СПОСОБ И УПРАВЛЯЮЩИЙ БЛОК ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ГАЗООБМЕНА В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, А ТАКЖЕ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТАКИМ УПРАВЛЯЮЩИМ БЛОКОМ
METHOD AND CONTROL BLOCK FOR PERFORMING GAS EXCHANGE IN CYLINDER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE  AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE THEREWITH

Изобретение относится к способу и управляющему блоку для выполнения газообмена в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с таким управляющим блоком, а также к транспортному средству с таким двигателем внутреннего сгорания.
В двигателях внутреннего сгорания происходит в зависимости от процесса сгорания газообмен. То, как выполняется этот газообмен, оказывает влияние на расход топлива и выброс вредных веществ двигателем внутреннего сгорания. Поэтому необходимо осуществлять газообмен так, что наполнение цилиндра содержит определенные доли свежего воздуха, остаточного газа и продувочного воздуха.
В четырехтактном двигателе обычно выполняются четыре стадии процесса, а именно всасывания, сжатия, сгорания и выхлопа. В обычном бензиновом двигателе впускной клапан при всасывании, незадолго до достижения поршнем верхней мертвой точки, открывается, при этом выпускной клапан остается открытым. После прохождения верхней мертвой точки выпускной клапан закрывается. Лишь после достижения поршнем нижней мертвой точки впускной клапан снова закрывается. Двигатель внутреннего сгорания, который основывается на принципе Миллера, отличается от обычного бензинового двигателя тем, что впускной клапан по сравнению с обычным бензиновым двигателем закрывается очень рано, за счет чего уменьшается количество воздуха в цилиндре. За счет того, что впускной клапан закрывается уже до достижения нижней мертвой точки, увеличивается объем расширения, без увеличения давления сжатия, за счет чего экономится топливо, и температура в цилиндре меньше, чем в обычном бензиновом двигателе.
Для управления долями свежего воздуха, остаточного газа и продувочного воздуха наполнения цилиндра имеется множество возможностей. Так, например, известно регулирование подходящим образом наполнения цилиндра с помощью перестановки дроссельной заслонки во впускной трубе, за счет чего изменяется давление во впускной трубе. Однако на основании большого объема впускной трубы изменения давления устанавливаются лишь с задержкой, так что управление наполнением с помощью дроссельной заслонки является инертным. Имеются различные альтернативные решения, в которых управление наполнением цилиндра осуществляется с помощью клапанного привода. Однако предпосылкой для такого управления наполнением является точное знание соотношения давления во впускной трубе, а также в патрубке. Это не просто относительно противодавления в системе выпуска отработавших газов, соответственно, в патрубке, которое оказывает не малое влияние на наполнение цилиндра.
В WO 2014/16926 А1 приведено описание способа наддува двигателя. При этом вследствие требования изменения момента определяются с помощью параметрических поверхностей моменты времени открывания и закрывания впускного клапана на основании давления впускной трубы, и на основании моментов времени открывания и закрывания впускного клапана определяется заданное значение давления впускной трубы. Оно затем является основой для определения установки дроссельной заслонки и выпускного клапана.
Задачей данного изобретения является создание способа и управляющего блока для выполнения газообмена в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, а также двигателя внутреннего сгорания с таким управляющим блоком, которые по меньшей мере частично преодолевают указанные выше недостатки.
Эта задача решена, с помощью способа, согласно изобретению, в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, управляющего блока, согласно изобретению, в соответствии с пунктом 13 формулы изобретения и с помощью двигателя внутреннего сгорания в соответствии с пунктом 15 формулы изобретения.
Пример выполнения способа выполнения газообмена в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, при этом цилиндр соединен через клапан с участком газопровода, в котором предусмотрен исполнительный элемент для установки давления газа в участке газопровода, при этом клапан при остающемся постоянным моменте двигателя внутреннего сгорания в фиксированный момент времени в рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания закрывается, содержит стадии:
распознавания требования изменения момента;
определения заданного значения давления газа в участке газопровода в зависимости от требования изменения момента; и
определения изменяемого момента времени для закрывания клапана вследствие требования изменения момента, при этом изменяемый момент времени в рабочем цикле сдвинут в зависимости от заданного значения давления газа относительно фиксированного момента времени.
Пример выполнения управляющего блока для выполнения газообмена в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, в частности, указанного способа, при этом цилиндр соединен через клапан с участком газопровода, в котором предусмотрен исполнительный элемент для установки давления газа в участке газопровода, при этом клапан при остающемся постоянным моменте двигателя внутреннего сгорания в фиксированный момент времени в рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания закрывается, содержит:
интерфейс для приема требования изменения момента; и
модуль процессора
для определения заданного значения давления газа в участке газопровода в зависимости от требования изменения момента; и
определения изменяемого момента времени для закрывания клапана вследствие требования изменения момента, при этом изменяемый момент времени в рабочем цикле сдвинут в зависимости от заданного значения газового давления относительно фиксированного момента времени.
Другие предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания предпочтительных примеров выполнения данного изобретения.
Способ, согласно изобретению, выполнения газообмена в цилиндре двигателя внутреннего сгорания основывается на выполнении двигателя внутреннего сгорания, в котором цилиндр соединен через клапан с участком газопровода, в котором предусмотрен исполнительный элемент для установки давления газа в участке газопровода. Клапан выполнен так, что он при остающемся постоянным моменте двигателя внутреннего сгорания закрывается в фиксированный момент времени в рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания. В соответствии со способом, согласно изобретению, сначала распознается требование изменения момента. После распознавания требования изменения момента определяется заданное значение давления газа в участке газопровода в зависимости от требования изменения момента. В соответствии со следующей стадией способа, согласно изобретению, определяется изменяемый момент времени для закрывания клапана вследствие требования изменения момента. При этом изменяемый момент времени в рабочем цикле сдвинут в зависимости от заданного значения давления газа относительно фиксированного момента времени.
Фиксированный момент времени является моментом времени в рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания, в котором клапан закрывается, когда двигатель внутреннего сгорания находится в своего рода равновесном состоянии, т.е. когда момент двигателя внутреннего сгорания и величины состояния, такие как давления и температуры в двигателе внутреннего сгорания, удерживаются по существу постоянными.
В некоторых примерах выполнения клапан может быть впускным клапаном, а давление газа - давлением во впускной трубе. В этом случае фиксированный момент времени может быть моментом времени, в котором поршень двигателя внутреннего сгорания находится в положении, при котором объем цилиндра еще не является максимальным, т.е. в котором поршень еще не достиг нижней мертвой точки. Другими словами, фиксированный момент времени может быть моментом времени, в котором впускной клапан при выполнении способа Миллера, когда нет требования изменения момента, закрывается.
В некоторых примерах выполнения клапан может быть выпускным клапаном, а давление газа - противодавлением отработавших газов. В этом случае фиксированный момент времени может быть моментом времени, в котором поршень двигателя внутреннего сгорания находится в положении, в котором объем цилиндра является минимальным, или как раз не является больше минимальным, т.е. в котором поршень находится в верхней мертвой точке или как раз прошел верхнюю мертвую точку.
В некоторых примерах выполнения фиксированный момент времени определяется на основе модели учета наполнения. Для создания модели учета наполнения можно использовать измерительные значения, которые измеряются на испытательном стенде, и/или значения моделирования относительно одной или нескольких величин состояния двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от значений величин состояния, например, соотношений давления, можно различно выбирать фиксированный момент времени. В этих примерах выполнения, при требовании изменения момента момент времени переключения может сдвигаться, например, относительно определяемого последним фиксированного момента времени.
Требование изменения момента может содержать, например, требуемый заданный момент.
Требование изменения момента может быть, например, командой управляющего блока. Она может выдаваться, например, посредством загрузки одного бита и распознаваться посредством считывания бита. В транспортном средстве требование изменения момента может быть, например, командой блока управления двигателем (engine control unit - ECU) на повышение момента двигателя, которая выдается блоком управления двигателем вследствие приведения в действие педали газа.
Кроме того, мера сдвига изменяемого момента времени в рабочем цикле может зависеть от фактического значения давления газа. Поэтому изменяемый момент времени в рабочем цикле можно определять в зависимости от регулировочной разницы давления во впускной трубе, при этом регулировочная разница является разницей между заданным значением и фактическим значением давления во впускной трубе. Заданное значение давления газа в участке газопровода можно определять, например, с помощью одной или нескольких параметрических поверхностей. В некоторых примерах выполнения параметрические поверхности могут создаваться заранее на основе измерений на испытательном стенде и/или на основе испытательных измерений и/или на основе моделирования с помощью вычислений, соответственно, имитаций, так что заданное значение давления газа можно считывать с одной или нескольких параметрических поверхностей.
В некоторых других примерах выполнения можно с помощью одной или нескольких параметрических поверхностей определять заданное значение для величины состояния, которая связана с давлением газа в участке газопровода, и на основании заданного значения этой величины состояния вычислять заданное значение для давления газа. В качестве альтернативного решения, вместо параметрических поверхностей, после распознавания требования изменения момента можно выполнять моделирование или другое вычисление заданного значения давления газа или заданного значения находящейся в связи с давлением газа величины состояния. Связанная с давлением газа величина состояния будет более подробно пояснена ниже.
На основании давления газа можно с помощью модели учета наполнения, в которой учитывается, например, действие положения исполнительного элемента и момента времени закрывания клапана, или с помощью моделей объектов определять изменяемый момент времени для закрывания клапана.
Способ выполнения газообмена может дополнительно содержать стадию управления исполнительным элементом вследствие требования изменения момента так, что в участке газопровода в зависимости от требования изменения момента устанавливается определенное заданное значение давления газа. Исполнительный элемент может быть заслонкой для потока, например, дроссельной заслонкой. Заслонка для потока может переставляться так, что увеличивается или уменьшается поперечное сечение потока в участке газопровода. За счет этого можно оказывать влияние на давление газа в участке газопровода. В некоторых примерах давление газа в участке газопровода можно уменьшать тем, что увеличивается поперечное сечение потока, и увеличивать тем, что уменьшается поперечное сечение потока. В качестве альтернативного решения, исполнительный элемент может быть комбинацией из газовой турбины и компрессора, например, турбонагнетателем. Для обеспечения возможности регулирования давления газа в участке газопровода, можно соответствующим образом устанавливать лопатки компрессора.
При очень коротких требованиях изменения момента, которые имеют длительность, например, лишь в несколько циклов двигателя, можно отказаться от регулирования давления газа в участке газопровода, и реагировать лишь посредством сдвига момента времени закрывания клапана. С помощью этого управления можно очень быстро выполнять желаемое наполнение цилиндра.
Клапан может закрываться вследствие требования изменения момента во время одного или нескольких рабочих циклов, соответственно, циклов двигателя, в определенный изменяемый момент времени. Закрывание клапана может быть, например, переключением из полностью открытого состояния в полностью закрытое состояние. Дополнительно к этому, в некоторых примерах выполнения вследствие требования изменения момента исполнительный элемент может устанавливаться так, что фактическое значение давления газа приближается к заданному значению давления газа. Клапан может закрываться так долго, т.е. на столько рабочих циклов, соответственно, циклов двигателя, в определенный изменяемый момент времени, пока фактическое значение не достигнет заданного значения давления газа. За счет закрывания клапана в изменяемый момент времени может компенсироваться задержка при установке давления газа.
В некоторых примерах выполнения клапан может закрываться вследствие требования изменения момента в первом цикле двигателя после требования изменения момента в определенный изменяемый момент времени и в непосредственно следующем цикле двигателя в согласованные моменты времени, которые лежат между изменяемым моментом времени и фиксированным моментом времени. Моменты времени закрывания клапана во время следующих за первым циклом двигателя циклах двигателя могут, например, шаговым образом приближаться к фиксированному моменту времени. Поскольку одновременно со сдвигом момента времени закрывания может выполняться управление исполнительным элементом, то клапан может закрываться так долго в момент времени, который лежит между фиксированным моментом времени и изменяемым моментом времени, пока фактическое значение давления газа не будет соответствовать заданному значению давления газа. Затем клапан может снова закрываться в фиксированный момент времени.
В некоторых примерах выполнения клапан может быть впускным клапаном, участок газопровода - впускной трубой, которая через впускной клапан соединен с цилиндром, и исполнительный элемент для установки давления газа в участке газопровода может быть дроссельной заслонкой во впускной трубе для установки давления во впускной трубе, которая расположена во впускной трубе. Это означает, что вследствие требования изменения момента определяется заданное значение для давления впускной трубы, и что на основании этого заданного значения определяется момент времени, в который закрывается впускной клапан.
Требование изменения момента может быть, например, требованием увеличения момента двигателя внутреннего сгорания. Требование изменения момента может содержать, например, соответствующий заданный момент. В этом случае заданное значение давления во впускной трубе может быть выше фактического значения давления во впускной трубе, поскольку масса свежего воздуха в цилиндре для увеличения момента двигателя внутреннего сгорания должна быть увеличена. В соответствии с этим, изменяемый момент времени может лежать после фиксированного момента времени. В качестве альтернативного решения, требование изменения момента может содержать также требование уменьшения момента. В этом случае заданное значение давления во впускной трубе может быть меньше фактического значения давления во впускной трубе, поскольку количество свежего воздуха в цилиндре должно быть уменьшено. В соответствии с этим, изменяемый момент времени может лежать перед фиксированным моментом времени. Пример выбора изменяемого момента времени при требовании увеличения момента, будет подробно пояснен ниже.
В некоторых примерах выполнения клапан может быть выпускным клапаном, участок газопровода - участком выпускного канала, который через выпускной клапан соединен с цилиндром, и исполнительный элемент для установки давления газа в участке газопровода может быть работающим на отработавших газах турбокомпрессором для установки давления отработавших газов в участке выпускного канала, который расположен в участке выпускного канала. Это означает, что вследствие требования изменения момента определяется заданное значение для противодавления отработавших газов, и что на основании этого заданного значения определяется момент времени, в который закрывается выпускной клапан.
Требование изменения момента может содержать требование увеличения момента. Требование изменения момента может содержать, например, соответствующий заданный момент. В этом случае заданное значение противодавления отработавших газов может быть меньше фактического значения, поскольку масса свежего воздуха в цилиндре для увеличения момента двигателя внутреннего сгорания должна быть увеличена, и тем самым должна быть уменьшена доля остаточного газа в цилиндре. В соответствии с этим выпускной клапан может закрываться в изменяемый момент времени, который лежит перед фиксированным моментом времени. В качестве альтернативного решения, требование изменения момента может содержать также требование уменьшения момента. В этом случае заданное значение противодавления отработавших газов может быть выше фактического значения противодавление отработавших газов, поскольку количество остаточного газа в цилиндре должно быть увеличено. В соответствии с этим, выпускной клапан может закрываться после фиксированного момента времени. Пример выбора изменяемого момента времени при требовании увеличения момента, будет подробно пояснен ниже.
В некоторых примерах выполнения двигатель внутреннего сгорания может иметь два участка газопровода с соответствующим клапаном и исполнительным механизмом. В этом двигателе внутреннего сгорания каждый или оба клапана могут закрываться в соответствии со способом, согласно изобретению.
Например, цилиндр может быть соединен через впускной клапан с впускной трубой, в которой предусмотрена дроссельная заслонки для установки давления впускной трубы, и через выпускной клапан - с выпускным каналом, в котором предусмотрен турбонагнетатель для установки противодавления отработавших газов. Впускной клапан при остающемся постоянным моменте двигателя внутреннего сгорания, соответственно, при остающемся постоянным моменте двигателя, может закрываться в фиксированный для впускного клапана момент времени в рабочем цикле, соответственно, в цикле двигателя, и выпускной клапан при остающемся постоянным моменте двигателя может закрываться в фиксированный для выпускного клапана момент времени в цикле двигателя. Как только распознается требование изменения момента, могут определяться заданное значение давления впускной трубы в зависимости от требования изменения момента, и заданное значение противодавления отработавших газов в выпускном канале в зависимости от требования изменения момента. Затем может определяться для впускного клапана изменяемый момент времени для закрывания впускного клапана вследствие требования изменения момента, и для выпускного клапана изменяемый момент времени для закрывания выпускного клапана вследствие требования изменения момента. Относящийся к впускному клапану изменяемый момент времени в цикле двигателя может быть сдвинут в зависимости от заданного значения давления впускной трубы относительно фиксированного для впускного клапана момента времени. Относящийся к выпускному клапану изменяемый момент времени в цикле двигателя может быть сдвинут в зависимости от заданного значения противодавление отработавших газов относительно фиксированного для выпускного клапана момента времени.
Если в двигателе внутреннего сгорания с двумя участками газопровода с соответствующим клапаном и исполнительным механизмом закрывается лишь один клапан в соответствии со способом, согласно изобретению, то управление другим клапаном может осуществляться с помощью параметрических поверхностей, которые строятся с помощью измерений на испытательном стенде и/или посредством моделирования. Такое управление будет подробно пояснено ниже.
Как указывалось выше, требование изменения момента может содержать требование увеличения момента двигателя. Вследствие такого требования изменения момента, изменяемый момент времени для закрывания впускного клапана может лежать позже фиксированного момента времени. Фиксированный момент времени в фазе всасывания цикла двигателя может лежать до достижения максимального объема цилиндра. Это поясняется ниже на основе примера.
В рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания процесс всасывания может, например, начинаться, когда объем цилиндра является минимальным, соответственно, когда поршень достигает верхней мертвой точки, и заканчиваться, когда объем цилиндра является максимальным, соответственно, когда поршень достигает нижней мертвой точки. Если двигатель внутреннего сгорания работает в соответствии со способом Миллера, то процесс всасывания может заканчиваться уже при объеме цилиндра, который меньше максимального объема цилиндра, за счет закрывания впускного клапана, за счет чего обеспечиваются преимущества относительно расхода топлива и температуры. Этот момент времени закрывания может быть фиксированным моментом времени. Если распознается требование изменения момента (в данном случае требование увеличения момента), то клапан может закрываться в изменяемый момент времени, который лежит после фиксированного момента времени. Изменяемый момент времени может быть, например, моментом времени, в котором объем цилиндра является максимальным или больше объема цилиндра в фиксированный момент времени. За счет сдвига момента времени закрывания впускного клапана в изменяемый момент времени, который наступает позже, чем фиксированный момент времени, можно увеличивать объем цилиндра в конце процесса всасывания, так что при по существу одинаковом давлении во впускной трубе в цилиндр может входить больше свежего воздуха. Поскольку вследствие требования повышения момента также может устанавливаться дроссельная заслонка, то заданное значение давления во впускной трубе может устанавливаться с задержкой. В некоторых примерах выполнения впускной клапан может закрываться вплоть до достижения заданного значения давления во впускной трубе в изменяемый момент времени или в момент времени между фиксированным моментом времени и изменяемым моментом времени. Таким образом, можно очень быстро реагировать на требования изменения момента, при этом одновременно сохраняются механизмы для управления клапанами с малым расходом топлива.
Аналогично приведенному выше пояснению относительно впускного клапана, вследствие требования увеличения момента изменяемый момент времени для закрывания выпускного клапана в фазе всасывания цикла двигателя может лежать до достижения минимального объема цилиндра, т.е. когда уже пройдена верхняя мертвая точка, которая задает начало всасывания. Вследствие требования увеличения момента двигателя внутреннего сгорания, может определяться заданное значение противодавления отработавших газов. В этом случае заданное значение противодавления отработавших газов может быть меньше фактического значения, поскольку должна быть уменьшена доля остаточного газа в цилиндре для повышения момента двигателя внутреннего сгорания. За счет сдвига момента времени закрывания выпускного клапана к изменяемому моменту времени, который лежит раньше, чем фиксированный момент времени, может, например, при всасывании всасываться меньше остаточного газа в цилиндр, так что остается больше места для свежего воздуха. Поскольку вследствие требования увеличения момента может также регулироваться турбонагнетатель, то в выпускном канале, соответственно, в патрубке может устанавливаться с задержкой заданное значение противодавления отработавших газов. В некоторых примерах выполнения выпускной клапан может закрываться вплоть до достижения заданного значения противодавления отработавших газов в изменяемый момент времени или в момент времени между фиксированным моментом времени и изменяемым моментом времени. Таким образом, можно очень быстро реагировать на требования изменения момента, при этом одновременно учитываются механизмы для управления клапанами с малым расходом топлива.
Двигатель внутреннего сгорания может содержать дополнительные исполнительные средства для оказания влияния на газообмен, например, клапан для наружного возврата отработавших газов. Этими дополнительными исполнительными средствами, исполнительными элементами, например, дроссельной заслонкой и/или турбонагнетателем, и/или клапаном, который не переключается в соответствии со способом, согласно изобретению, можно управлять посредством определения заданного значения положения исполнительного средства, исполнительных элементов и/или клапана в зависимости от требования изменения момента. Соответствующее заданное значение можно определять, например, с помощью одной или нескольких параметрических поверхностей. В некоторых примерах выполнения параметрические поверхности можно создавать заранее на основании измерений на испытательном стенде и/или на основании тестовых измерений на двигателе внутреннего сгорания и/или на основании моделирования с помощью вычислений, соответственно, имитаций, так что заданное значение давления газа можно считывать с параметрических поверхностей. В некоторых других примерах выполнения можно с помощью одной или нескольких параметрических поверхностей определять заданное значение для величины состояния, которая связана с положением исполнительного средства, исполнительного элемента или клапана, и на основе заданного значения этой величины состояния вычислять положение исполнительного средства, исполнительного элемента или клапана. В качестве альтернативного решения, вместо параметрических поверхностей после распознавания требования изменения момента можно выполнять имитацию или другое вычисление положения исполнительного средства, исполнительного элемента или клапана, или заданного значения связанной с положением исполнительного средства, исполнительного элемента или клапана величины состояния.
Величина состояния может быть, например, относительным количеством свежего воздуха, количеством возвращаемого внутри остаточного газа, количеством возвращаемого снаружи остаточного газа, коэффициентом подачи, опережением давления в исполнительном элементе, или скоростью продувки. Под свежим воздухом понимается воздух, который впускается в цилиндр. Он может быть газовой смесью, состав которой совпадает с составом воздуха в атмосфере, или смесью газа и топлива. В противоположность этому, остаточный газ является бедной кислородом газовой смесью, которая выпускается из цилиндра после процесса сгорания. Коэффициент подачи определяется в виде соотношения массы свежего воздуха и воздушной массы, которая может максимально впускаться в максимальный объем цилиндра. Под продувкой понимается процесс, в котором в переходной интервал между выпуском и всасыванием как впускной клапан, так и выпускной клапан открыты.
Кроме того, данное изобретение относится к управляющему устройству для выполнения газообмена в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Например, управляющее устройство может быть предназначено для выполнения указанного выше способа выполнения газообмена в цилиндре. Управляющее устройство базируется на выполнении двигателя внутреннего сгорания, в котором цилиндр через клапан соединен с участком газопровода, в котором предусмотрен исполнительный элемент для установки давления газа в участке газопровода. Управляющее устройство выполнено так, что оно закрывает клапан при остающемся постоянным моменте двигателя внутреннего сгорания в фиксированный момент времени в рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания. Управляющее устройство содержит интерфейс для приема требования изменения момента и процессорный модуль. Процессорный модуль предназначен для определения заданного значения давления газа в участке газопровода в зависимости от требования изменения момента, и определения изменяемого момента времени для закрывания клапана вследствие требования изменения момента, при этом изменяемый момент времени в рабочем цикле сдвинут в зависимости от заданного значения давления газа во впускной трубе относительно фиксированного момента времени.
Интерфейс может быть аппаратным интерфейсом. Интерфейс предназначен для соединения управляющего устройства с блоком управления двигателем или непосредственно или опосредованно с педалью газа и обеспечения передачи данных, т.е. передачи команды, которая содержит требование изменения момента, например, заданное значение, в управляющее устройство. Процессорный модуль может иметь электронный конструктивный элемент, такой как микропроцессор. Процессорный модуль может содержать модуль для определения заданного значения давления газа и модуль для определения изменяемого момента времени в зависимости от давления газа и требования изменения момента.
Кроме того, управляющее устройство может иметь память, в которой хранятся заданные значения давления газа в участке газопровода в зависимости от требования изменения момента и/или информация для определения изменяемого момента времени в зависимости от давления газа. Память может быть банком данных.
Кроме того, управляющее устройство может быть предназначено для выполнения указанных относительно способа признаков по отдельности или в любых комбинациях.
Кроме того, данное изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему указанное управляющее устройство и цилиндр. Цилиндр через клапан соединен с участком газопровода, в котором предусмотрен исполнительный элемент для установки давления газа в участке газопровода. Предусмотрена возможность управления клапаном с помощью управляющего устройства так, что клапан при остающемся постоянным моменте двигателя внутреннего сгорания закрывается в фиксированный момент времени в рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания, и что клапан вследствие требования изменения момента закрывается в изменяемый момент времени, при этом изменяемый момент времени в рабочем цикле сдвинут в зависимости от заданного значения давления газа относительно фиксированного момента времени.
Двигатель внутреннего сгорания может содержать впускной клапан, через который цилиндр соединен с впускной трубой, в которой предусмотрена дроссельная заслонка, и выпускной клапан, через который цилиндр соединен с выпускным каналом, в котором предусмотрен турбонагнетатель. Двигатель внутреннего сгорания может быть выполнен так, что впускной клапан и/или выпускной клапан могут закрываться вследствие требования изменения момента в относящийся к впускному клапану изменяемый момент времени, соответственно, в относящийся к выпускному клапану изменяемый момент времени.
Некоторые примеры выполнения относятся также к транспортному средству, содержащему указанный двигатель внутреннего сгорания.
Ниже приводится в качестве примера описание примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - блок-схема способа, согласно изобретению;
фиг. 2 - блок-схема управляющего устройства;
фиг. 3 - сдвиг моментов времени закрывания при требовании повышения момента;
фиг. 4 - изменение во времени давления впускной трубы и сдвига момента времени закрывания впускного клапана в течение нескольких рабочих циклов;
фиг. 5 - пример выполнения блок-схемы управляющего устройства; и
фиг. 6 - другой пример выполнения блок-схемы управляющего устройства.
На фиг. 1 показан пример выполнения способа  для осуществления газообмена в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, согласно изобретению.
Для этого двигатель внутреннего сгорания имеет цилиндр, который через впускной клапан соединен с впускной трубой, в которой предусмотрена дроссельная заслонка для установки давления во впускной трубе.
В выполняемом процессе 101 управления, во время которого момент двигателя внутреннего сгорания является постоянным, впускной клапан закрывается в фиксированный момент времени в рабочем цикле. Фиксированный момент времени задан так, что в этот момент времени объем цилиндра меньше максимально возможного объема цилиндра. Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания подробно поясняется ниже со ссылками на фиг. 3.
Если происходит требование увеличения момента двигателя, которое инициируется в этом примере нажатием на педаль газа, то требование изменения момента распознается на стадии 102. В следующей стадии 103 определяется заданное значение давления во впускной трубе в зависимости от требования изменения момента. Для этого используются заранее занесенные в память параметрические поверхности, которые описывают давление во впускной трубе в зависимости от момента, так что можно считывать заданное значение давления во впускной трубе. Заданное значение давления впускной трубы больше имеющегося в момент времени требования изменения момента давления впускной трубы.
С помощью давления впускной трубы на стадии 1040 определяется заданное положение дроссельной заслонки. Затем дроссельная заслонка устанавливается в соответствии с определяемым заданным значением положения дроссельной заслонки (стадия 1041).
Одновременно со стадией 1040 на стадии 1050 определяется изменяемый момент времени для закрывания впускного клапана вследствие требования изменения момента в зависимости от заданного значения давления впускной трубы. Определяемый изменяемый момент времени в цикле двигателя в зависимости от заданного значения давления впускной трубы сдвинут назад относительно фиксированного момента времени, как будет пояснено применительно к фиг. 3.
Затем впускной клапан закрывается в изменяемый момент времени на несколько циклов двигателя (стадия 1051). Как только фактическое значение давления впускной трубы соответствует заданному значению давления впускной трубы, то впускной клапан закрывается снова в фиксированный момент времени (стадия 1052). Затем осуществляется переход в непрерывный процесс 106 управления, который аналогичен процессу 101 и в котором впускной клапан закрывается в фиксированный момент времени.
На фиг. 2 показана блок-схема двигателя 2 внутреннего сгорания для выполнения газообмена в цилиндре. Двигатель 2 внутреннего сгорания выполнен как поясненный относительно выполнения способа  из фиг. 1 двигатель внутреннего сгорания. Дополнительно к этому, двигатель 2 внутреннего сгорания содержит управляющее устройство 20. Управляющее устройство 20 имеет интерфейс 201, который может быть соединен с процессорным модулем. Процессорный модуль предназначен для обработки данных требования изменения момента, которые могут создаваться, например, посредством нажатия на педаль газа, например, заданного момента, и для передачи в управляющее устройство 20.
Кроме того, управляющее устройство 20 содержит процессорный модуль 202, который содержит модуль 2020 для определения заданного значения и модуль 2021 для определения момента времени. Процессорный модуль 202 соединен с интерфейсом 201, с целью обеспечения возможности получения требования 300 изменения момента, которое предоставляется в распоряжение через интерфейс 201. Управляющее устройство 20 соединено с исполнительным модулем 21 для перестановки положения дроссельной заслонки, с целью передачи заданного значения 301, которое определяется с помощью модуля 2020 для определения заданного значения, в исполнительный модуль 21. Модуль 2020 для определения заданного значения и модуль 2021 для определения момента времени соединены друг с другом так, что модуль 2021 для определения момента времени получает заданное значение 301 давления впускной трубы, с целью определения из него изменяемого момента времени 302. Кроме того, управляющее устройство 20 соединено с переключательным модулем 22 для переключения впускного клапана, с целью обеспечения возможности передачи изменяемого момента времени 302 и замыкания переключательного модуля 22 в циклах двигателя после требования 300 изменения момента в изменяемый момент времени 302.
На фиг. 3 показана диаграмма части рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания, которая иллюстрирует моменты времени открывания и закрывания впускного клапана и момент времени закрывания выпускного клапана во время всасывания. Показан круговой сектор, на котором обозначена верхняя мертвая точка ОТ и нижняя мертвая точка UT. В верхней мертвой точке ОТ поршень двигателя внутреннего сгорания находится в положении, в котором объем цилиндра является минимальным. В нижней мертвой точке UT поршень находится в цилиндре в положении, в котором объем цилиндра является максимальным.
Между верхней мертвой точкой ОТ и нижней мертвой точкой UT вдоль правой половины окружности происходит всасывание. Как показано на фиг. 3 слева от верхней мертвой точки ОТ, впускной клапан двигателя внутреннего сгорания открывается в момент времени ОЕ, так что за счет входящего в цилиндр свежего воздуха, остающийся в цилиндре остаточный газ может вытесняться из цилиндра. После достижения верхней мертвой точки ОТ вблизи лежит момент времени SA закрывания выпускного клапана. Поскольку двигатель внутреннего сгорания работает в соответствии со способом Миллера, то момент времени SE закрывания впускного клапана лежит перед достижением нижней мертвой точки UT, т.е. в средней части второго квадранта кругового сектора. Момент времени SE впускного клапана в состоянии равновесия, т.е. когда нет требования изменения момента и величины состояния являются постоянными, является фиксированным моментом времени. Как только распознается требование увеличения момента, впускной клапан закрывается в более поздний момент времени, в изменяемый момент времени vSE. Изменяемый момент времени vSE закрывания впускного клапана показан на фиг. 3 непосредственно перед нижней мертвой точкой UT. Однако сдвиг между изменяемым моментом времени vSE закрывания и фиксированным моментом времени SE закрывания может быть также меньше или уменьшаться с увеличением количества циклов двигателя после требования изменения момента. Возможная зависимость сдвига ϕ изменяемого момента времени, а также зависимость давления Ps от увеличивающегося количества рабочих циклов, соответственно от времени t, показана на фиг. 4.
На фиг. 4 показано, что в момент времени Т1, в который распознается требование изменения момента, сдвиг ϕ изменяемого момента времени закрывания внезапно увеличивается относительно фиксированного момента времени закрывания. В противоположность этому, давление Ps впускной трубы повышается лишь медленно, поскольку требуется время до установки заданного значения давления впускной трубы. Со временем уменьшается сдвиг ϕ изменяемого момента времени закрывания, в то время как давление впускной трубы дальше повышается.
Таким образом, за счет сдвига момента времени закрывания впускного клапана от фиксированного момента времени SE закрывания к изменяемому моменту времени vSE закрывания можно быстрей реагировать на требование изменения момента, чем за счет установки давления впускной трубы. Поскольку затем давление во впускной трубе согласовывается, то при равномерном движении может достигаться, что обеспечивается возможность использовании преимуществ способа Миллера.
Момент времени SA закрывания выпускного клапана может быть в состоянии равновесия, т.е. когда нет требования изменения момента, фиксированным моментом времени. Однако если имеется требование увеличения момента, то выпускной клапан может закрываться в более ранний момент времени, т.е. в изменяемый момент времени vSA закрывания, с целью предотвращения обратного протекания слишком большого количества остаточного газа обратно в цилиндр. Изменяемый момент времени vSA закрывания выпускного клапана лежит, как показано на фиг. 3, между верхней мертвой точкой ОТ и фиксированным моментом времени SA закрывания выпускного клапана. Сдвиг между изменяем моментом времени vSA закрывания выпускного клапана и фиксированным моментом времени SA закрывания выпускного клапана может быть также меньше или уменьшаться с увеличивающимся количеством циклов двигателя после требования изменения момента. Ход изменения изменяемого момента времени vSA, а также ход изменения противодавления отработавших газов с увеличивающимся количеством рабочих циклов, соответственно со временем t, может происходить аналогично сдвигу ϕ и давлению Ps на фиг. 4. Таким образом, можно быстрее реагировать на требования изменения момента.
Со ссылками на фиг. 2 было приведено описание лишь управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 5 показан другой пример выполнения двигателя внутреннего сгорания 4, в котором поясняется управление рядом оказывающих влияние на наполнение исполнительных элементов.
Двигатель внутреннего сгорания 4 содержит управляющее устройство. Управляющее устройство содержит интерфейс (не изображен), через который может передаваться фактическая скорость 500 вращения и заданный момент 501, т.е. требование изменения момента. Для этого интерфейс может быть соединен, например, с блоком управления двигателем.
Кроме того, управляющее устройство содержит процессорный модуль, который содержит модуль 41 для определения заданного значения. Модуль 41 для определения заданного значения содержит память, которая имеет параметрические поверхности для массы воздуха, коэффициента подачи, опережения давления на дроссельной заслонке, содержания остаточного газа во внутреннем возврате отработавших газов и содержания остаточного газа в наружном возврате отработавших газов. Модуль 41 для определения заданного значения предназначен для определения с помощью параметрических поверхностей из памяти и фактической скорости 500 вращения и заданного момента 501, которые принимаются через интерфейс, заданной массы 502 воздуха, заданного коэффициента 503 подачи, заданного опережения 504 давления, заданного содержания 505 остаточного газа во внутреннем возврате отработавших газов и заданного содержания 506 остаточного газа в наружном возврате отработавших газов и их выдачи.
Заданная масса 502 воздуха и заданный коэффициент 503 подачи передаются из модуля 41 определения заданного значения в модуль 42 определения давления впускной трубы, так что в нем вычисляется заданное давление 507 впускной трубы. Заданное давление 507 впускной трубы передается в регулятор 43 давления впускной трубы, с помощью которого дроссельная заслонка 400 в цилиндре переводится в подходящее положение (позиция 508).
Давление 507 впускной трубы дополнительно передается в модуль 44 определения заданного значения давления наддува. Кроме того, модуль 44 определения заданного значения давления наддува соединен с модулем 41 определения заданного значения, с целью приема заданного опережения 504 давления. Модуль 44 определения заданного значения давления наддува предназначен для вычисления заданного давления 509 наддува и для передачи его в регулятор 45 давления наддува. Регулятор 45 давления наддува предназначен для регулирования турбонагнетателя 401 в выпускном канале (позиция 510).
Управляющий блок двигателя 4 внутреннего сгорания имеет дополнительно модуль 46 определения момента времени. Модуль 46 определения момента времени соединен с модулем 41 определения заданного значения, для приема из него значений заданной массы 502 воздуха и заданного содержания 505 остаточного газа. Модуль 46 определения момента времени предназначен для определения на основе фактической скорости 500 вращения, заданного значения 501 момента, заданной массы 502 воздуха и заданного содержания 505 остаточного газа во внутреннем возврате отработавших газов, моментов времени переключения впускного клапана 402 и выпускного клапана 403 и их установки соответствующим образом (позиции 511, 512), т.е. их открывания и закрывания.
Для этого созданы модели учета наполнения для массы свежего воздуха и для содержания остаточного газа во внутреннем возврате отработавших газов. С помощью частных производных модели учета наполнения определяется влияние впускного клапана на массу свежего воздуха и содержание остаточного газа во внутреннем возврате отработавших газов. С помощью матрицы Якоби затем определяются моменты времени переключения впускного клапана и выпускного клапана. Если имеется требование увеличения момента, то момент времени закрывания впускного клапана и выпускного клапана сдвигается так долго, пока не будет установлено заданное значение давления 507 впускной трубы и заданное значение давления 510 наддува.
Дополнительно к этому, управляющее устройство имеет регулятор 47 клапана возврата отработавших газов, который соединен с модулем 41 определения заданного значения, с целью приема из него значений заданной массы 502 воздуха и заданного содержания остаточного газа в наружном возврате отработавших газов. Регулятор 47 клапана возврата отработавших газов предназначен для определения заданного положения клапана возврата отработавших газов и соответствующего управления клапаном 404 возврата отработавших газов (позиция 513).
В некоторых примерах выполнения управляющее устройство выполнено в виде процессора, который выполняет функции модуля 41 определения заданного значения, модуля 42 определения давления впускной трубы, модуля 44 определения заданного давления наддува и модуля 46 определения момента времени.
На фиг. 6 показан альтернативный пример выполнения двигателя внутреннего сгорания. Двигатель 4ʹ внутреннего сгорания содержит, также как управляющее устройство на фиг. 5, модуль 41 определения заданного значения, модуль 42 определения давления впускной трубы и модуль 44 определения заданного давления наддува. Кроме того, управляющее устройство имеет модуль 48 обработки, который на основе фактической скорости 500 вращения, заданного значения 501 момента, заданной массы 502 воздуха, заданного коэффициента 503 подачи, заданного опережения 504 давления, заданного содержания 505 остаточного газа во внутреннем возврате отработавших газов, заданного содержания 506 остаточного газа в наружном возврате отработавших газов, заданного давления 507 впускной трубы и заданного давления 509 наддува определяет положение оказывающих влияние на наполнение исполнительных элементов, т.е. дроссельной заслонки 400, турбонагнетателя 401, впускного клапана 402, выпускного клапана 403 и клапана 404 возврата отработавших газов, и регулирует их соответствующим образом.
Для определения положения исполнительных элементов создаются модели участков, которые описывают, как на давление во впускной трубе влияет положение дроссельной заслонки 400, как на давление наддува влияет работающий на отработавших газах турбонагнетатель, т.е. регулятор работающего на отработавших газах турбонагнетателя, как исполнительные элементы реагируют на изменения своего положения, и как масса свежего воздуха и содержание внутреннего остаточного газа зависят от положения впускного клапана 402 и выпускного клапана 403. Для определения влияния впускного клапана и выпускного клапана на массу свежего воздуха и на содержание остаточного газа во внутреннем возврате отработавших газов, можно использовать модели учета наполнения.
На основе моделей участков затем устанавливаются исполнительные элементы с помощью сигналов 508, 510, 511, 512 и 513. Установка впускного клапана и при необходимости выпускного клапана осуществляется тем, что дополнительно к установке давления во впускной трубе с помощью дроссельной заслонки, оптимируется состав наполнения при требовании изменения момента тем, что сдвигаются моменты времени закрывания впускного клапана и при необходимости выпускного клапана, с целью обеспечения возможности более быстрого реагирования, чем на основании положения дроссельной заслонки, на требование изменения момента.
В целом, данное изобретение отличается тем, что на состав наполнения в цилиндре оказывается влияние с помощью многих исполнительных органов, и тем самым обеспечивается возможность быстрого реагирования на требование изменения момента. Перечень позиций
10 Способ выполнения газообмена
101 Используемый процесс управления
102 Распознавание требования изменения момента
103 Определение заданного значения давления впускной
трубы
1040 Определение заданного положения дроссельной заслонки
1041 Установка заданного положения дроссельной заслонки
1050 Определение изменяемого момента времени
1051 Закрывание выпускного клапана в изменяемый момент времени
1052 Определение, что заданное значение давления впускной
трубы не соответствует фактическому значению
106 Непрерывный процесс управления
2 Двигатель внутреннего сгорания
20 Управляющее устройство
201 Интерфейс
202 Процессорный модуль
2020 Модуль определения заданного значения
2021 Модуль определения момента времени
21 Исполнительный модуль
22 Переключательный модуль
300 Требование изменения момента
301 Заданное значение давления впускной трубы
302 Изменяемый момент времени
4 Двигатель внутреннего сгорания
41 Модуль определения заданного значения
42 Устройство определения давления во впускной трубе
43 Регулятор давления впускной трубы
44 Модуль определения заданного давления турбонагнетателя
45 Регулятор турбонагнетателя
46 Модуль определения момента времени
47 Регулятор клапана возврата отработавших газов
400 Дроссельная заслонка
401 Турбонагнетатель
402 Впускной клапан
403 Выпускной клапан
404 Клапан возврата отработавших газов
500 Скорость вращения
501 Заданный момент
502 Заданная масса воздуха
503 Заданный коэффициент подачи
504 Заданное опережение давления
505 Заданное содержание во внутреннем возврате отработавших
газов
506 Заданное содержание в наружном возврате отработавших
газов
507 Заданное давление во впускной трубе
508 Исполнительный сигнал для дроссельной заслонки
509 Заданное давление турбонагнетателя
510 Управляющий сигнал для турбонагнетателя
511 Исполнительный сигнал для впускного клапана
512 Исполнительный сигнал для выпускного клапана
513 Исполнительный сигнал для клапана возврата отработавших
газов
OT Верхняя мертвая точка
UT Нижняя мертвая точка
OE Момент времени открывания впускного клапана
SE Момент времени закрывания впускного клапана
vSE Изменяемый момент времени закрывания впускного клапана
SA Момент времени закрывания выпускного клапана
vSA Изменяемый момент времени закрывания впускного клапана
Ps Давление во впускной трубе
ϕ Сдвиг изменяемого момента времени закрывания впускного
клапана относительно фиксированного момента времени
t Время