как указано системой 190 управления. В качестве одного из неограничивающих примеров, система 190 управления может регулировать положение привода 139 посредством электромагнитного клапана 131. В этом конкретном примере, электромагнитный клапан 131 модулирует давление между давлением воздуха во впускном канале 144, расположенном выше по потоку от компрессора 132, и давлением воздуха во впускном канале 149, расположенном ниже по потоку от компрессора 132. Как указано фиг. 1, система 190 управления поддерживает связь с приводом 139 через электромагнитный клапан 131. Однако, следует понимать, что, в других примерах, могут использоваться другие пригодные подходы для приведения в действие регулятора 138 давления наддува, такого как регулятор давления наддува с электрическим приводом.
Датчик 192 может быть расположен на или возле турбонагнетателя 130. В одном из примеров, датчик 192 может выявлять скорость вращения турбины. В еще одном примере, датчик 192 может выявлять положение регулятора 138 давления наддува. Например, положение одного или более из штока, рычажного механизма или клапана регулятора давления наддува может выявляться датчиком 192. В еще одном другом примере, датчик 192 может выявлять один или более атрибутов привода 139. Датчик 192 может измерять положение регулятора давления наддува посредством измерения выходного сигнала из электродвигателя привода 139, например, если приводом 139 является электронным приводом, либо может измерять ток у электродвигателя электронного привода. Выходной сигнал с датчика 192 может использоваться для расчета скорости вращения турбины или мощности турбины, как пояснено ниже.
В некоторых примерах, выпускные турбины 124 и 134 могут быть выполнены в виде турбин с переменной геометрией, в силу чего, связанные приводы 125 и 135 могут использоваться для регулировки положения лопастей рабочего колеса турбины, чтобы менять уровень энергии, который получается из потока выхлопных газов и сообщается своему соответственному компрессору. Например, система управления может быть выполнена с возможностью независимо менять геометрию выпускных газовых турбин 124 и 134 посредством им соответствующих приводов 125 и 135. Как пояснено ранее, турбонагнетатели 120 и 130 могут становиться неуравновешенными, например, работают при разных скоростях вращения турбин или с разными мощностями турбин. Чтобы уравновешивать турбонагнетатели, могут регулироваться приводы 125 и 135. Например, скорость вращения каждого турбонагнетателя может определяться с использованием датчиков скорости вращения турбонагнетателя, и если скорости вращения не совпадают, один или более из привода 125 и привода 135 могут регулироваться до тех пор, пока скорости вращения турбонагнетателей не совпадают. В еще одном примере, может определяться параметр каждого из приводов 125, 135, такой как положение, усилие, и т.д., и если параметры являются неравными, приводы могут регулироваться.
Выхлопные газы, выпускаемые одним или более цилиндров через выпускной канал 166, могут направляться в окружающую среду через выпускной канал 170. Выпускной канал 170, например, может включать в себя устройство последующей обработки выхлопных газов, такое как каталитический нейтрализатор 174, и один или более датчиков выхлопных газов, указанных под 184 и 185. Подобным образом, выхлопные газы, выпускаемые одним или более цилиндров через выпускной канал 168, могут направляться в окружающую среду через выпускной канал 172. Выпускной канал 172, например, может включать в себя устройство последующей обработки выхлопных газов, такое как каталитический нейтрализатор 176, и один или более датчиков выхлопных газов, указанных под 186 и 187. Датчики 184, 185, 186, и/или 187 выхлопных газов могут поддерживать связь с системой 190 управления.
Система 100 двигателя может включать в себя различные другие датчики. Например, по меньшей мере один из впускных каналов 142 и 144 может включать в себя датчик 180 массового расхода воздуха. В некоторых примерах, только один из впускных каналов 142 и 144 может включать в себя датчик массового расхода воздуха. В кроме того еще других примерах, оба впускных канала 142 и 144 могут включать в себя датчик массового расхода воздуха. Датчик массового расхода воздуха, в качестве одного из примеров, может включать в себя анемометр с нитью накала или другое пригодное устройство для измерения массового расхода всасываемого воздуха. Датчик 180 массового расхода воздуха может поддерживать связь с системой 190 управления, как показано на фиг. 1.
Система 190 управления может включать в себя один или более контроллеров, выполненных с возможностью поддерживать связь с различными датчиками и исполнительными механизмами, описанными в материалах настоящего описания. В качестве одного из примеров, система 190 управления может включать в себя по меньшей мере один электронный контроллер, содержащий одно или более из следующего: интерфейса ввода/вывода для отправки и приема электронных сигналов с различных датчиков и исполнительных механизмов, центральное процессорное устройство, память, такую как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM), дежурная память (KAM), каждые из которых могут поддерживать связь через шину данных. Система 190 управления может включать в себя пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД, PID) регулятор в некоторых примерах. Однако, следует понимать, что другие пригодные регуляторы могут использоваться, как может приниматься во внимание специалистом в данной области техники в свете настоящей полезной модели. Контроллер может хранить команды, которые могут выполняться, чтобы выполнять одну или более программ управления, таких как программа управления, описанная в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 2.
Система 190 управления может быть выполнена с возможностью изменять один или более рабочих параметров двигателя на основе отдельного цилиндра. Например, система управления может регулировать установку фаз клапанного распределения посредством использования исполнительного механизма регулируемых фаз кулачкового газораспределения (VCT), установку момента зажигания посредством изменения момента времени, в который сигнал зажигания выдается на свечу зажигания, и/или установку момента и количество впрыска топлива посредством изменения продолжительности импульса сигнала впрыска топлива, который выдается на топливную форсунку системой управления. Таким образом, по меньшей мере установка момента зажигания, установка фаз клапанного распределения и установка момента впрыска топлива могут приводиться в действие системой управления.
Таким образом, система по фиг. 1 предусматривает систему двигателя, содержащую: первый турбонагнетатель, включающий в себя первый регулятор давления наддува, привод первого регулятора давления наддува и датчик первого турбонагнетателя; второй турбонагнетатель, включающий в себя второй регулятор давления наддува, привод второго регулятора давления наддува и датчик второго турбонагнетателя; и контроллер, выполненный с возможностью регулировать привод первого регулятора давления наддува до тех пор, пока параметр первого турбонагнетателя не равен параметру второго турбонагнетателя, на основании выходного сигнала с датчиков первого и второго турбонагнетателя.
В одном из примеров, датчик первого турбонагнетателя и датчик второго турбонагнетателя каждый может содержать датчики скорости вращения турбины. Контроллер дополнительно может быть выполнен с возможностью расчета скорости вращения первого турбонагнетателя и скорости вращения второго турбонагнетателя на основании выходного сигнала с первого и второго датчиков скорости вращения турбины. Контроллер может быть выполнен с возможностью регулировать привод первого регулятора давления наддува до тех пор, пока скорость вращения первой турбины не совпадет со скоростью вращения второй турбины.
В примере, датчик первого турбонагнетателя и датчик второго турбонагнетателя каждый может содержать датчик положения регулятора давления наддува. Каждый датчик положения регулятора давления наддува измеряет одно или более из штока, рычажного механизма и клапана регулятора давления наддува для измерения положения регулятора давления наддува. Контроллер может быть выполнен с возможностью регулировать привод первого регулятора давления наддува до тех пор, пока положение первого регулятора давления наддува не совпадает с положением второго регулятора давления наддува.
В еще одном примере, датчик первого турбонагнетателя и датчик второго турбонагнетателя каждый может содержать датчик тока электродвигателя привода регулятора давления наддува. Контроллер дополнительно может быть выполнен с возможностью расчета коэффициента давления первой турбины первого турбонагнетателя и коэффициента давления второй турбины второго турбонагнетателя на основании выходного сигнала из первого и второго датчиков тока электродвигателя привода регулятора давления наддува. Контроллер дополнительно может быть выполнен с возможностью расчета мощности турбины первого турбонагнетателя на основании рассчитанного коэффициента давления первой турбины и мощности турбины второго турбонагнетателя на основании рассчитанного коэффициента давления второй турбины. Контроллер дополнительно может быть выполнен с возможностью регулировать привод первого регулятора давления наддува и привод второго регулятора давления наддува до тех пор, пока мощность турбины первого турбонагнетателя не совпадает с мощностью турбины второго турбонагнетателя.
Система может включать в себя двигатель, имеющий первую группу цилиндров и вторую группу цилиндров, и первый турбонагнетатель может быть выполнен с возможностью приема выхлопных газов из первой группы цилиндров, а второй турбонагнетатель может быть выполнен с возможностью приема выхлопных газов из второй группы цилиндров.
Далее, с обращением к фиг. 2, проиллюстрирован способ 200 уравновешивания спаренных турбонагнетателей на основании обратной связи с датчиков регулятора давления наддува. Способ 200 может выполняться контроллером, таким как контроллер системы 190 управления, согласно командам, хранимым в нем. Способ 200 может регулировать приводы регулятора давления наддува парных турбонагнетателей, установленных в V-образном двигателе или другой сдвоенной конфигурации рядов цилиндров двигателя, чтобы давать равную отдачу турбин из обоих турбонагнетателей.
На этапе 202, способ 200 включает в себя этап, на котором определяют рабочие параметры двигателя. Рабочие параметры двигателя, определенные на этапе 202, включают в себя, но не в качестве ограничения, скорость вращения двигателя, нагрузку двигателя, текущее давление наддува (например, определенное на основании обратной связи с датчика давления наддува) и положение регулятора давления наддува. На этапе 204, способ 200 включает в себя этап, на котором регулируют положение первого регулятора давления наддува и положение второго регулятора давления наддува на основании требуемого давления наддува.
Первый регулятор давления наддува, такой как регулятор 128 давления наддува, может быть выполнен с возможностью регулировать поток выхлопных газов через первый турбонагнетатель, такой как турбонагнетатель 120. Второй регулятор давления наддува, такой как регулятор 138 давления наддува, может быть выполнен с возможностью регулировать поток выхлопных газов через второй турбонагнетатель, такой как турбонагнетатель 130. Как показано на фиг. 1, турбонагнетатели могут быть выполнены, чтобы сжатый всасываемый воздух, направляемый через каждый компрессор, направлялся в общий впускной воздушный канал и коллектор перед разделением на два отдельных ряда цилиндров двигателя. Таким образом, единственное измерение давления наддува двигателя может определяться на основании давления в коллекторе. Чтобы обеспечивать требуемый уровень наддува, регуляторы давления наддува турбонагнетателей могут регулироваться для регулирования потока выхлопных газов через каждую турбину, и таким образом, регулирования уровня сжатия, обеспечиваемого турбонагнетателями. Требуемое давление наддува, например, может зависеть от скорости вращения и нагрузки двигателя.
Так как предполагается, что каждый ряд цилиндров двигателя должен быть симметричным, может предполагаться, что одинаковая регулировка для каждого регулятора давления наддува турбонагнетателей должна оказывать влияние на давление наддува в одинаковой степени. Таким образом, при большинстве условий, единая команда регулятора давления наддува может отправляться на приводы обоих регуляторов давления наддува, давая в результате регуляторы давления наддува для каждого турбонагнетателя, находящиеся в одинаковом положении. Однако, незначительные асимметрии могут существовать между рядами цилиндров двигателя, приводя к разным потокам выхлопных газов через турбины. Кроме того, гистерезис регулятора давления наддува может иметь следствием регуляторы давления наддува, находящиеся в разных положениях. Таким образом, даже если регуляторам давления наддува дана команда в одинаковое положение, скорость вращения и/или мощность турбин, выдаваемые каждой турбиной, могут быть разными. Такие отличия скорости вращения и мощности турбин могут снижать выходную мощность двигателя.
Чтобы поддерживать турбонагнетатели на равных рабочих параметрах, положения регуляторов давления наддува могут регулироваться на основании обратной связи с датчиков турбонагнетателя, таких как датчики регулятора давления наддува. Однако, в некоторых условиях, регуляторам давления наддува может не даваться команда в одинаковое положение. Например, если двигатель является работающим в режиме с переменным рабочим объемом с одним рядом цилиндров двигателя, подвергающимся сгоранию, и одним рядом цилиндров двигателя, всего лишь прокачивающим воздух (и не осуществляющим сгорание топлива), положения регуляторов давления наддува между двумя турбонагнетателями могут управляться командами, чтобы быть разными. В еще одном примере, если выявлено ухудшение характеристик турбонагнетателя или регулятора давления наддува, двигатель может работать в режиме с ухудшением характеристик, где регуляторы давления наддува управляются по-разному и, таким образом, могут находиться в разных положениях.
Поэтому, перед уравновешиванием турбонагнетателя, способ 200 оценивает на этапе 206, была ли регуляторам давления наддува дана команда в одинаковое положение. Например, процедура может определять, клапанам дается команда в пределы порогового положения друг от друга, к примеру, дается команда в положения, которые являются не более чем на 5% отличными друг от друга. Если регуляторам давления наддува не дается команда в одинаковое положение, способ 200 осуществляет возврат. Однако если регуляторам давления наддува дается команда в одинаковое положение, способ 200 переходит на этапе 208, чтобы определять первый параметр первого турбонагнетателя на основании выходного сигнала с датчика первого турбонагнетателя. Подобным образом, на этапе 210, второй параметр второго турбонагнетателя определяется на основании выходного сигнала с датчика второго турбонагнетателя.
Первый и второй параметры могут быть параметрами, указывающими рабочие характеристики турбонагнетателя. В одном из примеров, первый и второй параметры могут включать в себя скорость вращения турбины. Для измерения скорости вращения турбины, каждая турбина может включать в себя датчик скорости вращения. В примере, первый и второй параметры могут быть положением регулятора давления наддува. Таким образом, если первый и второй параметры являются положением регулятора давления наддува, выходной сигнал с датчиков первого и второго турбонагнетателя может включать в себя показание положения регулятора давления наддува. Чтобы определять положение регулятора давления наддува, может определяться положение штока или рычажного механизма регулятора давления наддува, либо положение клапана регулятора давления наддува. Положения регуляторов давления наддува как с электрическим, так и пневматическим приводом могут определяться на основании положения штока или клапана регулятора давления наддува.
В еще одном примере, первый и второй параметры могут включать в себя мощность турбины. Мощность турбины может описывать мощность, выдаваемую турбиной, и, в одном из примеров, может быть основана на крутящем моменте, приложенном к валу турбонагнетателя, и угловой скорости вала. Мощность турбины может рассчитываться на основании тока электродвигателя регулятора давления наддува с электрическим приводом. Ток электродвигателя привода регулятора давления наддува пропорционален усилию, используемому для удерживания регулятора давления наддува в командном положении. Это усилие является функцией перепада давления на турбине. Перепад давления на турбине наряду с измеренным или оцененным давлением на выходе турбины могут использоваться для расчета коэффициента давления турбины. Коэффициент давления на турбине может использоваться для расчета крутящего момента, прикладываемого к валу турбины, и таким образом, мощности турбины. Однако, возможны другие механизмы для расчета мощности турбины. Таким образом, датчики первого и второго турбонагнетателей могут измерять ток электродвигателя привода соответствующего регулятора давления наддува, и выходной сигнал с датчиков может использоваться для определения мощности турбины каждого турбонагнетателя.
На этапе 212, способ 200, по выбору, включает в себя этап, на котором определяют силы потока, действующие на каждый клапан регулятора давления наддува. В одном из примеров, силы потока определяют на основании модели. В качестве альтернативы, перепад давления на каждом регуляторе наддува рассчитывается и используется для определения сил потока. В еще одном примере, справочная таблица формируется с входными данными, включающими в себя положение регулятора давления наддува, чтобы определять силы потока. Такие способы могут применять использование одного или более датчиков или сигналов датчиков, расположенных в двигателе, в том числе, массового расхода воздуха, давления воздуха в коллекторе, положения дросселя, давления наддува, давления перед турбиной, давления после турбины, температуры перед турбиной, температуры после турбины и сигнала скорости вращения турбонагнетателя.
Силы потока, действующие на каждый клапан, могут использоваться для расчета ожидаемого тока электродвигателя привода каждого регулятора давления наддува. Например, как описано выше, регуляторам давления наддува может даваться команда в некоторое положение на основании требуемого давления наддува. Чтобы удерживать регулятор давления наддува в командном положении, заданная величина усилия может прикладываться к клапану регулятора давления наддува. Это усилие может быть функцией сил потока, действующих на регулятор давления наддува. Таким образом, при данных силах потока, действующих на регулятор давления наддува, и командном положении, может определяться ожидаемый ток электродвигателя привода регулятора давления наддува.
На этапе 213, ожидаемый ток электродвигателя может регулироваться на основании температуры регулятора давления наддува или других параметров. В некоторых примерах, магнитное поле, вырабатываемое электродвигателем привода регулятора давления наддува, может быть функцией температуры, окружающей регулятор давления наддува. Например, магнитное поле может изменяться с изменением температуры. Если магнитное поле одного из электродвигателей привода регулятора давления наддува является иным, чем магнитное поле другого электродвигателя привода регулятора давления наддува, ток, получаемый каждым электродвигателем, может быть разным, и все же, регуляторы давления наддува по-прежнему могут находиться в одинаковом положении. Температура регуляторов давления наддува может определяться на основании температуры выхлопных газов и других параметров, таких как скорость потока.
Если настроенные токи электродвигателя по-прежнему отличны друг от друга (например, если выходной сигнал датчика тока электродвигателя первого турбонагнетателя отличен от выходного сигнала датчика тока электродвигателя второго турбонагнетателя на более чем 5%), то разность токов электродвигателей может приписываться неуравновешенности турбин.
На этапе 214 способа 200 определяют, указано ли уравновешивание регуляторов давления наддува. Уравновешивание регуляторов давления наддува может выполняться, если параметры, определенные выше на этапе 208 и 210, не равны. Например, если скорость вращения турбины первого турбонагнетателя отлична от скорости вращения турбины второго турбонагнетателя, регуляторы давления наддува могут регулироваться, так чтобы скорости вращения турбин каждого турбонагнетателя приводились к совпадающей скорости вращения. В еще одном примере, если положения регуляторов давления наддува являются разными, регуляторы давления наддува могут регулироваться до тех пор, пока они не находятся в одинаковом положении. Подобным образом, если мощность турбины первого турбонагнетателя является иной, чем мощность турбины второго турбонагнетателя, регуляторы давления наддува могут регулироваться, так чтобы мощности турбины совпадали. Кроме того, уравновешивание регуляторов давления наддува может быть показано, если ожидается, что выходной сигнал датчиков должен быть одинаковым, но фактический выходной сигнал является разным. Это может происходить, когда регуляторам давления наддува дается команда в одинаковое положение, и/или ожидается, что выходные сигналы датчиков должны быть сходными, на основании регулировки сил потока и температуры, описанной выше.
Если показано уравновешивание регуляторов давления наддува, например, если выходной сигнал датчиков обоих турбонагнетателей является равным, способ 200 переходит на этап 216, чтобы поддерживать регуляторы давления наддува в текущих положениях, а затем, способ 200 осуществляет возврат. Если показано уравновешивание регуляторов давления наддува, способ 200 переходит на этап 218, чтобы дополнительно регулировать положение первого регулятора давления наддува и/или второго регулятора давления наддува до тех пор, пока не равны параметры каждого турбонагнетателя. В одном из примеров, если мощность турбины каждого турбонагнетателя является разной, в качестве определяемой током электродвигателя приводов регулятора давления наддува, один регулятор давления наддува может слегка закрываться, а другой регулятор давления наддува может слегка открываться, и мощность турбин может контролироваться до тех пор, пока обе турбины не имеют равную мощность. В другом примере, если мощность турбины между двумя турбонагнетателями является отличной, один из регуляторов давления наддува может регулироваться наряду с тем, что другой регулятор давления наддува поддерживается в прежнем положении. Регулятор давления наддува турбонагнетателя, который имеет более низкую мощность турбины, например, может регулироваться до тех пор, пока мощность турбины такого турбонагнетателя не совпадает с более высокой мощностью турбины другого турбонагнетателя. Другие механизмы регулировки регуляторов давления наддува также возможны. Способ 200 затем осуществляет возврат.
Таким образом, показание отдачи турбонагнетателя, такое как скорость вращения турбины или мощность турбины, может определяться для каждого турбонагнетателя системы со сдвоенным турбонагнетателем. Если отдача турбонагнетателя у каждого турбонагнетателя не равна, регулятора давления наддува турбонагнетателей могут регулироваться до тех пор, пока турбонагнетатели не добиваются равной отдачи. Отдача турбонагнетателя может определяться на основании обратной связи с датчиков регулятора давления наддува, которые, например, могут измерять ток электродвигателя приводов регуляторов давления наддува.
Фиг. 3 - диаграмма 300, иллюстрирующая различные рабочие параметры во время регулировки регулятора давления наддува, чтобы уравновешивать два турбонагнетателя. Например, диаграмма 300 может иллюстрировать различные рабочие параметры при осуществлении способа 200 по фиг. 2. Первый график сверху на диаграмме 300 иллюстрирует давление наддува, второй график сверху иллюстрирует положение регулятора давления наддува (для обоих регуляторов давления наддува первого и второго турбонагнетателей), и третий график сверху иллюстрирует мощность турбины для обеих турбин, первого и второго турбонагнетателей. Что касается каждого графика, изображенного на диаграмме 300, время проиллюстрировано по горизонтальной оси, а каждый соответствующий рабочий параметр проиллюстрирован по вертикальной оси.
Со ссылкой, прежде всего, на давление наддува, оно проиллюстрировано кривой 302. До момента t1 времени, давление наддува является низким, и регуляторы давления наддува каждого из турбонагнетателей, проиллюстрированные кривыми 304 и 306, открыты. В момент t1 времени, требуется повышение давления наддува, например, в ответ на событие нажатия педали акселератора. Чтобы повышать давление наддува, регуляторам давления наддува каждого из турбонагнетателей дается команда в частично закрытое положение. Таким образом, после момента t1 времени, давление наддува повышается.
При работе с открытыми обоими регуляторами давления наддува, мощность турбины является соответственно равной между турбинами первого и второго турбонагнетателей, как проиллюстрировано кривыми 308 и 310. После того, как регуляторам давления наддува дана команда в частично закрытое положение, однако, мощность турбины каждого турбонагнетателя не является равной. Например, мощность турбины первого турбонагнетателя, проиллюстрированная штрих-пунктирной кривой 308, может находиться слегка ниже, чем мощность турбины второго турбонагнетателя, проиллюстрированная сплошной кривой 310.
После того, как определено, что мощности турбин двух турбонагнетателей не являются равными, регуляторы давления наддува каждого турбонагнетателя могут регулироваться до тех пор, пока мощности турбин не совпадут. Как показано, после момента t2 времени, привод первого регулятора давления наддува регулируется, так чтобы положение первого регулятора давления наддува перемещалось в более закрытое положение, как проиллюстрировано штрих-пунктирной кривой 304. Привод второго регулятора давления наддува также регулируется, так чтобы положение второго регулятора давления наддува перемещалось в более открытое положение, как проиллюстрировано сплошной кривой 306. Как результат, после момента t2 времени, мощность турбины для каждого из турбонагнетателя является равной.
В одном из примеров, способ двигателя включает в себя этап, на котором в выбранных условиях, уравновешивают мощность турбины первого турбонагнетателя и второго турбонагнетателя посредством регулировки привода первого регулятора давления наддува первого турбонагнетателя, привод первого регулятора давления наддува регулируется на основании тока электродвигателя привода первого регулятора давления наддува и тока электродвигателя привода второго регулятора давления наддува второго турбонагнетателя. Способ дополнительно может включать в себя этап, на котором осуществляют регулировку привода регулятора давления наддува первого турбонагнетателя и привода регулятора давления наддува второго турбонагнетателя на основании требуемого давления наддува. Регулировка приводов регулятора давления наддува на основании требуемого давления наддува может выполняться в выбранных условиях и/или в не выбранных условиях.
Способ дополнительно может включает в себя этап, на котором осуществляют, в выбранных условиях, регулировку привода второго регулятора давления наддува на основании тока электродвигателя привода первого регулятора давления наддува и тока электродвигателя привода второго регулятора давления наддува.
Выбранные условия могут включать в себя первый регулятор давления наддува первого турбонагнетателя и второй регулятор давления наддува второго турбонагнетателя, подвергаемые команде в одинаковое положение. Выбранные условия могут включать в себя ток электродвигателя привода первого регулятора давления наддува, являющийся иным, чем ток электродвигателя привода второго регулятора давления наддува. Выбранные условия дополнительно могут включать в себя ожидаемый ток электродвигателя привода первого регулятора давления наддува, являющийся равным ожидаемому току электродвигателя привода второго регулятора давления наддува.
В качестве используемого в материалах настоящего описания, термин «одинаковый» может включать в себя параметры, которые точно равны друг другу (такие как равное положение регулятора давления наддува), а также параметры, которые отличаются на менее чем пороговую величину. Например, положения регуляторов давления наддува могут считаться одинаковыми, если они находятся в пределах 5% друг от друга, в пределах одного командного положения друг с другом, и т.д. Подобным образом, «иной чем» может включать в себя параметры, которые отличны на более чем пороговую величину. Например, токи электродвигателей приводов регулятора давления наддува могут считаться разными, если один ток электродвигателя больше, чем, или меньшим, чем другой ток электродвигателя на по меньшей мере 5%.
Ток электродвигателя привода первого регулятора давления наддува может быть основан на выходном сигнале из первого датчика тока электродвигателя привода регулятора давления наддува, а ток электродвигателя привода второго регулятора давления наддува может быть основан на выходном сигнале из второго датчика тока электродвигателя привода регулятора давления наддува. Способ дополнительно может содержать, в отсутствии выбранных условий, отсутствие уравновешивания турбонагнетателей посредством поддержания регуляторов давления наддува в предыдущих командных положениях. Отсутствие выбранных условий может включать в себя условия, иные чем когда положения регуляторов давления наддува одинаковы, такие как когда регуляторы давления наддува подвергаются команде в разные положения, и/или когда турбонагнетатели не выведены из равновесия (например, турбины являются работающими на одинаковых скорости вращения и/или мощности).
В еще одном примере, способ для двигателя включает в себя этап, на котором осуществляют регулировку положения первого регулятора давления наддува первого турбонагнетателя и положения второго регулятора давления наддува второго турбонагнетателя на основании требуемого давления наддува; и если мощность турбины первого турбонагнетателя является иной, чем мощность турбины второго турбонагнетателя, то уравновешивание первого и второго турбонагнетателей посредством дополнительной регулировки положения первого регулятора давления наддува и второго регулятора давления наддува. Способ дополнительно может содержать определение мощности турбины первого турбонагнетателя на основании выходного сигнала из первого датчика тока электродвигателя привода регулятора давления наддува, и определение мощности турбины второго турбонагнетателя на основании выходного сигнала из второго датчика тока электродвигателя привода регулятора давления наддува.
Выходной сигнал первого датчика тока электродвигателя привода регулятора давления наддува может быть пропорциональным первому усилию для удерживания положения первого регулятора давления наддува, а выходной сигнал второго датчика тока электродвигателя привода регулятора давления наддува может быть пропорциональным второму усилию для удерживания положения второго регулятора давления наддува. Способ дополнительно может содержать расчет мощности турбины первого турбонагнетателя на основании первого усилия и расчет мощности турбины второго турбонагнетателя на основании второго усилия.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящей полезной модели включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящей полезной модели.