СПОСОБ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВЫХОДЕ КОМПРЕССОРА
METHOD FOR COMPRESSOR OUTLET TEMPERATURE REGULATION

Область техники
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для регулирования работы двигателя в зависимости от будущих параметров работы двигателя.
Уровень техники и раскрытие изобретения
При эксплуатации двигателей возможно применение турбокомпрессоров или нагнетателей для увеличения массового расхода подачи воздуха в камеру сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели сжимают всасываемый воздух, поступающий в двигатель, с помощью компрессора всасываемого воздуха. Поскольку в результате такого сжатия температура воздуха может возрасти, применяют охладитель наддувочного воздуха ниже по потоку от выхода компрессора для снижения температуры воздуха до его поступления в камеры сгорания. Однако на компоненты впускной системы выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха все же может воздействовать воздух высокой температуры. В частности, в условиях высокой нагрузки двигателя и работы двигателя с наддувом, сжатый всасываемый воздух может стать горячим настолько, что возникнет риск ухудшения характеристик всасывающего трубопровода между выходом компрессора и охладителем наддувочного воздуха. Чрезмерные температуры на выходе компрессора также могут стать причиной нагарообразования в компрессоре, когда в результате окисления капель масла возникают шершавые отложения на подшипниках компрессора, в результат чего происходит преждевременное ухудшение характеристик оборудования и возникают связанные с ним издержки по гарантийным обязательствам. В связи с этим был разработан ряд решений для регулирования температуры на выходе компрессора в системе двигателя с наддувом.
Один пример решения для регулирования температуры компрессора раскрыт Клементом (Clement) с соавторами в U.S. 6,076,500. Согласно ему, ограничивают крутящий момент двигателя в зависимости от результата измерения температуры двигателя и/или результата измерения температуры всасываемого воздуха. В частности, допустимый крутящий момент двигателя снижают, если результат измерения температуры всасываемого воздуха превышает пороговое значение.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки подобных систем. В качестве одного примера, может быть трудно одновременно удовлетворить противоречащие друг другу потребности в ограничении крутящего момента двигателя, поддержания его эксплуатационных показателей и сохранения компонентов двигателя в исправном состоянии. Например, в условиях высокой нагрузки двигателя, крутящий момент двигателя можно уменьшить до относительно низких уровней в связи с повышенной температурой всасываемого воздуха для предотвращения перегрева двигателя, могущего возникнуть при длительной работе двигателя с высокой нагрузкой. При этом, в неустановившемся режиме высокой нагрузки фактический нагрев на выходе компрессора может быть значительно ниже прогнозируемого по результату измерения температуры воздуха.
А именно, текущие результаты измерения температуры всасываемого воздуха могут не отражать фактическую температуру компонентов впускной системы из-за особенностей ее термодинамики (например, задержки нагрева или охлаждения компонентов впускной системы относительно нагрева или охлаждения всасываемого воздуха). Так, скорость изменения температуры всасываемого воздуха может быть выше, чем у компонентов впускной системы. Например, при возрастании запрошенного водителем крутящего момента растет и величина наддува для его создания, при этом температура всасываемого воздуха может расти быстрее, чем температура таких компонентов впускной системы двигателя, как компрессор и трубки всасывающего трубопровода между компрессором и охладителем наддувочного воздуха. Поэтому температура компонентов впускной системы может быть ниже, чем у всасываемого воздуха, во время возрастания требуемого крутящего момента, при этом термическое равновесие между ними и всасываемым воздухом может не быть достигнуто до тех пор, пока температура всасываемого воздуха не пробудет относительно постоянной в течение некоторого периода. То есть компоненты впускной системы могут достичь потенциально разрушающих температур только после того, как двигатель проработает при высокой нагрузке в течение порогового периода. Как следствие, в ситуации, когда высокая нагрузка двигателя необходима только в течение короткого периода, ограничение крутящего момента двигателя может оказаться чрезмерным, что приведет к ухудшению эксплуатационных показателей двигателя с наддувом.
В одном примере вышеуказанные недостатки может по меньшей мере частично преодолеть способ для двигателя, содержащий шаги, на которых: регулируют выходной крутящий момент двигателя в зависимости от профиля будущей температуры на выходе компрессора для удержания фактической температуры на выходе компрессора ниже порога, при этом в основе профиля будущей температуры на выходе компрессора лежат результаты оценки текущих и прогнозных параметров работы двигателя, основанных на входных параметрах из средств внешней связи транспортного средства. Это позволяет точнее регулировать температуру на выходе компрессора без необоснованного ограничения выходного крутящего момента двигателя.
В качестве одного примера, когда двигатель работает с наддувом, контроллер двигателя может моделировать температуру (или профиль температуры) на выходе компрессора по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя, в том числе по текущим и будущим потребностям в крутящем моменте. Будущие потребности в крутящем моменте можно оценивать по данным, относящимся к конкретному транспортному средству, например, статистике действий водителя, статистике детонации в двигателе и т.п., а также таким данным внешней связи транспортного средства, как маршрут движения, данные об уклоне дороги, данные о дорожном движении и т.п. Выборку данных, поступающих по внешней связи транспортного средства, можно осуществлять с помощью навигационной системы, соединенной с возможностью связи с контроллером, систем беспроводной связи, связи между транспортными средствами и т.п. Результаты оценки будущей потребности в крутящем моменте используют совместно с текущими результатами измерений в транспортном средстве для моделирования температуры на выходе компрессора в некотором интервале будущего времени (включающий в себя предстоящий участок движения транспортного средства). В частности, по крутящему моменту двигателя определяют массовый расход воздуха через двигатель, по которому, с учетом результата оценки барометрического давления, оценивают противодавление отработавших газов. Затем из противодавления отработавших газов выводят степень повышения давления компрессором, а по ней можно моделировать мгновенную температура на выходе компрессора. Затем можно выполнить фильтрацию модельной температуры на выходе компрессора для моделирования температуры всасывающего трубопровода (в том числе температуры материала во всасывающем трубопроводе, соединяющем выход компрессора с охладителем наддувочного воздуха, а также температуру газов, текущих в указанном трубопроводе) в интервале будущего времени. Затем контроллер может ограничить выходной крутящий момент двигателя в зависимости от профиля модельной температуры на выходе компрессора для удержания температуры на выходе компрессора и температуры всасывающего трубопровода ниже соответствующих порогов. В еще одном примере выходной крутящий момент двигателя можно, дополнительно или необязательно, регулировать для поддержания давления на входе дросселя. Например, контроллер может ограничивать крутящий момент двигателя, изменяя положения впускного дросселя и/или привода перепускной заслонки отработавших газов.
Так можно повысить точность регулирования выходного крутящего момента двигателя в зависимости от профиля будущей температуры на выходе компрессора. Технический эффект, состоящий в увеличении выходного крутящего момента с одновременным удержанием температуры компонентов впускной системы ниже соответствующих пороговых температур, достигается путем прогнозирования температур одного или нескольких компонентов впускной системы по прогнозным параметрам работы двигателя. Кроме того, точность регулирования ограничения крутящего момента двигателя можно повысить таким образом, чтобы обеспечить одновременное создание требуемого крутящего момента и уменьшение интенсивности ухудшения характеристик всасывающего трубопровода. Таким образом, перегрев компонентов двигателя уменьшают без чрезмерного ограничения выходного крутящего момента двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Заявляемый предмет изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящей заявки.
Краткое описание фигур чертежей
На ФИГ. 1 изображен пример системы транспортного средства, соединенного с системой внешней связи.
На ФИГ. 2 изображен пример системы двигателя с наддувом, выполненной с турбокомпрессором.
На ФИГ. 3 изображена высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая пример способа для прогнозирования температуры на выходе компрессора по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя и задействования исполнительных устройств двигателя для ограничения крутящего момента двигателя в зависимости от температуры на выходе компрессора.
На ФИГ. 4 изображена блок-схема, иллюстрирующая определение мгновенной температуры на выходе компрессора по текущим и прогнозным условиям работы транспортного средства.
На ФИГ. 5 представлена диаграмма, устанавливающая зависимость между крутящим моментом и частотой вращения двигателя и мгновенной температурой на выходе компрессора.
На ФИГ. 6А представлен пример кривой изменений давления на входе турбины во времени в зависимости от прогнозной температуры на выходе компрессора.
На ФИГ. 6В представлен пример кривой изменений частоты вращения компрессора во времени в зависимости от прогнозной частоты вращения компрессора.
На ФИГ. 7 представлен пример графика регулирования температуры на выходе компрессора путем регулирования крутящего момента двигателя.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для улучшения регулирования температуры на выходе компрессора, например, в системе двигателя с наддувом на ФИГ. 2, в зависимости от входных параметров от системы внешней связи (ФИГ. 1). Контроллер выполнен с возможностью выполнения алгоритма, примеры которых раскрыты на ФИГ. 3-4, для моделирования температуры на выходе компрессора. Контроллер может использовать диаграмму, например, диаграмму на ФИГ. 5, устанавливающую зависимость между крутящим моментом и частотой вращения двигателя и мгновенной температурой на выходе компрессора. Регулирование крутящего момента двигателя, частоты вращения компрессора и температуры на выходе компрессора в зависимости от прогнозных данных раскрыто на примерах ФИГ. 6А и 6В. Еще один пример операции регулирования температуры раскрыт на ФИГ. 7. Так можно регулировать температуру на выходе компрессора для уменьшения перегрева без чрезмерного ограничения выходного крутящего момента двигателя.
На ФИГ. 1 раскрыт пример 100 осуществления системы 110 транспортного средства, связанной с внешней сетью (облаком) 160 и парком 120 транспортных средств. Транспортное средство может представлять собой дорожное транспортное средство с возможностью приведения в движение посредством двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель может представлять собой систему двигателя с наддувом, содержащую турбокомпрессор, раскрытую на примере ФИГ. 2.
Система 110 транспортного средства может содержать систему 112 управления транспортного средства для управления работой транспортного средства. Система 112 управления транспортного средства может содержать контроллер 114. Навигационная система 154 может быть соединена с системой 112 управления для определения местоположения транспортного средства 110. Навигационная система 154 может быть связана с внешним сервером и/или сетевым облаком 160 по системе 150 беспроводной связи для выборки одного или нескольких входных параметров, например, данных транспортного средства, навигационных данных, картографических данных, данных о рельефе и метеоданных, из сети. Выбранные входные параметры можно сохранять в контроллере 114 с возможностью их передачи. Например, навигационная система 154 может определять текущее местоположение транспортного средства 110 и/или получать параметры окружающей среды (например, температуру, давление и т.п.) из сетевого облака 160.
Контроллер 114 также может быть соединен с устройством 152 беспроводной связи для непосредственной связи транспортного средства 110 с сетевым облаком 160. С помощью устройства 152 беспроводной связи, транспортное средство 110 может осуществлять выборку параметров окружающей среды (например, температуры, барометрического давления и т.п.) из сетевого облака 160 для использования при определении мгновенной температуры на выходе компрессора. Кроме того, устройство 152 беспроводной связи может осуществлять выборку информации о дорожной обстановке, предстоящем уклоне дороги и метеоусловиях.
Система 112 управления показана принимающей информацию от множества датчиков 116, например, от датчиков двигателя на ФИГ. 2, и направляющей управляющие сигналы на множество исполнительных устройств 118, например, на исполнительные устройства двигателя на ФИГ. 2. В зависимости от сигналов от различных датчиков 116 регулируют работу двигателя, в связи с чем контроллер 114 направляет управляющие сигналы на исполнительные устройства 118 двигателя.
Система 112 управления также может быть соединена с возможностью связи с системой управления одного или нескольких транспортных средств парка 120 транспортных средств. Парк 120 может содержать несколько транспортных средств 122, 124, 126 и 128. В одном примере транспортные средства 122-128 могут быть схожи по типу и модели с транспортным средством 110. В других примерах транспортные средства 122-128 могут представлять собой транспортные средства в пределах порогового расстояния от транспортного средства 110. В одном примере удаленное транспортное средство 122 может измерять температуру воздуха на входе и передавать ее в рассматриваемое транспортное средство 110 по системе 150 связи между транспортными средствами. Если удаленное транспортное средство 122 и рассматриваемое транспортное средство 110 находятся в пределах порогового расстояния, результат измерения температуры воздуха на входе удаленным транспортным средством 122 может быть аналогичен температуре воздуха на входе рассматриваемого транспортного средства 110. Транспортные средства 122-128 могут представлять собой транспортные средства, входящие в состав того же парка, что и транспортное средство 110. Любое транспортное средство парка 120 может содержать систему 112 управления, схожую с системой 112 управления транспортного средства 110. Навигационная система 154 и устройство 152 беспроводной связи могут быть соединены с системой 112 управления каждого из транспортных средств парка 120. Бортовые контроллеры в транспортных средствах парка выполнены с возможностью связи друг с другом и с бортовым контроллером в транспортном средстве 110 посредством соответствующей навигационной системы 154, устройства 152 беспроводной связи, и/или иных систем связи между транспортными средствами (V2V). Транспортные средства парка 120 также выполнены с возможностью связи с сетевым облаком 160 по системе 150 беспроводной связи.
Таким образом, транспортное средство 110 выполнено с возможностью связи с удаленными источниками (внешним сетевым облаком, другими транспортными средствами), используя одну или несколько технологий, например, беспроводную связь, навигационную систему и V2V. Возможен обмен данными различных типов (например, о барометрическом давлении) между транспортными средствами и сетевым облаком с возможностью определения температуры на выходе компрессора по этим данным, как подробно раскрыто ниже.
Исходя из текущего местоположения транспортного средства, контроллер 114 может оценивать будущие маршруты для транспортного средства и осуществлять выборку дорожных параметров для перечня результатов оценки будущих маршрутов, при этом в число дорожных параметров входят, например, уклон дорог на маршрутах, тип дорог на маршрутах (например, мощеная, гравийная, грунтовая и т.п.), дорожное движение на маршрутах, знаки остановки, светофоры, дорожные опасные факторы и т.п. В некоторых примерах контроллер 114 также может получать метеоданные, относящиеся к условиям окружающей среды (например, количество осадков, тип осадков, влажность, температура окружающей среды, давление окружающей среды и т.п.) на маршрутах. По входному сигналу от водителя транспортного средства касательно необходимого пункта назначения и/или необходимого маршрута до того или иного пункта назначения, контроллер 114 может выбрать необходимый маршрут из перечня будущих маршрутов. При этом в других примерах контроллер 114 может выбрать несколько маршрутов из перечня будущих маршрутов по входному сигналу от водителя транспортного средства касательно необходимого пункта назначения. Таким образом, контроллер 114, в случае выбора того или иного необходимого пункта назначения и/или маршрута, может сузить перечень возможных маршрутов транспортного средства в зависимости от указанного выбора.
Контроллер 114 может сформировать первый профиль будущего выходного крутящего момента двигателя на основе прогнозного профиля требуемого водителем крутящего момента, и/или будущих дорожных параметров, и/или данных транспортного средства. По первому профилю будущего выходного крутящего момента двигателя и/или будущим условиям окружающей среды контроллер 114 может оценивать будущие параметры работы двигателя. Контроллер 114 также может ограничить максимально допустимый крутящий момент двигателя для текущей и/или будущей работы двигателя для удержания параметров работы двигателя в системных пределах. Например, контроллер 114 может ограничить максимально допустимый крутящий момент двигателя для удержания температуры на выходе компрессора ниже пороговой в интервале будущего времени. В еще одном примере контроллер 114 может ограничить максимально допустимый крутящий момент двигателя для удержания частоты вращения компрессора ниже пороговой в интервале будущего времени. В еще одном примере контроллер 114 может ограничить максимально допустимый крутящий момент двигателя для удержания температуры всасывающего трубопровода между компрессором и охладителем наддувочного воздуха ниже пороговой. Другие примеры системных пределов раскрыты ниже на примере ФИГ. 3. В некоторых примерах, можно использовать контрольный регулятор совместно с результатами оценки будущих параметров работы двигателя для регулирования максимально допустимого крутящего момента двигателя. А именно, контрольный регулятор может корректировать опорный сигнал, соответствующий, например, водительскому запросу крутящего момента двигателя (например, входному сигналу от водителя транспортного средства через педаль акселератора), с возможностью его использования для управления работой различных исполнительных устройств двигателя, например, впускного дросселя, перепускной заслонки турбокомпрессора, топливных форсунок и т.п.
Контроллер 114 может сформировать второй профиль будущей нагрузки двигателя исходя из скорректированного профиля максимально допустимого крутящего момента двигателя и оценить будущие параметры работы двигателя по второму профилю будущей нагрузки двигателя. А именно, контроллер 114 может оценить профиль будущего впрыска топлива для интервала будущего времени. Таким образом, контроллер 114 может оценить один или несколько профилей будущего впрыска топлива для одного или нескольких предстоящих возможных маршрутов транспортного средства, при этом результаты оценки профилей будущего впрыска топлива могут учитывать системные пределы, например, температуру на выходе компрессора турбокомпрессора. Так можно получить более точный результат оценки топливной экономичности для двух или более будущих маршрутов, при этом контроллер 114 может выбрать более оптимальный с точки зрения топливной экономичности маршрут до необходимого места.
Контроллер 114 может оценивать будущие параметры работы двигателя для одного или нескольких будущих маршрутов по условиям окружающей среды и профилям будущей нагрузки двигателя, при этом профили будущей нагрузки двигателя могут быть по меньшей мере частично оценены по дорожным параметрам. В число будущих параметров работы двигателя могут входить один или несколько из следующих: будущие температуры на выходе компрессора, температуры сжатого воздуха, значения требуемого крутящего момента, значения противодавления отработавших газов, момент зажигания, количество впрыскиваемого топлива, частота вращения компрессора, давление сжатого воздуха и т.п., для одного или нескольких будущих маршрутов. То есть параметры работы двигателя в некотором интервале будущего времени можно прогнозировать по прогнозной нагрузке двигателя и прогнозным условиям окружающей среды. Как раскрыто выше, дорожные параметры и условия окружающей среды для будущих маршрутов можно оценивать по данным, полученным из сетевого облака 160.
А именно, контроллер 114 может сформировать прогнозный профиль будущей температуры на выходе компрессора и/или будущей температуры материала всасывающего трубопровода (например, температуры трубок всасывающего трубопровода, соединяющих компрессор с охладителем наддувочного воздуха) исходя из профилей будущей нагрузки двигателя и/или условий окружающей среды. В одном примере по нагрузке двигателя можно определять массовый расход всасываемого воздуха, по которому, совместно с результатом оценки барометрического давления, можно оценивать противодавление отработавших газов. Из результата оценки противодавления отработавших газов можно вывести степень повышения давления компрессором, а по последней можно моделировать температуру на выходе компрессора. Затем можно выполнить фильтрацию модельной температуры на выходе компрессора для моделирования температуры материала всасывающего трубопровода (материала во всасывающем трубопроводе, соединяющем выход компрессора с охладителем наддувочного воздуха) в интервале будущего времени.
В еще одном примере профиль будущей температуры на выходе компрессора и/или профиль температуры материала всасывающего трубопровода могут быть скорректированы в зависимости от условий окружающей среды, например, температуры. Например, с ростом температуры окружающей среды может расти температура на выходе компрессора и/или материала всасывающего трубопровода. Кроме того, изменения влажности окружающей среды может влиять на интенсивность теплопередачи между всасываемым воздухом и компонентами впускной системы. А именно, с ростом влажности окружающей среды может расти теплопередача между всасываемым воздухом и компонентами впускной системы.
В еще одном примере контроллер 114 может оценивать профиль будущей температуры на выходе компрессора и/или профиль температуры материала всасывающего трубопровода в зависимости от будущих параметров работы двигателя. В качестве одного примера, по профилю прогнозной нагрузки двигателя контроллер 114 может оценивать, будет ли нужна рециркуляция отработавших газов РОГ (EGR). Если, согласно прогнозу, РОГ будет нужна, профиль будущей температуры на выходе компрессора и/или профиль температуры материала всасывающего трубопровода можно скорректировать с учетом прогнозного количества газов РОГ и/или прогнозной температуры газов РОГ и т.п.Например, когда газы РОГ низкого давления горячее всасываемого воздуха, газы РОГ низкого давления могут нагревать всасываемые газы и, тем самым, повышать температуру на выходе компрессора и/или материала всасывающего трубопровода. Кроме того, в примерах, где газы РОГ высокого давления горячее сжатого воздуха, они могут повышать температура сжатого воздуха и/или материала всасывающего трубопровода.
Затем контроллер 114 может ограничить выходной крутящий момент двигателя в зависимости от профиля модельной температуры на выходе компрессора для удержания температуры на выходе компрессора и температуры материала всасывающего трубопровода ниже соответствующих порогов. Контроллер 114 может ограничить выходной крутящий момент двигателя путем закрытия впускного дросселя, через который всасываемый воздух поступает в двигатель 10, открытия перепускной заслонки для уменьшения величины повышения давления всасываемого воздуха и т.п.
Контроллер 114 может оценивать профили будущей нагрузки двигателя по будущему водительскому запросу крутящего момента, и/или прогнозному весу транспортного средства, и/или таким дорожным параметры, как уклон дороги, и/или различным нагрузкам на двигатель от таких вспомогательных агрегатов, как компрессор KB, генератор переменного тока, нагнетатель, насос хладагента и т.п.
Будущие водительские запросы крутящего момента можно оценивать исходя из дорожных параметров, и/или привычек водителя, и/или статистики нагрузки двигателя, и/или параметров окружающей среды. В качестве одного примера, прогнозная нагрузка двигателя может расти с ростом уклона дороги, по которой движется система 110 транспортного средства. Будущие водительские запросы крутящего момента можно также оценивать исходя из особенностей водителя транспортного средства, например, из того, что водитель неоднократно запрашивает крутящий момент ниже достаточного для сохранения текущей скорости транспортного средства, когда уклон дороги возрастает. То есть предпочтения водителя транспортного средства (например, желание повысить топливную экономичность на подъемах путем снижения скорости транспортного средства) могут быть учтены при оценке будущих водительских запросов крутящего момента.
Будущие водительские запросы крутящего момента можно также оценивать исходя из статистики нагрузки двигателя. Например, результат оценки будущей нагрузки двигателя можно скорректировать с учетом статистики нагрузки двигателя и дорожных параметров для прошлых маршрутов, при этом результат оценки будущей нагрузки двигателя можно дополнительно скорректировать в зависимости от степени схожести предстоящих дорожных параметров и дорожных параметров прошлых маршрутов. А именно, в некоторых примерах распределение вероятностей для потенциальных нагрузок двигателя на будущем маршруте можно оценивать исходя из статистики нагрузки двигателя и, в частности, распределение вероятностей может быть построено в зависимости от степени схожести между дорожными параметрами прошлых маршрутов и будущих/предстоящих маршрутов. Так, для каждого будущего маршрута может быть построено множество профилей потенциальной нагрузки двигателя, при этом каждому профилю нагрузки двигателя присваивают вероятность исходя из степени схожести между будущим маршрутом и прошлым маршрутом, имевшим такой же и/или схожий профиль нагрузки двигателя. Для будущих водительских запросов крутящего момента может быть найден доверительный интервал на основе распределения вероятностей. Так могут быть созданы модели профиля будущей нагрузки двигателя, более близкие к предыдущим профилям нагрузки двигателя, дорожные параметры для которых более схожи с параметрами предстоящего маршрута. Например, профиль будущей нагрузки двигателя может быть идентичен или схож с предыдущим профилем нагрузки двигателя, маршрут для которого идентичен или схож с текущим/будущим маршрутом в части уклона, веса транспортного средства и т.п.
Профиль будущей нагрузки двигателя можно дополнительно или взамен оценивать по условиям окружающей среды. Например, если прогнозируют рост температуры окружающей среды, можно установить, что будет включен компрессор KB для охлаждения пассажирского салона системы 110 транспортного средства, в связи с чем прогнозная нагрузка двигателя может возрасти на период, в течение которого на компрессор KB будет происходить подача энергии. Поэтому результаты оценки будущего давления наддува, температуры всасываемого воздуха и температуры на выходе компрессора могут быть увеличены с учетом роста нагрузки двигателя.
Профиль будущей нагрузки двигателя можно дополнительно или взамен оценивать с учетом различных нагрузок от вспомогательных агрегатов. В качестве одного примера, если будет установлено, что степень заряженности аккумулятора транспортного средства упадет ниже пороговой, в связи с чем прогнозируют рост крутящего момента генератора переменного тока, то прогнозная нагрузка двигателя может возрасти на период, в течение которого крутящий момент генератора переменного тока будет повышенным для зарядки аккумулятора. Таким образом, выходной крутящий момент двигателя может быть увеличен на период, в течение которого крутящий момент генератора переменного тока увеличивают, с учетом возросшей нагрузки двигателя.
В еще одном примере, если будет установлено, что температура двигателя и/или температура хладагента двигателя превысят соответствующие уровни и то, что потребуется усилить охлаждение хладагента, результат оценки профиля будущей нагрузки двигателя может быть изменен в сторону увеличения с учетом роста подачи энергии на один или несколько насосов и/или конденсаторов различных систем охлаждения системы 110 транспортного средства.
На ФИГ. 2 схематически изображен пример системы 200 двигателя с турбонаддувом, содержащей многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и два турбокомпрессора 220 и 230. Система 200 двигателя может содержать воздухозаборную систему 235 для подачи воздуха в двигатель 10 и выпускную систему 245 для удаления продуктов сгорания из двигателя 10 в атмосферу. В качестве неограничивающего примера, система 200 двигателя может входить в состав силовой установки пассажирского транспортного средства, например, системы 110 транспортного средства на ФИГ. 1. Всасываемый воздух может поступать в систему 200 двигателя по впускному каналу 240. Впускной канал 240 может содержать воздушный фильтр 256. По меньшей мере часть всасываемого воздуха можно направить в компрессор 222 турбокомпрессора 220 по первой линии впускного канала 240, показанной в виде позиции 242, и по меньшей мере часть всасываемого воздуха можно направить в компрессор 232 турбокомпрессора 230 по второй линии впускного канала 240, показанной в виде позиции 244.
Первую часть общего объема всасываемого воздуха можно сжимать в компрессоре 222 и далее подавать во впускной коллектор 260 по воздухозаборному каналу 246. впускные каналы 242 и 246 образуют первую ветвь воздухозаборной системы 235 системы 200 двигателя. Схожим образом, вторую часть общего объема всасываемого воздуха можно сжимать в компрессоре 232 и далее подавать во впускной коллектор 260 по воздухозаборному каналу 248. Впускные каналы 244 и 248 образуют вторую ветвь воздухозаборной системы двигателя.
Как показано на ФИГ. 2, всасываемый воздух из впускных каналов 246 и 248 может быть объединен в общем впускном канале 249 перед поступлением во впускной коллектор 260, откуда всасываемый воздух можно подавать в двигатель. В некоторых примерах впускной коллектор 260 может содержать датчик 282 давления во впускном коллекторе для оценки давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP) и/или датчик 283 температуры во впускном коллекторе для оценки температуры воздуха в коллекторе ТВК (МСТ), каждый из которых выполнен с возможностью связи с контроллером 22. Впускной канал 249 содержит охладитель 254 наддувочного воздуха и/или впускной дроссель 258, соединенный с впускным коллектором 260. Положение впускного дросселя 258 может регулировать система управления через привод 257 впускного дросселя, соединенный с возможностью связи с контроллером 22. Контроллер 22 может быть идентичен или схож с контроллером 114, раскрытым выше на примере ФИГ. 1. То есть контроллер 22 выполнен с возможностью приема дорожных параметров и/или метеоинформации об условиях окружающей среды от одного или нескольких удаленных серверов, например, сетевого облака 160, раскрытого выше на примере ФИГ. 1.
Сжатие всасываемого воздуха компрессорами 222, 232 может стать причиной высокой температуры на выходе компрессора, при этом фактическая температура на выходе компрессора представляет собой температуру сжатых всасываемых газов в области между компрессорами турбокомпрессора 222, 232 и промежуточным охладителем 254. Промежуточный охладитель 254 установлен ниже по потоку от компрессоров 222, 232 с помощью трубок. Охладитель 254 наддувочного воздуха выполнен с возможностью охлаждения заряда воздуха, сжатого компрессорами 222, 232, перед подачей в двигатель. Чрезмерные температуры на выходе компрессора могут стать причиной нагарообразования в компрессоре, когда в результате окисления капель масла возникают шершавые отложения на подшипниках компрессора 222, 232, в результат чего происходит преждевременное ухудшение характеристик оборудования и возникают связанные с ним издержки по гарантийным обязательствам. Воздух высокой температуры проходит по воздухозаборным каналам 246, 248 до охлаждения охладителем 254 наддувочного воздуха. Для снижения себестоимости компонентов трубки воздухозаборных каналов 246, 248, соединяющие выход компрессоров 222, 232 с охладителем 254 наддувочного воздуха, могут быть выполнены из пластмассы. При этом возможно ухудшение характеристик таких трубок при высоких температурах. В одном примере высокие температуры могут иметь место на выходе компрессора и в воздухозаборных каналах 246, 248 в условиях большого открытия дроссельной заслонки, например, при высоких нагрузках. Для уменьшения интенсивности нагарообразования в компрессоре и ухудшения характеристик трубок, температуры на выходе компрессора можно регулировать для удержания их ниже пороговой температуры. Кроме того, как подробно раскрыто в настоящем описании на примере ФИГ. 3, потребности в крутящем моменте двигателя прогнозируют и, если прогнозная температура на выходе компрессора выше пороговой, крутящий момент двигателя ограничивают в некотором интервале времени для снижения температуры на выходе компрессора. Так можно удерживать температуру в воздухозаборных каналах 246, 248 ниже пределов ухудшения характеристик.
Как показано на ФИГ. 2, противопомпажный клапан 252 может быть установлен для выборочного обхода ступеней компрессоров 220 и 230 турбокомпрессора по обходному каналу 250. В качестве одного примера, противопомпажный клапан 252 можно открывать для пропуска потока по обходному каналу 250 при достижении порогового давления всасываемого воздуха выше по потоку от компрессоров.
Двигатель 10 может содержать множество цилиндров 24. В раскрытом примере двигатель 10 содержит шесть V-образно расположенных цилиндров. А именно, шесть цилиндров расположены в два ряда 23 и 26, по три цилиндра в каждом ряду. Датчики 217 и 227 частоты вращения двигателя измеряют частоту вращения двигателя для рядов 23 и 26 соответственно. В других примерах двигатель 10 может содержать два и более цилиндров: 4, 5, 8, 10 или более. Цилиндры в разных количествах могут быть поровну распределены и установлены по различным схемам, например: V-образной, однорядной, оппозитной и т.п. Любой цилиндр 24 может быть выполнен с топливной форсункой 266. В раскрытом примере топливная форсунка 266 представляет собой форсунку непосредственного впрыска в цилиндр. При этом в других примерах топливная форсунка 266 может быть выполнена как форсунка впрыска во впускной канал.
Всасываемый воздух, подаваемый в любой из цилиндров 24 по общему впускному каналу 249, можно использовать для сжигания топлива, продукты сгорания которого можно удалять по выпускным каналам, отдельным для каждого ряда цилиндров. В раскрытом примере продукты сгорания из первого ряда 23 цилиндров двигателя 10 можно удалять по первому общему выпускному каналу 27, а из второго ряда 26 цилиндров - по второму общему выпускному каналу 29.
Продукты сгорания, удаляемые по выпускному каналу 27, можно направлять через газовую турбину 224 турбокомпрессора 220, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию на компрессор 222 через вал 226 для сжатия всасываемого воздуха. Вместо этого, часть потока или весь поток отработавших газов в выпускном канале 27 можно направить в обход турбины 224 по обходному каналу 223 турбины, регулируя его с помощью перепускной заслонки 228. Положение перепускной заслонки 228 может регулировать привод (не показан) по командам контроллера 22. В качестве неограничивающего примера, контроллер 22 может изменять положение перепускной заслонки 228 посредством электромагнитного клапана. В данном конкретном примере на электромагнитный клапан может поступать разность давлений для приведения в действие перепускной заслонки 228 посредством привода по разности давлений во впускном канале 242 выше по потоку от компрессора 222 и впускном канале 249 ниже по потоку от компрессора 222. В других примерах вместо электромагнитного клапана могут быть применены другие решения для приведения в действие перепускной заслонки 228.
Схожим образом, продукты сгорания, удаляемые из двигателя 10 по выпускному каналу 29, можно направлять через газовую турбину 234 турбокомпрессора 230, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию на компрессор 232 через вал 236 для сжатия всасываемого воздуха, протекающего через вторую ветвь впускной системы двигателя. Вместо этого, часть потока или весь поток отработавших газов в выпускном канале 29 можно направить в обход турбины 234 по обходному каналу 233 турбины, регулируя его с помощью перепускной заслонки 238. Положение перепускной заслонки 238 может регулировать привод (не показан) по командам контроллера 22. В качестве неограничивающего примера, контроллер 22 может изменять положение перепускной заслонки 238 посредством электромагнитного клапана. В данном конкретном примере на электромагнитный клапан может поступать разность давлений для приведения в действие перепускной заслонки 238 посредством привода по разности давлений во впускном канале 244 выше по потоку от компрессора 232 и впускным каналом 249 ниже по потоку от компрессора 232. В других примерах вместо электромагнитного клапана могут быть применены другие решения для приведения в действие перепускной заслонки 238. В двигателе с наддувом перепускные заслонки 228, 238 могут функционировать как вспомогательные исполнительные устройства, регулирующие количество отработавших газов, текущих через турбины 224, 234. Перепускные заслонки 228, 238 регулируют величину энергии, подаваемой на компрессоры 222, 232 через непосредственные механические соединения 226, 236. В одном примере при закрытии перепускной заслонки 228 поток воздуха через турбину 224 возрастает, в связи с чем растет частота вращения компрессора и давление наддува. При открытии перепускной заслонки 228 поток воздуха через турбину 224 падает, в связи с чем падает частота вращения компрессора и давление наддува.
Продукты сгорания, удаляемые из цилиндров по выпускному каналу 27, могут быть направлены в атмосферу по выпускному каналу 270, при этом продукты сгорания, удаляемые по выпускному каналу 29, могут быть направлены в атмосферу по выпускному каналу 280. Выпускные каналы 270 и 280 содержат датчики 211 и 221 давления отработавших газов соответственно. Выпускные каналы 270 и 280 также могут содержать одно или несколько устройств снижения токсичности выбросов, например, каталитический нейтрализатор, и один или несколько датчиков отработавших газов в дополнение к датчикам 211, 221 давления отработавших газов.
Положение впускных и выпускных клапанов любого из цилиндров 24 можно регулировать с помощью гидравлических толкателей, соединенных со штангами толкателей клапанов, или с помощью механизма изменения профиля кулачков с использованием выступов кулачков. В данном примере по меньшей мере впускными клапанами любого из цилиндров 24 можно управлять с помощью системы кулачкового привода. А именно, система 25 кулачкового привода впускных клапанов может содержать один или несколько кулачков и может быть выполнена с возможностью изменения фаз кулачкового распределения или высоты подъема впускных и/или выпускных клапанов. В других вариантах впускные клапаны могут быть электроприводными. Схожим образом, выпускные клапаны могут иметь кулачковый привод или быть электроприводными.
Система 200 двигателя может содержать еще несколько датчиков. Например, каждый из впускных каналов 242 и 244 может содержать датчик массового расхода воздуха (не показан) и/или датчики 215 и 225 температуры воздуха на входе ТВВ (IAT), каждый из которых соединен с возможностью связи с контроллером 22. В некоторых примерах, только один из впускных каналов 242 и 244 может содержать датчик массового расхода воздуха МРВ (MAF). В некоторых примерах, впускной коллектор 260 может содержать датчик 282 давления во впускном коллекторе ДВК (MAP) и/или датчик 283 температуры во впускном коллекторе, каждый из которых соединен с возможностью связи с контроллером 22. В некоторых примерах, датчик барометрического давления может быть выполнен за одно целое с датчиком 282 давления во впускном коллекторе, при этом каждый из них соединен с возможностью связи с контроллером 22. В некоторых примерах общий впускной канал 249 может содержать датчик 292 давления на входе дросселя ДВД (TIP) для оценки давления на входе дросселя (ДВД) и/или датчик 293 температуры на входе дросселя для оценки температуры воздуха на входе дросселя ТВД (ТСТ), каждый из которых соединен с возможностью связи с контроллером 22.
Двигатель 10 может принимать управляющие параметры от контроллера 22 и входные сигналы от водителя 290 транспортного средства через устройство 292 ввода. В данном примере устройство 292 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 294 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Контроллер 22 может быть выполнен с возможностью регулирования величины наддува, создаваемой турбокомпрессорами 220 и 230 по входному сигналу от водителя транспортного средства. В одном примере контроллер 22 может ограничить наддув двигателя в связи с увеличением измеренной или модельной температуры на выходе компрессора, направив сигнал на привод 257 дросселя для изменения положения дросселя 258. В результате происходит уменьшение прохода дросселя 258 и, как следствие, ограничение величины заряда воздуха, поступающего во впускной коллектор. В еще одном примере контроллер 22 может ограничить крутящий момент двигателя, направив сигнал на привод перепускной заслонки, соединенный с перепускными заслонками 228 и 238, для увеличения прохода перепускных заслонок и, тем самым, количества отработавших газов, направляемых в обход турбин 224 и 234, и частот вращения турбин.
Система 200 двигателя также может содержать систему 112 управления. Система 112 управления показана принимающей информацию от множества датчиков 116 (несколько примеров которых раскрыты в настоящем описании) и направляющей управляющие сигналы на множество исполнительных устройств 118 (несколько примеров которых раскрыты в настоящем описании). В качестве одного примера, в число датчиков 116 могут входить: датчик 282 давления во впускном коллекторе, датчики 217 и 227 частоты вращения двигателя, датчик 283 ТВК, датчики 215 и 225 температуры воздуха на входе (ТВВ), датчик 292 давления на входе дросселя (ДВД), датчики 211 и 221 давления отработавших газов. Прочие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава могут быть установлены в разных местах в системе 200 двигателя. В число исполнительных устройств 118 могут входить, например, дроссель 258, противопомпажный клапан 252, перепускные заслонки 228 и 238 и топливная форсунка 266. Система 112 управления может содержать контроллер 22. Контроллер может принимать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и задействовать различные исполнительные устройства в зависимости от полученных сигналов и в соответствии с командами в памяти контроллера. Контроллер может задействовать указанные исполнительные устройства в зависимости от результатов обработки входных данных в соответствии с командами или кодом, запрограммированными в нем и соответствующими одному или нескольким алгоритмам, например, алгоритмам управления, раскрытым в настоящем описании на примерах ФИГ. 3-4. Например, если прогнозная температура на выходе компрессора в интервале будущего времени работы двигателя превышает пороговую, контроллер может направить сигнал на привод дросселя для перемещения впускного дросселя в менее открытое положение и, тем самым, ограничения потока всасываемого воздуха в двигатель и уменьшения крутящего момента двигателя.
Таким образом, система на ФИГ. 1-2 представляет собой систему транспортного средства, содержащую: двигатель, содержащий впускной коллектор; впускной дроссель, соединенный с впускным коллектором; компрессор всасываемого воздуха, установленный выше по потоку от впускного дросселя для подачи заряда сжатого воздуха во впускной коллектор; промежуточный охладитель, установленный ниже по потоку от компрессора всасываемого воздуха посредством трубок; навигационную систему, соединенную с возможностью связи с сетью, при этом навигационная система выполнена с возможностью выборки одного или нескольких входных параметров, в том числе данных транспортного средства, навигационных данных, данных о местоположении, картографических данных, данных о рельефе и метеоданных, из сети; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для: оценки фактических и прогнозных параметров работы двигателя для предстоящего участка движения транспортного средства по одному или нескольким входным параметрам, выбранным в навигационной системе; расчета профиля температуры на выходе компрессора для указанного предстоящего участка движения транспортного средства по результатам оценки фактических и прогнозных параметров работы двигателя; и удержания фактической температуры на выходе компрессора ниже пороговой путем регулирования положения впускного дросселя, при этом указанное регулирование осуществляют в зависимости от рассчитанного профиля температуры на выходе компрессора. Указанное удержание может включать в себя уменьшение крутящего момента двигателя до уровня ниже порогового путем уменьшения прохода впускного дросселя, если прогнозная температура рассчитанного профиля температуры на выходе компрессора превышает пороговую, при этом пороговый крутящий момент зависит по меньшей мере от требуемого водителем крутящего момента, при этом пороговая температура зависит по меньшей мере от свойства материала трубок. Указанный расчет может включать в себя оценку крутящего момента двигателя для предстоящего участка движения транспортного средства по результатам оценки фактических и прогнозных параметров работы двигателя; преобразование результата оценки крутящего момента двигателя в результат оценки массового расхода воздуха через двигатель; оценку противодавления отработавших газов по результату оценки массового расхода воздуха через двигатель и барометрическому давлению; установление зависимостей давления во впускном коллекторе и давления на входе дросселя от противодавления отработавших газов; оценку степени повышения давления компрессором по результатам оценки массового расхода воздуха через двигатель, давления на входе дросселя и противодавления отработавших газов; оценку КПД компрессора по результатам оценки массового расхода воздуха через двигатель, степени повышения давления компрессором и температуре воздуха на входе; и прогнозирование профиля температуры на выходе компрессора по результатам оценки КПД компрессора, температуре воздуха на входе и степени повышения давления компрессором.
ФИГ. 3 иллюстрирует пример способа 300 для прогнозирования изменений крутящего момента двигателя в некотором интервале будущего времени с последующим прогнозированием соответствующих изменений температуры на выходе компрессора. В частности, способ 300 предусматривает прогнозирование температуры на выходе компрессора по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя, определяемым по показаниям имеющихся датчиков транспортного средства и входным параметрам от средств внешней связи транспортного средства. Температуру всасывающего трубопровода можно моделировать по прогнозной температуре на выходе компрессора. Затем задействуют исполнительные устройства создания крутящего момента двигателя для ограничения крутящего момента в соответствующем интервале крутящего момента для удержания мгновенной температуры на выходе компрессора ниже порога и, тем самым, удержания температуры всасывающего трубопровода ниже порога. В контексте настоящего описания «интервал крутящего момента» означает промежуток времени, на который прогнозируют параметры работы двигателя и мгновенную температуру на выходе компрессора, используя заявляемые в настоящем документе способы. Это позволяет достоверно прогнозировать и регулировать температуру на выходе компрессора без необходимости измерения фактической температуры. При этом в других примерах в основе текущих и прогнозных параметров работы двигателя может лежать результат измерения температуры на выходе компрессора.
Способ может дополнительно содержать шаг, на котором оценивают величину потребления топлива в будущем интервале крутящего момента с учетом ограничений крутящего момента, установленных для удержания температуры на выходе компрессора ниже указанного порога. Будущий интервал крутящего момента можно прогнозировать для предстоящего маршрута. При этом следует понимать, что будущий интервал крутящего момента и соответствующие будущие параметры работы транспортного средства можно прогнозировать для нескольких предстоящих маршрутов. В подобном примере способ может содержать шаг, на котором выбирают маршрут с наименьшим потреблением топлива.
Команды для реализации способа 300 и остальных способов, раскрытых в настоящем описании, может осуществлять контроллер (например, контроллер 22, раскрытый выше на ФИГ. 2) в соответствии с командами в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами, полученными из средств внешней связи транспортного средства. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
На шаге 302 способа 300 оценивают и/или измеряют параметры работы транспортного средства, в том числе текущие параметры работы двигателя. В число оцениваемых параметров могут входить, например, частота вращения двигателя, требуемый водителем крутящий момент, который можно оценивать по положению педали акселератора, как разъяснялось выше на примере ФИГ. 2, условия окружающей среды (температура окружающей среды, барометрическое давление, влажность окружающей среды и т.п.), уровень РОГ, температура двигателя, параметры каталитического нейтрализатора отработавших газов (например, температура каталитического нейтрализатора и содержание кислорода), уровень топлива, октановое число имеющегося топлива (топлив) и т.п. Условия окружающей среды можно оценивать по метеоданным, полученным по беспроводной связи от одного или нескольких удаленных серверов (например, сетевого облака 160, раскрытого выше на ФИГ. 1). В число параметров работы двигателя также могут входить, например, противодавление отработавших газов, температура всасываемого воздуха, абсолютное давление в коллекторе (давление во впускном коллекторе), давление наддува, количество впрыскиваемого топлива, момент зажигания, массовый расход всасываемого воздуха, степень заряженности аккумулятора транспортного средства, нагрузки от таких вспомогательных агрегатов, как компрессор KB, насос хладагента и т.п., температура на выходе компрессора всасываемого воздуха, температура всасывающего трубопровода (например, температура канала 248, раскрытого выше на ФИГ. 2), частота вращения компрессора, перепад давления на компрессоре (например, компрессоре 232, раскрытом выше на ФИГ. 2). На шаге 306, после включения режима работы двигателя с наддувом, будущий крутящий момент двигателя, необходимый в интервале будущего времени работы транспортного средства, можно прогнозировать по текущим и будущим параметрам работы транспортного средства и двигателя. В число параметров работы транспортного средства и двигателя также могут входить один или несколько из следующих: вес транспортного средства, рабочий объем двигателя, скорость транспортного средства, нагрузка двигателя, барометрическое давление, степень повышения давления компрессором, КПД компрессора и давление на входе дросселя. Прочие параметры работы транспортного средства могут включать в себя информацию о маршруте движения, уклон движения и т.п.
Параметры работы транспортного средства можно определять с помощью имеющихся датчиков транспортного средства и средств внешней связи транспортного средства. Например, можно осуществлять выборку (например, загрузку) текущих и будущих параметров работы транспортного средства из системы связи между транспортными средствами, навигационной системы и одного или нескольких удаленных серверов (например, сетевого облака 160, раскрытого выше на ФИГ. 1).
При использовании системы связи между транспортными средствами, контроллер может осуществлять выборку текущих и будущих параметров работы транспортного средства, получая их от транспортных средств (например, одного и того же или схожего типа и модели), соединенных с возможностью связи с рассматриваемым транспортным средством по той или иной сети. Транспортные средства могут входить в состав одного и того же парка транспортных средств, представлять собой транспортные средства схожего типа и/или модели, транспортные средства, работающие в пределах порогового радиуса от рассматриваемого транспортного средства, или их комбинации. Рассматриваемое транспортное средство может содержать бортовой контроллер, соединенный с возможностью связи с бортовым контроллером каждого из удаленных транспортных средств по той или иной сети, при этом выборку информации можно осуществлять из бортового контроллера по меньшей мере одного из указанных одного или нескольких удаленных транспортных средств. Таким образом, можно осуществлять выборку данных, например, метеоинформации, данных о дорожном движении, данных об уклоне дороги и навигационных данных/данных о маршруте, из средств внешней связи всех транспортных средств или из любого из них. Сообщающиеся транспортные средства могут находиться в пределах определенного порогового радиуса от рассматриваемого транспортного средства. Пороговый радиус может быть разным в зависимости от передаваемых данных. В одном примере метеоинформация может быть по существу постоянной на протяжении относительно больших расстояний, в связи с чем пороговое расстояние, заданное для получения метеоинформации от удаленного транспортного средства, может быть относительно большим. Для сравнения, данные о дорожной обстановке можно использовать при прогнозировании параметров работы, если удаленное транспортное средство находится на относительно небольшом пороговом расстоянии. В число прочей информации, выбираемой из системы V2V, могут входить, например, данные о погоде, дорожных условиях и дорожной обстановке в месте, куда едет транспортное средство.
Навигационная система может быть соединена с возможностью связи с контроллером транспортного средства, а также соединена с возможностью связи с внешним сервером, например, по системе беспроводной связи, при этом можно дополнительно или необязательно осуществлять выборку параметров работы транспортного средства с внешнего сервера в бортовой контроллер по навигационной системе. Навигационная система может определять местоположение (например, координаты в глобальной системе определения местоположения (GPS)) транспортного средства. По местоположению транспортного средства можно определять соответствующие параметры, в том числе предстоящий уклон дороги, маршрут, местные погодные условия и данные о дорожном движении для определения текущих и будущих параметров работы двигателя. Навигационная система может осуществлять связь с удаленным внешним контроллером, например, с внешним сервером или облачной сетью, для получения такой информации, как условия движения, условия окружающей среды (давление, температура и т.п.), а также данные о дорожном движении и навигационные данные, относящиеся к местоположению транспортного средства. В одном примере маршрут движения может быть заранее введен пользователем в навигационную систему.
На шаге 304 способа прогнозируют будущие водительские запросы крутящего момента исходя из дорожных параметров, и/или статистики выходного крутящего момента двигателя, и/или особенностей водителя транспортного средства, и/или данных транспортного средства. Как раскрыто выше, дорожные параметры могут включать в себя уклон дороги, и/или навигационные данные (например, угол поворота, ограничение скорости и т.п.), и/или данные о дорожном движении, например, о наличии светофоров, дорожных знаков, данные о дорожном движении, дорожные опасные факторы и т.п., на предстоящем маршруте, по которому транспортное средство может ехать в некотором интервале будущего времени. Прогнозирование будущих потребностей в крутящем моменте двигателя можно осуществлять, используя средства внешней связи транспортного средства или связи между водителем транспортного средства и одним или несколькими внешними устройствами, включая, помимо прочих, удаленные базы данных или сети, облачные хранилища, удаленные транспортные средства и спутники GPS, используя различные способы связи, в том числе беспроводную связь.
Например, величина будущего запрошенного крутящего момента может расти с ростом уклона дороги. В еще одном примере по данным о дорожном движении можно прогнозировать частые изменения нагрузки турбокомпрессора из-за частого ускорения и торможения во время движения. В еще одном примере навигационная система выполнена с возможностью связи с удаленным внешним контроллером, например, с внешним сервером или облачной сетью, для получения данных об уклоне дороги при определении нагрузки двигателя. Например, в случае предстоящего движения с уклоном можно прогнозировать рост нагрузки двигателя. В еще одном примере изменения крутящего момента двигателя можно прогнозировать исходя из статистики действий водителя. Например, можно прогнозировать относительно высокие средние значения крутящего момента двигателя при более агрессивном вождении. В еще одном примере можно прогнозировать более частые кратковременные изменения крутящего момента во время езды в городских условиях по сравнению с ездой по магистрали. В еще одном примере данные о дорожном движении и навигационные данные можно использовать совместно со статистикой действий водителя для прогнозирования предстоящего события большого открытия дросселя, нужного для работы двигателя с наддувом, и вероятного времени работы двигателя с наддувом в интервале будущего времени. В дополнительных примерах данные о дорожном движении могут включать в себя скорость движения транспорта, местоположение транспортного потока и модели изменения движения транспорта. Модели изменения движения транспорта с короткими ускорениями с последующими быстрыми замедлениями могут быть основанием для прогнозирования переходного режима наддува двигателя. Навигационные данные могут включать в себя местоположение транспортного средства, информацию о выбранном маршруте (угол поворота, ограничение скорости и т.п.) и данные об уклоне дороги. В одном примере по предстоящему повороту можно прогнозировать замедление транспортного средства для безопасного выполнения поворота с уменьшением крутящего момента двигателя. Таким образом, по дорожным параметрам можно оценить величину крутящего момента, который будет запрошен водителем.
Будущие водительские запросы крутящего момента можно дополнительно или взамен оценивать исходя из особенностей водителя транспортного средства, например, из того, что водитель неоднократно запрашивает крутящий момент ниже достаточного для сохранения текущей скорости транспортного средства, когда уклон дороги возрастает. В еще одном примере запросы крутящего момента можно прогнозировать исходя из средней величины крутящего момента, запрашиваемого водителем транспортного средства во время ускорения при трогании с места, например, после остановки на светофоре или у знака остановки. То есть предпочтения водителя транспортного средства (например, желание повысить топливную экономичность на подъемах путем снижения скорости транспортного средства) могут быть учтены при оценке будущих водительских запросов крутящего момента. В настоящем описании предпочтения водителя транспортного средства также могут именоваться «привычки водителя».
Привычки водителя можно определить статистически и сохранить в памяти контроллера транспортного средства или в навигационной системе. Статистика действий водителя может включать в себя статистическую информацию о том, насколько агрессивно водитель осуществляет вождение (например, насколько интенсивно он использует педаль акселератора и/или тормоза, медленно ли он реагирует и т.п.), манеру торможения и ускорения, а также чему водитель отдает предпочтение - высоким эксплуатационным показателям или топливной экономичности. Статистику действий водителя также можно определять исходя из того, какие маршруты водитель склонен выбирать в навигационной системе (например, исходя из того, предпочитает ли он магистрали или городские дороги), продолжительности работы транспортного средства, скорость движения транспортного средства (например, соблюдает ли водитель скоростные ограничения или склонен к превышению дозволенной скорости), параметры в салоне во время движения транспортного средства (например, интенсивно ли водитель использует кондиционирование воздуха) и т.п.
Дополнительно или взамен, для прогнозирования будущих запросов крутящего момента двигателя можно использовать метеоинформацию, могущую включать в себя данные о метеоусловиях (дождь, снег, туман и т.п.), дорожных условиях, вызванных метеоусловиями (мокрая, обледеневшая дорога и т.п.) и условиях окружающей среды (давление, температура, влажность и т.п.). В одном примере мокрая поверхность дороги может быть основанием для прогнозирования запроса более высокого крутящего момента двигателя для обеспечения достаточной силы сцепления.
Дополнительно или взамен, будущие водительские запросы крутящего момента можно оценивать по статистике выходного крутящего момента двигателя. Например, профиль будущих водительских запросов крутящего момента можно скорректировать с учетом статистики нагрузки двигателя и дорожных параметров для прошлых маршрутов, при этом прогноз будущих водительских запросов крутящего момента можно дополнительно скорректировать в зависимости от степени схожести предстоящих дорожных параметров и дорожных параметров прошлых маршрутов. А именно, в некоторых примерах, распределение вероятностей для потенциальных водительских запросов крутящего момента на будущем маршруте можно оценивать исходя из статистики нагрузки двигателя и, в частности, распределение вероятностей может быть построено в зависимости от степени схожести между дорожными параметрами прошлых маршрутов и будущих/предстоящих маршрутов. То есть для каждого будущего маршрута может быть сформировано множество потенциальных профилей требуемого водителем крутящего момента, при этом каждому профилю запросов крутящего момента присваивают вероятность исходя из степени схожести между будущим маршрутом и прошлым маршрутом, имевшим такой же и/или схожий профиль запросов крутящего момента. Для будущих водительских запросов крутящего момента может быть найден доверительный интервал на основе распределения вероятностей. Таким образом, могут быть созданы модели будущего профиля требуемого водителем крутящего момента, более близкие к предыдущим профилям требуемого водителем крутящего момента, дорожные параметры для которых более схожи с параметрами предстоящего маршрута. Например, будущий профиль требуемого водителем крутящего момента может быть идентичен или схож с предыдущим профилем требуемого водителем крутящего момента, маршрут для которого идентичен или схож с предстоящим маршрутом в части уклона, веса транспортного средства и т.п.
Дополнительно или взамен, будущие водительские запросы крутящего момента можно оценивать по таким данным транспортного средства, как вес транспортного средства. Например, будущие водительские запросы крутящего момента могут расти с ростом веса транспортного средства.
Затем способ 300 может перейти с шага 304 на шаг 306, на котором формируют первый результат оценки будущих параметров работы двигателя по текущим параметрам работы двигателя, и/или будущим водительским запросам крутящего момента, и/или условиям окружающей среды. Будущие параметры работы двигателя могут быть идентичны или схожи с текущими параметрами работы двигателя, за исключением того, что будущие параметры работы двигателя могут представлять собой параметры работы двигателя в интервале будущего времени. В число будущих параметров работы двигателя могут входить один или несколько из следующих: будущие температура на выходе компрессора, температура двигателя, массовый расход всасываемого воздуха, количество впрыскиваемого топлива, противодавление отработавших газов, давление наддува и т.п. То есть способ 300 на шаге 306 может предусматривать формирование первого результата оценки будущих параметров работы двигателя по результату оценки текущих параметров работы двигателя на шаге 302 и результату оценки будущих запросов крутящего момента на шаге 304. Таким образом, способ 300 на шаге 306 может предусматривать оценку будущих изменений текущих параметры работы двигателя в интервале будущего времени в зависимости от прогнозных запросов крутящего момента. Например, температура двигателя, давление наддува, массовый расход воздуха и температура на выходе компрессора могут расти с ростом запрашиваемого крутящего момента в интервале будущего времени.
Дополнительно или взамен, способ 300 на шаге 306 может предусматривать использование данных о будущих условиях окружающей среды для формирования первого результата оценки будущих параметров работы двигателя. Например, температура всасываемого воздуха, температура сжатого воздуха, температура двигателя и температура на выходе компрессора могут расти с ростом температуры воздуха окружающей среды. В еще одном примере ветер и/или осадки могут повышать КПД охладителя наддувочного воздуха (например, ОНВ 254, раскрытого выше на ФИГ. 2) и, тем самым, влиять на температуру сжатого воздуха, подаваемого в один или несколько цилиндров двигателя. Таким образом, изменения условий окружающей среды могут влиять на параметры работы двигателя в интервале будущего времени.
Затем способ 300 может проследовать с шага 306 на шаг 308, на котором прогнозируют будущие нагрузки от вспомогательных агрегатов в зависимости от будущих параметров работы двигателя и будущих условий окружающей среды. Например, если прогнозируют рост температуры окружающей среды, можно установить, что компрессор KB будет включен для охлаждения пассажирского салона транспортного средства (например, системы 110 транспортного средства, речь о которой идет выше на ФИГ. 1), в связи с чем прогнозная нагрузка от вспомогательных агрегатов может возрасти на период, в течение которого на компрессор KB будет происходить подача энергии. Поэтому результаты оценки будущих потребления топлива, давления наддува, температуры всасываемого воздуха и температуры на выходе компрессора могут быть увеличены с учетом роста нагрузки двигателя.
В еще одном примере, если будет установлено, что степень заряженности аккумулятора транспортного средства упадет ниже пороговой, можно прогнозировать рост крутящего момента генератора переменного тока. В связи с этим, прогнозная нагрузка от вспомогательных агрегатов может возрасти на период, в течение которого крутящий момент генератора переменного тока будет повышенным для зарядки аккумулятора. Поэтому выходной крутящий момент двигателя может быть увеличен на период, в течение которого будет увеличен крутящий момент генератора переменного тока, с учетом возросшей нагрузки двигателя.
В еще одном примере, если будет установлено, что температура двигателя и/или температура хладагента двигателя превысят соответствующие уровни, и то, что потребуется усилить охлаждение хладагента, результат оценки будущей нагрузки от вспомогательных агрегатов может быть увеличен с учетом роста подачи энергии на один или несколько насосов и/или конденсаторов различных систем охлаждения транспортного средства.
Способ 300 может проследовать с шага 308 на шаг 310, на котором корректируют первый результат оценки будущих параметров работы двигателя и формируют второй результат оценки будущих параметров работы двигателя на основе прогнозных будущих нагрузок от вспомогательных агрегатов. В зависимости от прогнозных будущих нагрузок от вспомогательных агрегатов, можно скорректировать такие параметры работы двигателя, как потребление топлива, температура на выходе компрессора и т.п., с учетом нагрузок от вспомогательных агрегатов. Например, в связи с увеличением нагрузок от вспомогательных агрегатов, выходной крутящий момент двигателя и, как следствие, потребление топлива, могут быть увеличены с учетом возросших нагрузок от вспомогательных агрегатов, если необходимо сохранить без изменений частоту вращения двигателя. В результате, может возрасти температура на выходе компрессора в связи с возросшими нагрузками от вспомогательных агрегатов. Таким образом, способ 300 на шаге 310 может, в некоторых примерах, предусматривать коррекцию профиля прогнозной температуры на выходе компрессора с учетом прогнозных нагрузок от вспомогательных агрегатов на шаге 312. То есть способ 300 на шаге 312 предусматривает использование результатов прогнозирования запросов крутящего момента двигателя в интервале будущего времени работы транспортного средства, и/или данных транспортного средства, например, веса транспортного средства, рабочего объема двигателя, и/или показаний датчиков двигателя, и/или нагрузок от вспомогательных агрегатов для формирования прогнозного профиля будущей температуры на выходе компрессора, как подробно раскрыто на ФИГ. 4, при этом профиль будущей температуры на выходе компрессора включает в себя прогнозную температуру на выходе компрессора в моменты времени работы транспортного средства. Прогнозный профиль будущей температуры на выходе компрессора может представлять собой исходный профиль, впоследствии дополнительно корректируемый или фильтруемый. ФИГ. 4 иллюстрирует пример способа для установления зависимости между крутящим моментом и частотой вращения двигателя и температурой на выходе компрессора по текущим и прогнозным параметрам работы транспортного средства.
Затем способ 300 может перейти с шага 310 на шаг 314, на котором прогнозируют температуру всасывающего трубопровода (например, канала 248, раскрытого выше на ФИГ. 2), расположенного между компрессором всасываемого воздуха и охладителем наддувочного воздуха, по исходной будущей температуре на выходе компрессора в интервале будущего времени путем фильтрации профиля температуры на выходе компрессора. То есть по прогнозному профилю будущей температуры на выходе компрессора, сформированному на шаге 312, можно моделировать температуру всасывающего трубопровода в интервале будущего времени. В одном примере результат моделирования температуры всасывающего трубопровода может представлять собой результат низкочастотной фильтрации мгновенной температуры на выходе компрессора, учитывающий такие термодинамические эффекты, как конвективная и кондуктивная передача тепла воздуха на указанный материал. В одном примере указанная фильтрация включает в себя определение полосы пропускания фильтра в зависимости от свойства материала трубок всасывающего трубопровода. В других примерах фильтрацию или обработку исходного значения температуры можно выполнять методами высокочастотной фильтрации, скользящего среднего и т.п.
Затем способ 300 переходит с шага 314 на шаг 316, на котором проверяют, превышают ли прогнозные температуры одного или нескольких компонентов впускной системы двигателя (например, впускной системы 235, речь о которой идет выше на ФИГ. 2), например, компрессора, всасывающего трубопровода и т.п., соответствующие пороговые температуры. То есть способ 300 на шаге 316 может предусматривать проверку того, будет ли температура на выходе компрессора выше пороговой в рассматриваемом интервале будущего времени. В еще одном примере температуру всасывающего трубопровода можно сравнить с пороговой. В данном примере пороговые температуры выхода компрессора и/или всасывающего трубопровода можно определить в зависимости от материала выхода компрессора и всасывающего трубопровода. Например, если всасывающий трубопровод выполнен из пластмассы, пороговая температура для всасывающего трубопровода может представлять собой температуру, ниже которой может не происходить значительное ухудшение характеристик пластмассовых трубок всасывающего трубопровода между выходом компрессора и охладителем наддувочного воздуха.
Если на шаге 316 будет установлено, что температуры одного или нескольких компонентов впускной системы не превысят пороговые в интервале будущего времени, способ 300 может проследовать с шага 316 на шаг 318 и может не ограничивать крутящий момент двигателя в интервале будущего времени. То есть контроллер может продолжить осуществлять наддув двигателя для создания прогнозного крутящего момента двигателя в интервале будущего времени. Таким образом, величину выходного крутящего момента двигателя можно регулировать в зависимости от входного сигнала от водителя транспортного средства. Затем выполнение способа 300 завершают.
При этом, если на шаге 316 будет установлено, что температуры одного или нескольких компонентов впускной системы превысят соответствующие пороговые температуры в интервале будущего времени, способ 300 может проследовать с шага 316 на шаг 320, на котором регулируют максимально допустимый крутящий момент двигателя в интервале будущего времени для удержания температур компонентов впускной системы ниже соответствующих пороговых температур путем регулирования одного или нескольких исполнительных устройств создания крутящего момента двигателя, например, впускного дросселя, перепускной заслонки, топливных форсунок и т.п. То есть контроллер может ограничить крутящий момент двигателя по меньшей мере на часть будущего интервала крутящего момента путем регулирования одного или нескольких исполнительных устройств создания крутящего момента двигателя для удержания температуры компонентов впускной системы, например, компрессора, выхода компрессора, всасывающего трубопровода и т.п., ниже соответствующих пороговых температур. В дополнение к ограничению крутящего момента двигателя, водителю может быть направлено визуальное сообщение с указанием того, что имеет место ограничение крутящего момента.
В одном примере профиль крутящего момента двигателя, ограничиваемого в интервале будущего времени, может быть задан уравнением 1:
limited
request
request
где T(k) - профиль крутящего момента в интервале будущего времени, α(k) - параметр ограничения крутящего момента, a T(k) - запрашиваемый крутящий момент в интервале будущего времени в любой момент времени k, для которого смоделирована температура на выходе компрессора. Если модельная температура на выходе компрессора превышает пороговую температуру в любой момент в интервале будущего времени, профиль запрашиваемого крутящего момента T(k) ограничивают на весь интервал путем умножения на постоянную α(k), где 0≤α(k)≤1.
Таким образом, ограничение крутящего момента двигателя можно выполнять в зависимости от разности прогнозной температуры на выходе компрессора и пороговой температуры, а также прогнозного периода, в течение которого температура на выходе компрессора превышает пороговую температуру. Например, степень ограничения крутящего момента двигателя до уровня ниже требуемого крутящего момента может быть тем больше, чем больше разность прогнозной температуры на выходе компрессора и пороговой температуры и чем больше период, в течение которого температура на выходе компрессора превышает пороговую температуру. В одном примере может быть установлено, что интервал будущего времени содержит кратковременный скачок прогнозной температуры на выходе компрессора. В данном случае скачок может представлять собой прогнозную температуру на выходе компрессора, превышающую пороговую температура на относительно большую величину в течение относительно короткого периода. В связи с относительной краткостью данного периода можно установить, что, несмотря на относительно большую величину скачка температуры на выходе компрессора, за ним может последовать охлаждение выхода компрессора. Следовательно, крутящий момент двигателя можно ограничить на относительно небольшую величину. В еще одном примере может быть установлено, что интервал будущего времени содержит длительное плато прогнозной температуры на выходе компрессора. В этом случае плато может представлять собой прогнозную температуру на выходе компрессора, превышающую пороговую температуру на относительно небольшую величину в течение относительно длительного периода. В связи с относительной длительностью периода можно установить, что, несмотря на относительно небольшую величину скачка температуры на выходе компрессора, может иметь место значительный нагрев выхода компрессора. Следовательно, крутящий момент двигателя можно ограничить на относительно большую величину. Контроллер может определить величину образующегося тепла как функцию (например, произведение) степени превышения температуры и периода превышения температуры и соответственно ограничить крутящий момент. Касательно предыдущего примера, даже если абсолютный рост прогнозной температуры на выходе компрессора выше в случае скачка, из-за большей продолжительности плато, чистое тепло, образующееся во время него, может быть больше, что может привести к ухудшению характеристик материала всасывающего трубопровода, соединяющего выход компрессора с промежуточным охладителем, в связи с чем необходимо большее ограничение крутящего момента двигателя.
limited
В некоторых примерах шаги 310-320 можно выполнять итеративно до тех пор, пока прогнозная температура на выходе компрессора не станет ниже пороговой. Например, постоянная α(k) может быть уменьшена соответственно уменьшению профиля крутящего момента двигателя за весь интервал будущего времени. Затем профиль ограниченного крутящего момента двигателя T(k) можно использовать для итеративного прогнозирования температуры на выходе компрессора с последующей фильтрацией для определения профиля температуры всасывающего трубопровода. Затем выполняют ограничение крутящего момента до тех пор, пока температура на выходе компрессора не станет не выше пороговой.
limited
Применение окончательного результата определения профиля крутящего момента двигателя T(k) и ограничение крутящего момента двигателя на весь интервал будущего времени осуществляют путем регулирования одного или нескольких исполнительных устройств создания крутящего момента двигателя, при этом регулирование включает в себя удержание давления на входе дросселя ниже порогового. В одном примере крутящий момент двигателя уменьшают путем уменьшения прохода впускного дросселя, ограничивая тем самым поток всасываемого воздуха в двигатель и давление на входе дросселя. Крутящий момент двигателя также можно ограничить путем увеличения прохода перепускной заслонки отработавших газов, и/или увеличения прохода клапана РОГ, и/или изменения момента зажигания в сторону запаздывания.
В еще одном примере выходной крутящий момент двигателя может быть ограничен в зависимости от результата фильтрации температуры на выходе компрессора или прогнозной температуры всасывающего трубопровода. Выходной крутящий момент двигателя может быть ограничен до уровня ниже порогового в зависимости от периода, в течение которого прогнозная температура всасывающего трубопровода превышает пороговую. Крутящий момент двигателя ограничивают тем больше, чем больше продолжительность этого периода. Пороговая температура может быть установлена в зависимости от того или иного свойства материала, например, температуры плавления пластмассовых трубок всасывающего трубопровода. Выходной крутящий момент двигателя может быть дополнительно уменьшен в зависимости от степени, в которой максимальная прогнозная температура всасывающего трубопровода превышает пороговую, при этом выходной крутящий момент может быть уменьшен тем больше, чем больше указанная степень. Выходной крутящий момент двигателя может, дополнительно или необязательно, быть уменьшен в зависимости от количества пиковых прогнозных температур всасывающего трубопровода, превышающих пороговую.
В одном примере предусмотренный крутящий момент двигателя создают после пропускания через фильтр геометрического скользящего среднего для минимизации шума, вибрации и резкости ШВР (NVH), как показано в уравнении 2:
где 0≤β≤1 - параметр фильтра, выбранный в зависимости от относительной важности минимизации ШВР и обеспечения надежности создания крутящего момента, причем чем больше значение β, тем больше степень фильтрации. В одном примере большая степень фильтрации может быть применена, когда крутящий момент мгновенно ограничивают в зависимости от модельной температуры на выходе компрессора до уровня гораздо ниже текущего уровня создаваемого крутящего момента. Таким образом, текущие и прогнозные данные используют для определения профиля будущего крутящего момента двигателя, скорректированного для уменьшения перегрева и предотвращения чрезмерного ограничения крутящего момента.
А именно, запрос максимально допустимого крутящего момента двигателя может быть скорректирован с помощью контрольного регулятора. Например, в замкнутой системе регулирования выходного крутящего момента двигателя опорный сигнал или входной сигнал может соответствовать водительскому запросу крутящего момента, определяемому по положению педали акселератора. В зависимости от положения педали акселератора (например, устройства 292 ввода, раскрытого выше на ФИГ. 2), определяемого датчиком положения (например, датчиком 294 положения педали, раскрытого выше на ФИГ. 2), может быть сформирован опорный сигнал с возможностью его использования в качестве входного сигнала для замкнутого регулирования выходного крутящего момента двигателя. Опорный сигнал, формируемый датчиком положения педали, может соответствовать необходимому крутящему моменту двигателя, задаваемому водителем транспортного средства. При этом следует понимать, что в других примерах опорный сигнал может, дополнительно или взамен, соответствовать запросу массового расхода всасываемого воздуха, запросу впрыска топлива и т.п.
Контрольный регулятор может изменять опорный сигнал для регулирования максимально допустимого крутящего момента двигателя. То есть контрольный регулятор может корректировать опорный сигнал, соответствующий водительскому запросу крутящего момента, для ограничения выходного крутящего момента двигателя в интервале будущего времени таким образом, чтобы не были нарушены такие пределы, как температура одного или нескольких компонентов впускной системы (например, выхода компрессора, всасывающего трубопровода и т.п. (например, не были превышены соответствующие пороговые температуры).
В частности, контрольный регулятор может прогнозировать, будут ли нарушены такие пределы, как температура всасывающего трубопровода и/или температура на выходе компрессора (например, будут ли превышены пороговые температуры) в любой момент будущего времени. Далее контрольный регулятор формирует опорный сигнал (например, необходимое заданное значение), оптимальный для предотвращения нарушения пределов с одновременным обеспечением максимальной величины выходного крутящего момента двигателя в интервале будущего времени. Например, если необходимый поток воздуха, и/или необходимый выходной крутящий момент двигателя, и/или необходимое количество впрыскиваемого топлива и т.п. таковы, что будут превышены пороговая частота вращения компрессора, и/или пороговая температура на выходе компрессора, и/или пороговая температура всасывающего трубопровода и т.п. в интервале будущего времени, то контрольный регулятор может уменьшить необходимый выходной крутящий момент двигателя, и/или необходимый поток воздуха, и/или необходимое количество впрыскиваемого топлива и т.п. в интервале будущего времени для удержания частоты вращения компрессора, температуры на выходе компрессора и/или температуры всасывающего трубопровода ниже соответствующих порогов. В настоящем описании пороговая частота вращения компрессора, пороговая температура на выходе компрессора и пороговая температура всасывающего трубопровода могут именоваться «системные пределы». Кроме того, нарушение одного или нескольких пределов может представлять собой периоды работы двигателя, в которые температура на выходе компрессора превышает порог температуры на выходе компрессора, и/или температура всасывающего трубопровода превышает пороговую температуру всасывающего трубопровода, и/или частота вращения компрессора превышает пороговую частоту вращения компрессора, например.
reference
В частности, контрольный регулятор может использовать результаты прогнозирования будущих опорных сигналов (например, будущие водительские запросы крутящего момента) для определения того, как изменить будущие опорные сигналы для обеспечения максимального крутящего момента двигателя в интервале будущего времени без нарушения пределов (например, превышения порога температуры на выходе компрессора). В связи с этим, может быть рассчитана диаграмма или профиль будущих измененных опорных сигналов. Иначе говоря, изменения, вносимые контрольным регулятором в опорный сигнал (T(t)) в некотором интервале будущего времени, могут быть рассчитаны для создания максимального выходного крутящего момента двигателя в интервале будущего времени без нарушения пределов.
reference
modified
modified
В приведенных ниже примерах будущие изменения в опорный сигнал T(t) могут быть рассчитаны с текущим временным шагом, где t=1 для интервала будущего времени, при этом интервал будущего времени представлен временными шагами, где t>1. Временной шаг t в нижеследующих уравнениях может представлять собой дискретное целочисленное значение, например 0, 1, 2, 3 … n. Временной шаг t может отражать момент времени, в который происходит поступление, и/или обработка, и/или изменение опорного сигнала контрольным регулятором. Количество времени между временными шагами, например между t-1 и t может быть меньше секунды. А именно, количество времени между последовательными временными шагами может представлять собой любое время в диапазоне от 1 мс до 3 с. В некоторых примерах t=0 может соответствовать ближайшему предыдущему временному шагу, t=1 - текущему временному шагу, а любые значения времени, где t>1, могут соответствовать будущим временным шагам. Таким образом, t=0 может относиться к последнему по времени временному шагу, когда опорный сигнал был изменен контрольным регулятором. Измененный опорный сигнал в t=0 может быть записан как T(0). Иначе говоря, T(0) означает ближайший предыдущий измененный опорный сигнал, измененный контрольным регулятором.
reference
В первом примере опорный сигнал T(t) в интервале будущего времени может быть изменен контрольным регулятором, как видно из уравнения 3:
modified
где T(t) - измененный опорный сигнал, соответствующий, например, отрегулированному максимально допустимому крутящему моменту двигателя (в настоящем описании также именуемому «скорректированный водительский запрос крутящего момента») в любой момент t в интервале будущего времени, при этом 0≤k≤1 выбирают так, чтобы не были нарушены системные пределы в интервале будущего времени. То есть, согласно вышеприведенному уравнению 3, каждый из будущих измененных опорных сигналов можно оценивать по будущему измененному опорному сигналу, непосредственно предшествующему оцениваемому будущему измененному опорному сигналу. Таким образом, вышеуказанный способ для расчета будущих измененных опорных сигналов может быть рекурсивным по природе.
modified
В некоторых примерах значение k может быть постоянным. При этом в других примерах к может быть уникальным для каждого временного шага. В дополнительных примерах некоторые значения k могут быть одинаковыми, а другие - разными, для разных временных шагов в будущем. Так, в некоторых примерах, контрольный регулятор может вычислять новое значение для k на каждом временном шаге в будущем, на котором рассчитывают T. Значения k в интервале будущего времени могут быть рассчитаны для создания крутящего момента двигателя максимальной величины без нарушения пределов. То есть контрольный регулятор может использовать будущие результаты оценки опорного сигнала для изменения опорного сигнала в интервале будущего времени для создания крутящего момента двигателя максимальной величины без нарушения пределов.
reference
При этом в еще одном примере опорный сигнал T(t) может быть изменен контрольным регулятором в интервале будущего времени по уравнению 4:
modified
где T(t) - измененный опорный сигнал, соответствующий, например, отрегулированному максимально допустимому крутящему моменту двигателя (в настоящем описании также именуемому "скорректированный водительский запрос крутящего момента") в любой момент t в интервале будущего времени, и где 0≤k≤1 выбирают так, чтобы не были нарушены системные пределы в интервале будущего времени.
modified
В некоторых примерах значение к может быть постоянным. При этом в других примерах k может быть уникальным для каждого момента времени. В дополнительных примерах некоторые значения k могут быть одинаковыми, а другие - разными, для разных моментов будущего времени. Так, в некоторых примерах, контрольный регулятор может вычислять новое значение для k в любой момент будущего времени, в который рассчитывают T. Значения k в интервале будущего времени могут быть рассчитаны для создания крутящего момента двигателя максимальной величины без нарушения пределов. То есть контрольный регулятор может использовать будущие результаты оценки опорного сигнала для изменения опорного сигнала в интервале будущего времени для создания крутящего момента двигателя максимальной величины без нарушения пределов.
reference
В еще одном примере опорный сигнал T(t) может быть изменен контрольным регулятором в интервале будущего времени по уравнению 5:
modified
modified
где T(t) - измененный опорный сигнал, соответствующий, например, отрегулированному максимально допустимому крутящему моменту двигателя (в настоящем описании также именуемому "скорректированный водительский запрос крутящего момента") в любой момент t в интервале будущего времени и где 0≤k≤1 выбирают так, чтобы не были нарушены системные пределы в интервале будущего времени. Как раскрыто выше, T(0) означает ближайший предыдущий опорный сигнал, уже измененный контрольным регулятором, и, поэтому, относится к временному шагу, предшествующему текущему временному шагу, на котором происходит расчет будущих измененных опорных сигналов.
modified
Как видно из уравнения 5, значение k может быть постоянным. Значение k в интервале будущего времени может быть рассчитано для создания крутящего момента двигателя максимальной величины без нарушения пределов. То есть контрольный регулятор может использовать будущие результаты оценки опорного сигнала для изменения опорного сигнала в интервале будущего времени для создания крутящего момента двигателя максимальной величины без нарушения пределов. При этом в других примерах k может быть уникальным для каждого момента времени. В дополнительных примерах некоторые значения k могут быть одинаковыми, а другие - разными, для разных моментов будущего времени. Так, в некоторых примерах, контрольный регулятор может вычислять новое значение для k в любой момент будущего времени, в который происходит расчет T.
Отрегулировав максимально допустимый крутящий момент в интервале будущего времени на шаге 320, способ 300 может перейти с шага 320 на шаг 322, на котором корректируют второй результат оценки будущих параметров работы двигателя и формируют третий результат оценки будущих параметров работы двигателя исходя из отрегулированного максимально допустимого крутящего момента двигателя. Таким образом, в зависимости от таких системных пределов, как температура всасывающего трубопровода и/или температура на выходе компрессора в интервале будущего времени, параметры работы двигателя, например, потребление топлива, температура на выходе компрессора и т.п., могут быть скорректированы с учетом скорректированного профиля будущего выходного крутящего момента двигателя, сформированного для предотвращения нарушения пределов. То есть, в зависимости от того, как может быть ограничен будущий выходной крутящий момент двигателя в интервале будущего времени для удержания температуры на выходе компрессора, и/или температуры всасывающего трубопровода, и/или частоты вращения компрессора ниже соответствующих порогов, результаты оценки будущих параметров работы двигателя могут быть скорректированы с учетом скорректированного профиля крутящего момента двигателя в интервале будущего времени. Например, крутящий момент двигателя в интервале будущего времени может быть ограничен (например, уменьшен) для удержания температуры на выходе компрессора ниже порога, в связи с чем могут быть уменьшены результаты оценки потребления топлива в интервале будущего времени. Таким образом, способ 300 на шаге 320 может, в некоторых примерах, предусматривать корректировку профиля прогнозного потребления топлива на шаге 324. Итак, способ 300 содержит шаги, на которых в зависимости от прогнозных системных пределов в интервале будущего времени корректируют профили будущего потребления топлива с учетом изменений потребления топлива, обусловленных корректировками максимально допустимого крутящего момента двигателя в интервале будущего времени, введенными для предотвращения нарушения пределов (например, для удержания температур компонентов впускной системы ниже соответствующих пороговых температур). В некоторых примерах, после корректировки результатов оценки будущих параметров работы двигателя выполнение способа 300 можно завершить.
При этом в некоторых примерах способ 300 может проследовать с шага 322 на шаг 326, предусматривающий выбор маршрута с самым низким профилем будущего потребления топлива. Как раскрыто выше, профили будущего потребления топлива могут быть сформированы на шаге 324 для множества будущих маршрутов транспортного средства, при этом в профилях потребления топлива может быть учтено влияние ограничения крутящего момента из-за системных пределов на потребление топлива. На основе профилей будущего потребления топлива, учитывающих ограничение крутящего момента из-за системных пределов, контроллер может выбрать маршрут с самым низким профилем будущего потребления топлива. Таким образом, достоверность результатов оценки будущего потребления топлива можно повысить путем учета ограничения выходного крутящего момента двигателя и, как следствие, потребления топлива из-за таких системных пределов, как температура на выходе компрессора. Повышение достоверности результатов оценки будущего потребления топлива на одном или нескольких маршрутах позволяет снизить будущее потребление топлива за счет выбора маршрута с самым низким профилем будущего потребления топлива. Затем выполнение способа 300 завершают.
ФИГ. 4 иллюстрирует пример способа 400 для установления зависимости температуры на выходе компрессора от крутящего момента двигателя и частоты вращения двигателя. По данной зависимости можно определять профиль температуры на выходе компрессора по текущим и прогнозным потребностям в крутящем моменте двигателя. Единственную зависимость можно использовать для всего интервала времени профиля при допущении, что некоторые параметры, например, барометрическое давление, температура воздуха, температура отработавших газов и положения кулачков меняются медленно и/или остаются неизменными в коротком интервале времени. При этом в других примерах указанная зависимость может быть построена на основе будущих условий окружающей среды, данные о которых получают, например, от одного или нескольких удаленных серверов (например, сетевого облака 160, раскрытого выше на ФИГ. 1), в связи с чем она может учитывать изменения условий окружающей среды. Иначе говоря, по метеоданным, полученным от одного или нескольких удаленных серверов, могут быть оценены будущие условия окружающей среды для прогнозного будущего местоположения транспортного средства и времени. Прогнозное будущее местоположение транспортного средства в тот или иной момент в будущем можно оценивать по текущему положению транспортного средства, и/или маршруту транспортного средства, и/или скорости транспортного средства, и/или дорожным параметрам и т.п. Профиль модельной температуры на выходе компрессора определяют в некотором интервале времени. В одном примере алгоритм на ФИГ. 4 можно выполнять как часть алгоритма на ФИГ. 3, например, на шаге 312.
На шаге 402 алгоритма определяют нагрузку двигателя по прогнозному крутящему моменту двигателя, определенному для интервала будущего времени по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя. В одном примере прогнозный крутящий момент двигателя может быть определен исходя из водительских запросов крутящего момента, и/или данных об уклоне дороги, и/или веса транспортного средства, и/или условий окружающей среды, и/или нагрузок от вспомогательных агрегатов и т.п., как раскрыто на шаге 304 на ФИГ. 3. Затем контроллер двигателя может установить зависимость между прогнозным крутящим моментом и нагрузкой двигателя, используя заранее определенную зависимость или табулированную зависимость, хранящуюся в памяти контроллера. Зависимости, хранящиеся в памяти контроллера, могут быть характерны для семейства, к которому принадлежит данный двигатель, и могут быть определены по результатам измерений, выполненных в процессе первичной настройки двигателя. На шаге 404 значение нагрузки двигателя преобразуют в значение массового расхода воздуха через двигатель, используя значения частоты вращения двигателя и заранее определенных характерных параметров двигателя, например, стандартного заряда воздуха в цилиндре и количества цилиндров в двигателе. На шаге 406 определяют противодавление отработавших газов по барометрическому давлению и массовому расходу воздуха через двигатель. В одном примере результат измерения барометрического давления может быть получен от бортовых датчиков транспортного средства или средств внешней связи транспортного средства, например, связи между транспортными средствами, и/или одного или нескольких удаленных серверов (например, облачной сети 160, речь о которой идет выше на ФИГ. 1). На шаге 408 определяют давление воздуха в коллекторе (давление во впускном коллекторе) по противодавлению отработавших газов и ряду заранее определенных зависимостей в блоке управления двигателем БУД (ECU). На шаге 410 определяют давление на входе дросселя по давлению во впускном коллекторе исходя из номинального перепада давления на дроссельной заслонке. На шаге 412 определяют степень повышения давления компрессором по массовому расходу воздуха, барометрическому давлению и давлению на входе дросселя. На шаге 414 вычисляют КПД компрессора по массовому расходу воздуха, степени повышения давления компрессором и температуре воздуха на входе. В одном примере температуру воздуха на входе может измерять датчик ТВВ. Как сказано выше, ТВВ также можно оценивать с помощью средств внешней связи транспортного средства. В одном примере используют систему связи между транспортными средствами для определения сопоставимой температуры воздуха на входе. На шаге 416 определяют мгновенную температуру на выходе компрессора по КПД компрессора, температуре воздуха на входе и степени повышения давления компрессором. Пример зависимости представлен на ФИГ. 5. Из данного примера зависимости видно, что мгновенная температура на выходе компрессора возрастает с ростом крутящего момента двигателя. В других примерах частота вращения двигателя может быть более важным фактором, влияющим на температуру на выходе компрессора как функцию крутящего момента двигателя. Затем по модельной мгновенной температуре на выходе компрессора можно прогнозировать температуру всасывающего трубопровода и корректировать степень ограничения крутящего момента двигателя.
На ФИГ. 5 представлен пример зависимости температуры на выходе компрессора от крутящего момента двигателя и частоты вращения двигателя. В одном примере, представленном на диаграмме 500, параметры, по которым моделируют профиль температуры на выходе компрессора, например, барометрическое давление, температура всасываемого воздуха, температура отработавших газов и положения кулачков, приняты меняющимися медленно и/или постоянными в коротком интервале времени. По результатам измерения данных текущих параметров работы двигателя может быть сформирована приблизительная зависимость между крутящим моментом и частотой вращения двигателя и температурой на выходе компрессора, как на ФИГ. 5. По данным о крутящем моменте двигателя и частоте вращения двигателя в некотором интервале времени может быть сформирован профиль температуры на выходе компрессора для указанного интервала времени.
На ФИГ. 6А и 6В представлены графики для сравнения того, как можно регулировать температуру на выходе компрессора и частоту вращения компрессора, применяя стратегии, предусматривающие и не предусматривающие использование прогнозных будущих параметров работы двигателя.
На ФИГ. 6А представлен пример регулирования температуры на выходе компрессора путем регулирования крутящего момента в зависимости от текущих и прогнозных параметров работы двигателя. На диаграмме 602 показано изменение давления на входе дросселя (ДВД) во времени для примера рабочей последовательности. На оси х представлено время (в секундах), а на оси у - ДВД (в дюймах ртутного столба).
Давление на входе дросселя (ДВД) взаимосвязано с крутящим моментом двигателя. В раскрытом примере интервал времени прогнозирования задан с шагом 3.0 секунды. Крутящий момент двигателя регулируют в зависимости от модельной температуры на выходе компрессора для уменьшения перегрева без чрезмерного уменьшения крутящего момента двигателя. Представлен пример изменений давления на входе дросселя (ДВД), температуры на выходе компрессора и температуры всасывающего трубопровода при регулировании только по текущим параметрам работы двигателя по сравнению с регулированием по прогнозным данным в дополнение к текущим параметрам работы двигателя. Также показаны соответствующие изменения указанных параметров в отсутствии каких-либо действий по регулированию температуры.
Кривая 604 (штриховая линия) диаграммы 602 изображает изменения ДВД во времени, если температуру на выходе компрессора не ограничивают для уменьшения перегрева (способ 1: без ограничения). По способу 1, ДВД находится на максимуме, полностью обеспечивая запрошенный крутящий момент двигателя. Кривая 606 (сплошная линия) диаграммы 602 изображает изменения ДВД во времени, если температуру на выходе компрессора регулируют для предотвращения перегрева, используя прогнозные данные для прогнозирования потребности в крутящем моменте двигателя и температуры на выходе компрессора в некотором интервале времени (способ 2: с прогнозом), как раскрыто в описании способа на ФИГ. 3-4. Кривая 608 (точечная линия) диаграммы 602 изображает изменения ДВД во времени, если температуру на выходе компрессора регулируют для уменьшения перегрева без использования прогнозных данных (способ 3: без прогноза), то есть обычным путем, известным из уровня техники. Из сравнения кривых видно, что при использовании прогнозных данных, может быть обеспечена большая величина крутящего момента двигателя, создаваемого по запросу водителя, с одновременным ограничением перегрева, особенно во время кратковременных запросов крутящего момента двигателя, например, на узком пике вблизи отметки «45 секунд». Во время данного кратковременного запроса крутящего момента двигателя, значения ДВД при использовании прогнозных данных (кривая 606) и ДВД без ограничения крутящего момента (кривая 604) являются одинаково высокими, при этом и те, и другие превышают ДВД на кривой 608, относящейся к способу с использованием только текущих данных. Использование прогнозных данных (кривая 606) для регулирования крутящего момента двигателя позволило не ограничивать крутящий момент двигателя во время этого кратковременного запроса крутящего момента двигателя, как показано в примере рабочей последовательности. При применении способа регулирования температуры на выходе компрессора в зависимости от прогнозных данных, величина создаваемого крутящего момента двигателя может быть больше, что позволяет в большей степени удовлетворить запрос водителя с одновременным регулированием температуры на выходе компрессора. В примере рабочей последовательности на диаграмме 602, среднее значение ДВД при использовании прогнозных данных, как на кривой 606, выше среднего значения ДВД при использовании только текущих данных, как на кривой 608. В данном примере рабочей последовательности использование прогнозных данных позволяет повысить величину создаваемого крутящего момента двигателя по сравнению со способом, предусматривающим использование только текущих данных.
На ФИГ. 6В представлен пример регулирования частоты вращения компрессора путем регулирования перепускной заслонки с возможностью его осуществления в зависимости от текущих и прогнозных параметров работы двигателя. А именно, представлен пример изменений частоты вращения компрессора всасываемого воздуха турбокомпрессора при регулировании в зависимости только от текущих параметров работы двигателя по сравнению с регулированием в зависимости от прогнозных данных в дополнение к текущим параметрам работы двигателя. Также показаны соответствующие изменения частоты вращения компрессора в отсутствии каких-либо действий по регулированию частоты вращения. На диаграмме 640 представлены изменения частоты вращения турбокомпрессора в оборотах в минуту (об/мин) во времени для примера рабочей последовательности. На оси х представлено время (в секундах), а на оси у - частота вращения турбокомпрессора (в об/мин). Частота вращения турбокомпрессора взаимосвязана с крутящим моментом двигателя и/или прямо пропорциональна ему.
5
Порог 650 частоты вращения представляет собой верхний предел допустимой частоты вращения компрессора, который в одном примере может быть задан на уровне 2.0x10 об/мин. Кривая 642 (длинная штриховая линия) диаграммы 640 изображает мгновенную частоту вращения компрессора, если частоту вращения компрессора не ограничивают. Кривая 646 (короткая штриховая линия) диаграммы 640 изображает частоту вращения компрессора, если частоту вращения компрессора определяют только по текущим данным, но не по прогнозным данным о будущей работе транспортного средства. Кривая 644 представляет частоту вращения компрессора, если частоту вращения компрессора оценивают по текущим и прогнозным данным.
Кривые 644 (сплошная линия) и 646 (точечная линия) диаграммы 640 представляют частоту вращения компрессора, если частоту вращения компрессора ограничивают для ее удержания ниже заданного порога, например, порога 650 частоты вращения. Кривые 644 и 646 пребывают ниже порога 650 частоты вращения в течение всего интервала времени. Из кривой 644 видно, что использование прогнозных данных позволяет достичь порога частоты вращения компрессора без перегрева быстрее, чем при применении решения, не предусматривающего использование прогнозных данных о будущей работе транспортного средства (кривая 646). Возможность более интенсивного повышения частоты вращения компрессора может способствовать улучшению характеристик в части создания крутящего момента двигателя, на что указывает диаграмма 640.
Таким образом, использование текущих и прогнозных параметров работы транспортного средства позволяет повысить достоверность оценки частоты вращения компрессора в некотором интервале будущего времени и, как следствие, точность регулирования выходного крутящего момента двигателя без его необоснованного ограничения или возникновения помпажа в компрессоре. Результатом является снижение интенсивности ухудшения характеристик компонентов и продление их срока службы.
1
5
На ФИГ. 7 представлен пример рабочей последовательности 700, иллюстрирующий регулирование температуры на выходе компрессора с использованием текущих и/или прогнозных данных. На горизонтальной оси (х) обозначено время, при этом вертикальные отметки t-t обозначают значимые для регулирования крутящего момента двигателя моменты. Изменения положения педали (ПП) водителя представлены на кривой 702, изменения давления на входе дросселя (ДВД) представлены на кривой 704, изменения температуры на выходе компрессора ТвыхК (СОТ) представлены на кривой 706, а изменения крутящего момента двигателя представлены на кривой 710. В представленном примере изменения крутящего момента двигателя достигнуты путем изменения прохода перепускной заслонки отработавших газов (ПЗ (WG), кривая 714), при этом следует понимать, что крутящий момент также можно ограничить путем соответствующих изменений прохода впускного дросселя.
1
До t двигатель может работать без наддува. Двигатель может создавать относительно небольшой выходной крутящий момент в связи с относительно небольшим водительским запросом. Перепускная заслонка может быть частично открыта для улучшения реагирования в случае водительского запроса на создание наддува.
1
В момент t возможно увеличение водительского запроса, например, в связи с событием нажатия педали акселератора, на что указывает изменение положения педали. В связи с увеличением водительского запроса, проход перепускной заслонки может быть уменьшен (например, перепускная заслонка может быть полностью закрыта) для ускорения газовой турбины и, тем самым, ускорения компрессора всасываемого воздуха и повышения давления на входе дросселя. Кроме того, может быть увеличен проход впускного дросселя. Во время указанных действий с двигателем, несмотря на изменения водительского запроса, ТвыхК может оставаться в пределах 708, в связи с чем не осуществляют какие-либо корректировки ограничения крутящего момента двигателя.
2
2
2
3
В момент t, по текущим и будущим параметрам работы транспортного средства можно прогнозировать скачок требуемого крутящего момента и соответствующий скачок ТвыхК. Например, по навигационным входным данным и статистике водителя можно установить, что водитель въезжает на участок дороги с наличием некоторого движения транспорта, на котором водитель склонен к агрессивному вождению. Контроллер может прогнозировать, что профиль ТвыхК в интервале будущего времени содержит прогнозный пик 707 ТвыхК (штриховой участок), где ТвыхК кратковременно превышает порог 708 на относительно большую величину. В частности, контроллер может установить, по прогнозному профилю ПП, что прогнозная ТвыхК резко превысит порог, но вскоре упадет ниже указанного порога. В связи с прогнозным пиком 707 ТвыхК, в момент t контроллер может ограничить крутящий момент двигателя для упреждения роста ТвыхК. В частности, крутящий момент может быть ограничен на первую, относительно небольшую, величину до уровня ниже требуемого крутящего момента 711 (см. штриховой участок 711 по сравнению с соответствующей сплошной линией 710). В одном примере крутящий момент может быть ограничен путем увеличения прохода перепускной заслонки (на относительно небольшую величину) для уменьшения частоты вращения турбины и давление наддува, несмотря на увеличение водительского запроса. Крутящий момент может быть ограничен на относительно короткий период с t по t, после чего крутящий момент двигателя можно создавать в соответствии с водительским запросом. В связи с управляющими действиями по ограничению крутящего момента, ДВД падает ниже необходимого ДВД 705 (см. штриховой участок 705 по сравнению с соответствующей сплошной линией 704), которое могло бы быть создано, если бы крутящий момент не был ограничен.
4
4
4
5
В момент t по текущим и будущим параметрам работы транспортного средства можно прогнозировать плато требуемого крутящего момента и соответствующее плато ТвыхК. Например, по навигационным входным данным и статистике водителя можно установить, что водитель въезжает на участок с уклоном. Контроллер может прогнозировать, что профиль ТвыхК в интервале будущего времени содержит плато 709 прогнозной ТвыхК (штриховой участок), где ТвыхК превышает порог 708 на относительно небольшую величину. В частности, контроллер может установить, по прогнозному профилю ПП, что прогнозная ТвыхК превысит порог и останется выше порога в течение длительного периода. С учетом плато 709 прогнозной ТвыхК, в момент t контроллер может ограничить крутящий момент двигателя для упреждения роста ТвыхК. В частности, крутящий момент может быть ограничен на вторую, относительно большую, величину до уровня ниже требуемого крутящего момента 712 (см. штриховой участок 712 по сравнению с соответствующей сплошной линией 710). В одном примере крутящий момент может быть ограничен путем увеличения прохода перепускной заслонки (на относительно большую величину) для уменьшения частоты вращения турбины и давления наддува, несмотря на увеличение водительского запроса. Крутящий момент может быть ограничен на относительно длительный период с t до t, после чего создание крутящего момента двигателя может происходить в соответствии с водительским запросом. В связи с управляющими действиями по ограничению крутящего момента, ДВД падает ниже необходимого ДВД 705 (см. штриховой участок 705 по сравнению с соответствующей сплошной линией 704), которое могло бы быть создано, если бы крутящий момент не был ограничен. Таким образом, прогнозные данные, полученные по внешней связи, используют в дополнение к текущим данным для моделирования температуры на выходе компрессора в некотором интервале будущего времени. Это позволяет точнее регулировать температуру на выходе компрессора без необоснованного ограничения выходного крутящего момента двигателя. Кроме того, это позволяет лучше защитить оборудование, расположенное ниже по потоку от выхода компрессора, от перегрева.
В одном примере способ для двигателя, соединенного с транспортным средством, содержит шаги, на которых: регулируют выходной крутящий момент двигателя в зависимости от профиля будущей температуры на выходе компрессора для удержания фактической температуры на выходе компрессора ниже порога, при этом в основе профиля будущей температуры на выходе компрессора лежат результаты оценки текущих и прогнозных параметров работы двигателя, основанных на входных параметрах из средств внешней связи транспортного средства. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, профиль будущей температуры на выходе компрессора содержит прогнозную температуру на выходе компрессора для каждого момента интервала будущего времени работы транспортного средства. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, прогнозная температура на выходе компрессора зависит от прогнозного крутящего момента двигателя, необходимого в интервале будущего времени работы транспортного средства. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указанное регулирование включает в себя ограничение выходного крутящего момента двигателя до уровня ниже порогового крутящего момента в зависимости от периода, в течение которого прогнозная температура на выходе компрессора превышает пороговую, при этом уровень, до которого ограничивают крутящий момент двигателя, тем ниже, чем больше указанный период. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, пороговая температура зависит от свойства материала трубок, соединяющих выход компрессора всасываемого воздуха с расположенным ниже по потоку промежуточным охладителем. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, уровень, до которого ограничивают выходной крутящий момент двигателя, дополнительно понижают в зависимости от степени, в которой пиковая прогнозная температура профиля будущей температуры на выходе компрессора превышает пороговую температуру, при этом уровень крутящего момента понижают тем больше, чем больше указанная степень. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, ограничение крутящего момента двигателя включает в себя уменьшение прохода впускного дросселя для уменьшения потока всасываемого воздуха в двигатель. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, ограничение крутящего момента двигателя также включает в себя увеличение прохода перепускной заслонки отработавших газов, и/или увеличение прохода клапана РОГ, и/или изменение момента зажигания в сторону запаздывания. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, входные параметры из средств внешней связи транспортного средства включают в себя входные параметры из навигационной системы и/или устройства беспроводной связи, соединенного с возможностью связи с двигателем, причем входные параметры включают в себя один или несколько из следующих: данные транспортного средства, навигационные данные, данные о местоположении, картографические данные, данные о рельефе и метеоданные, причем текущие и прогнозные параметры работы двигателя включают в себя вес транспортного средства, рабочий объем двигателя, скорость транспортного средства, крутящий момент двигателя, нагрузку двигателя, барометрическое давление, давление отработавших газов, давление во впускном коллекторе, температуру воздуха на входе, степень повышения давления компрессором, КПД компрессора, давление на входе дросселя и массовый расход всасываемого воздуха. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, двигатель представляет собой систему двигателя с турбонаддувом, при этом фактическая температура на выходе компрессора представляет собой температуру сжатых всасываемых газов между компрессором турбокомпрессора и промежуточным охладителем. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаги, на которых: оценивают профиль будущей температуры на выходе компрессора по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя, при этом указанная оценка включает в себя оценку исходной будущей температуры на выходе компрессора по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя и фильтрацию исходной температуры на выходе компрессора в интервале будущего времени через низкочастотный фильтр и/или фильтр скользящего среднего, при этом полоса пропускания фильтра зависит от свойства материала трубок между компрессором турбокомпрессора и промежуточным охладителем и продолжительности интервала будущего времени. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, оценка профиля будущей температуры на выходе компрессора включает в себя: оценку крутящего момента двигателя в интервале будущего времени по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя, оценку массового расхода воздуха через двигатель в интервале будущего времени по результату оценки крутящего момента, оценку противодавления отработавших газов по результату оценки массового расхода воздуха через двигатель и барометрическому давлению, установление зависимостей давления во впускном коллекторе и давления на входе дросселя от противодавления отработавших газов, оценку степени повышения давления компрессором по результатам оценки массового расхода воздуха через двигатель, давления на входе дросселя и противодавления отработавших газов; оценку КПД компрессора по результатам оценки массового расхода воздуха через двигатель, степени повышения давления компрессором и температуре воздуха на входе, и оценку исходной будущей температуры на выходе компрессора по результатам оценки КПД компрессора, температуре воздуха на входе и степени повышения давления компрессором.
В еще одном примере способ для двигателя содержит шаги, на которых: оценивают профиль температуры на выходе компрессора для интервала будущего времени работы транспортного средства по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя, при этом профиль температуры на выходе компрессора включает в себя прогнозную температуру на выходе компрессора в каждый момент интервала будущего времени, и регулируют выходной крутящий момент двигателя в зависимости от степени и периода, на которую и в течение которого прогнозная температура на выходе компрессора в профиле температуры на выходе компрессора превышает пороговую. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, указанное регулирование включает в себя ограничение выходного крутящего момента двигателя до уровня ниже крутящего момента, запрошенного водителем, по мере роста степени, на которую пиковая прогнозная температура на выходе компрессора превышает пороговую, и по мере роста периода, в течение которого прогнозная температура на выходе компрессора превышает пороговую температуру. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, в основе текущих и прогнозных параметров работы двигателя лежат входные параметры из средств внешней связи транспортного средства, при этом средства внешней связи транспортного средства включают в себя навигационную систему и/или устройство беспроводной связи, соединенное с возможностью связи с двигателем, при этом входные параметры включают в себя один или несколько из следующих: данные транспортного средства, навигационные данные, данные о местоположении, картографические данные, данные о рельефе и метеоданные, причем текущие и прогнозные параметры работы двигателя включают в себя вес транспортного средства, рабочий объем двигателя, скорость транспортного средства, крутящий момент двигателя, нагрузку двигателя, барометрическое давление, давление отработавших газов, давление в коллекторе (давление во впускном коллекторе), температуру воздуха на входе, степень повышения давления компрессором, КПД компрессора, давление на входе дросселя и массовый расход всасываемого воздуха. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, двигатель представляет собой двигатель с наддувом, содержащий компрессор всасываемого воздуха, причем указанное регулирование включает в себя регулирование для удержания температуры на выходе компрессора ниже пороговой и давления на входе дросселя ниже порогового. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указанная оценка включает в себя оценку профиля крутящего момента двигателя для интервала будущего времени по текущим и прогнозным параметрам работы двигателя и оценку профиля температуры на выходе компрессора по значению результата фильтрации результата оценки профиля крутящего момента двигателя.
В еще одном примере система транспортного средства содержит: двигатель, содержащий впускной коллектор, впускной дроссель, соединенный с впускным коллектором, компрессор всасываемого воздуха, установленный выше по потоку от впускного дросселя для подачи заряда сжатого воздуха во впускной коллектор, промежуточный охладитель, установленный ниже по потоку от компрессора всасываемого воздуха посредством трубок, навигационную систему, соединенную с возможностью связи с сетью, при этом навигационная система выполнена с возможностью выборки одного или нескольких входных параметров, в том числе данных транспортного средства, навигационных данных, данных о местоположении, картографических данных, данных о рельефе и метеоданных, из сети, и контроллер с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для: оценки фактических и прогнозных параметров работы двигателя для предстоящего участка движения транспортного средства по одному или нескольким входным параметрам, выбранным в навигационной системе, расчета профиля температуры на выходе компрессора для указанного предстоящего участка движения транспортного средства по результатам оценки фактических и прогнозных параметров работы двигателя и удержания фактической температуры на выходе компрессора ниже пороговой путем регулирования положения впускного дросселя, при этом указанное регулирование осуществляют в зависимости от рассчитанного профиля температуры на выходе компрессора. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указанное удержание включает в себя уменьшение крутящего момента двигателя до уровня ниже порогового путем уменьшения прохода впускного дросселя, если прогнозная температура рассчитанного профиля температуры на выходе компрессора превышает пороговую, при этом пороговый крутящий момент зависит по меньшей мере от требуемого водителем крутящего момента, при этом пороговая температура зависит по меньшей мере от свойства материала трубок. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, указанный расчет включает в себя: оценку крутящего момента двигателя для предстоящего участка движения транспортного средства по результатам оценки фактических и прогнозных параметров работы двигателя, преобразование результата оценки крутящего момента двигателя в результат оценки массового расхода воздуха через двигатель, оценку противодавления отработавших газов по результату оценки массового расхода воздуха через двигатель и барометрическому давлению, установление зависимостей давления во впускном коллекторе и давления на входе дросселя от противодавления отработавших газов, оценку степени повышения давления компрессором по результатам оценки массового расхода воздуха через двигатель, давления на входе дросселя и противодавления отработавших газов, оценку КПД компрессора по результатам оценки массового расхода воздуха через двигатель, степени повышения давления компрессором и температуре воздуха на входе, и прогнозирование профиля температуры на выходе компрессора по результатам оценки КПД компрессора, температуре воздуха на входе и степени повышения давления компрессором.