СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ)
EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM CONTROL METHOD (EMBODIMENTS)

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для управления рециркуляцией отработавших газов (РОГ) двигателя транспортного средства.
Уровень техники и сущность изобретения
Системы рециркуляции отработавших газов (РОГ (ERG)) все больше используются для улучшения производительности двигателя и уменьшения вредного воздействия выбросов отработавших газов в окружающую среду. Поскольку в двигателе происходит сгорание топлива, двигатель производит отработавшие газы, содержащие несгоревшее топливо, также известное как углеводороды (УВ), монооксид углерода (СО) и оксиды азота (NOx). Отработавшие газы перенаправляются через двигатель для потребления несгоревшего топлива, что приводит к разбавлению горючей смеси. Это разбавление приводит к уменьшению процентного содержания свежего впускного воздуха в горючей смеси и приводит к уменьшению образования СО и NOx. Дожигание отработавших газов перед его выпуском уменьшает вредное воздействие отработавших газов на атмосферу и позволяет транспортному средству соответствовать государственным стандартам, регламентирующим уровни выбросов.
Системы РОГ, как правило, включают в себя охладитель системы РОГ, который охлаждает систему РОГ, когда отработавшие газы направляются обратно на впуск двигателя. Внешняя система РОГ с охлаждением предлагается для повышения экономии топлива при использовании бензиновых двигателей путем уменьшения потерь на дросселировании, уменьшения тепловых потерь в цилиндре, уменьшения детонации и уменьшения требований обогащения. Когда РОГ проходят через охладитель РОГ возможно загрязнение охладителя из-за отложений твердых частиц в охладителе. В стандартных системах РОГ требуется замена охладителей РОГ при достижении определенной степени загрязнения. Загрязнение охладителя РОГ уменьшает эффективность охлаждения охладителя РОГ, увеличивает перепад давления в нем и уменьшает способность охлажденных РОГ повышать экономию топлива путем минимизации преимуществ внутри цилиндра и пропускной способности.
Дополнительно, охлаждаемые системы РОГ достигают пределов, уменьшая преимущества охлаждаемых РОГ. В высоконагружаемых системах РОГ, таких как РОГ низкого давления (НД) бензинового турбированного двигателя с непосредственным впрыском (GTDI) ограничения, связанные с потоком охлаждающей жидкости или отводом тепла радиатором, могут привести к снижению производительности РОГ или даже привести к невозможности РОГ. В переходных случаях внешняя РОГ часто отключается для того чтобы помочь в улучшении отклика крутящего момента двигателя, включая максимизацию турбо отклика.
Еще одна проблема с системами РОГ состоит в невозможности соответствия требованиям разбавления в двигателе. Современные способы предложены для дополнения систем РОГ и обеспечения соответствия требованиям разбавления в двигателе. Один из примерных подходов показан у Лидермана и др. в патенте США №6668766. В этом патенте форсунка непосредственного впрыска соединяется с цилиндром двигателя, и форсунка активируется для впрыска воды в цилиндр, когда РОГ не способна соответствовать требованиям разбавления.
Однако, авторы изобретения распознали возможные проблемы с подобными системами. В одном из примеров непосредственный впрыск воды в цилиндр двигателя не позволяет системе очищать охладитель РОГ, когда нагрузка, вызванная твердыми частицами, превышает пороговое значение нагрузки, вызываемой твердыми частицами. В результате, если в охладителе РОГ было бы высокое количество твердых частиц, то ухудшался бы поток РОГ в двигатель. В результате выполнялась бы стандартная регенерация охладителя, что, как правило, уменьшает экономию топлива. Это может привести к неустойчивому сгоранию, ухудшению рабочих характеристик двигателя и выбросов.
Соответственно, в настоящем документе предлагаются способы и системы для, по меньшей мере, частичного устранения вышеуказанных недостатков. В одном из примеров способ для двигателя содержит, в ответ на требование для разбавления, непосредственный впрыск жидкости в охладитель РОГ. Непосредственный впрыск может основываться на любом из таких параметров как расход РОГ и расчет частоты вращения лопастей компрессора.
В данном случае авторы изобретения обнаружили, что непосредственный впрыск воды в охладитель РОГ может помочь в обеспечении соответствия требованиям разбавления в двигателе и/или в очистке охладителя РОГ. Например, непосредственный впрыск в охладитель РОГ может приостанавливаться или уменьшаться при условиях высокой частоты вращения лопастей компрессора для того чтобы уменьшить повреждение лопастей компрессора, которое может произойти, если впрыск предназначался для удаления твердых частиц, находящихся в охладителе. Дополнительно, форсунка непосредственного впрыска может использоваться в случаях ограниченного потока РОГ для обеспечения соответствия требованиям разбавления в двигателе и/или увеличения РОГ путем ограничения проблем, связанных с чрезмерной температурой, в компрессоре и/или охладителе РОГ. Непосредственный впрыск воды в охладитель РОГ для обеспечения соответствия требованиям разбавления может улучшить производительность и эффективность двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенная сущность изобретения предусмотрена для представления в упрощенной форме набора концепций, которые дополнительно раскрыты в подробном описании. Оно не предназначено для определения ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, объем которого определяется только пунктами формулы изобретения, приведенными после подробного описания. Дополнительно, заявленный предмет изобретения не ограничен воплощениями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в какой-либо части настоящего описания изобретения.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показана схема двигателя с турбонагнетателем и системой рециркуляции отработавших газов.
На ФИГ. 2 показана функциональная схема, на которой проиллюстрирован примерный способ очистки охладителя РОГ впрыском воды.
На ФИГ. 3 показана функциональная схема, на которой проиллюстрирован примерный способ дополнения потока РОГ впрыском воды.
На ФИГ. 4 показана функциональная схема, на которой проиллюстрирован примерный способ для определения количества впрыскиваемой воды на основе тепловых ограничений.
На ФИГ. 5 показана серия графиков, на которых проиллюстрирована очистка охладителя РОГ с использованием впрыска воды в зависимости от условий двигателя.
На ФИГ. 6 показана серия графиков, на которых проиллюстрировано дополнение потока РОГ впрыском воды в зависимости от различных условий.
На ФИГ. 7 показаны графики с изображением причинно-следственных связей потока РОГ и непосредственного впрыска на основе максимально допустимого потока РОГ и очистки охладителя РОГ.
Раскрытие изобретения
Далее варианты осуществления управления системой РОГ раскрываются более подробно со ссылкой на фигуры. Следует отметить, что последующее раскрытие вариантов осуществления изобретения является примерным, и также возможно использование альтернативных вариантов осуществления.
Следующее раскрытие относится к способу для охладителя рециркуляции отработавших газов (РОГ) с отверстием для впрыска, соединенного с баком. В одном из примеров охладитель РОГ выполнен с возможностью соединения с баком через клапан впрыска с соплом, способным распылять жидкость в охладитель. Количество жидкости, впрыскиваемой в охладитель, может регулироваться для управления температурой РОГ, концентрацией, давлением, уровнем конденсата и остаточным уровнем в охладителе (например, через управление с обратной связью). В другом примере емкость может быть выполнена с возможностью соединения с подогревателем и содержать воду в качестве основной жидкости. Однако также возможна подача подогревателем путем добавления смеси этанола/воды в бак для предотвращения замерзания.
Что касается ФИГ. 1, на ней показана схема одного цилиндра двигателя с несколькими цилиндрами 10, выполненного с возможностью использования как часть движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по крайней мере, частично с помощью контроллера 12, и с помощью входных данных от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования сигнала ПП, пропорционального положению педали. Камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным внутри них. В некоторых вариантах осуществления, наружная поверхность поршня 36 внутри цилиндра 30 может содержать углубление. Поршень 36 может соединяться с коленчатым валом 40 с возможностью возвратно-поступательного движения, передаваемого во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может соединяться, по крайней мере, с одним приводным колесом транспортного средства через промежуточную трансмиссионную систему. Дополнительно, мотор стартера может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для возможности пуска двигателя 10. В камеры 30 сгорания может поступать приточный воздух из впускного коллектора 44 через впускной тракт 42, а отработавшие газы, выделяющиеся при горении, могут выходить через канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут селективно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны 52 и выпускные клапаны 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может предусматривать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Выпускной клапан 52 может управляться контроллером 12 посредством электрического привода клапана 51 (ЭПК (EVA)). Подобным же образом, выпускной клапан 54 может управляться контроллером 12 посредством ЭПК 53. В альтернативных вариантах, различные приводы клапана могут быть электрогидравлическим или любым другим допустимым механизмом для обеспечения привода клапана. При определенных условиях, контроллер 12 может изменять сигналы, отправляемые приводам 51 и 53 для управления открытием и закрытием соответственно впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять с помощью датчиков 55 и 57 положения клапана соответственно. В иных вариантах осуществления, один или более впускных или выпускных клапанов может использовать один или более кулачков и может применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК (CPS)), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР (VCT)), изменения фаз газораспределения (ИФГ (VVT)) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК (VVL)) для регулировки работы клапанов. Например, цилиндр 30 в других случаях может включать в себя впускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, включая системы ППК и/или ИФКР.
Топливная форсунка 66 показана в прямом соединении с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива пропорционально импульсу впрыска топлива (ИВТ (FPW)), полученному от контроллера 12, через электронный драйвер 68. Таким образом, топливные форсунки 66 обеспечивают так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может устанавливаться с боковой стороны камеры сгорания или, например, с верхней стороны камеры сгорания. Топливо могут подавать на топливную форсунку 66 с помощью топливной системы (не показано), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Система 88 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (03 (SA)) для свечи от контроллера 12, при выбранном рабочем режиме. Хотя компоненты системы зажигания изображены, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме компрессионного зажигания с искрой или без искры.
Впускной канал 42 может содержать дроссели 62 и 63, имеющие дроссельные заслонки 64 и 65 соответственно. В данном конкретном примере дроссельные заслонки 64 и 65 могут управляться контроллером 12 посредством сигналов, подаваемых на электромотор или привод, соединенный с дросселями 62 и 63, что образует конфигурацию, обычно обозначаемую как электронное управление дросселем (ЭУД (ETC)). Таким образом, дроссели 62 и 63 могут приводиться в действие для регулирования подачи приточного воздуха в камеру 30 сгорания между другими цилиндрами. Положение дроссельных заслонок 64 и 65 может обеспечиваться контроллером 12 при посредством сигналов позиционирования дросселей (ПД (TP)). Впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12.
2
Дополнительно, в раскрываемых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 44 через канал 140 РОГ высокого давления (РОГ-ВД) и /и или канал 150 РОГ низкого давления (РОГ-НД). Объем РОГ, подаваемый во впускной канал 44, может регулироваться контроллером 12 при помощи клапана 142 РОГ-ВД или клапана 152 РОГ-НД. В некоторых вариантах осуществления дроссель может использоваться на линии отработавших газов для помощи в управлении РОГ. Дополнительно, в канале РОГ может быть установлен датчик 144 РОГ, который может обеспечивать указание одного или нескольких параметров отработавших газов, таких как давление, температура и концентрация. Альтернативно, РОГ можно управлять с помощью вычисленной величины на основе сигналов от датчика МРВ (выше по потоку), ДВК (впускной коллектор), ТГК (температура газа в коллекторе) и датчика скорости коленчатого вала. Дополнительно, управление РОГ может осуществляться на основе датчика O кислорода в отработавших газах и/или датчика кислорода во впускном воздухе (во впускном коллекторе). При некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. ФИГ. 1 содержит систему РОГ высокого давления, в которой РОГ подается из пространства выше по потоку от турбины турбонагнетателя в пространство ниже по потоку после компрессора турбонагнетателя, и систему РОГ низкого давления, в которой РОГ подается из пространства после турбины турбонагнетателя в пространство выше по потоку от компрессора турбонагнетателя. Дополнительно, как показано на ФИГ. 1, система РОГ ВД может включать в себя охладитель 146 РОГ ВД, и система РОГ НД может включать в себя охладитель 158 РОГ НД для отведения тепла отработавших газов, например, к охлаждающей жидкости двигателя. В альтернативных вариантах осуществления двигатель 10 может включать в себя только систему РОГ-ВД или только систему РОГ-НД.
Форсунка 157 непосредственного впрыска соединяется с охладителем 158 РОГ-НД рядом со впуском охладителя РОГ, также известным как «горячая сторона». Дополнительно, форсунка 157 непосредственного впрыска соединяется с контроллером 12 и может управляться контроллером с использованием различных условий, раскрытых далее. Форсунка непосредственного впрыска является частью системы впрыска воды, включающей в себя канал 159, соединенный с баком 161 воды и ведущий к форсунке непосредственного впрыска. Бак соединяется с подогревателем 163 для уменьшения образования льда в баке. В других вариантах осуществления бак может содержать жидкость, содержащую смесь жидкостей (например, вода и этанол) для того чтобы избежать обязательного использования подогревателя. На ФИГ. 2 приведено раскрытие, когда возможно использование такой системы.
Таким образом, двигатель 10 может дополнительно содержать компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель или турбокомпрессор, включающий в себя по меньшей мере компрессор 162, установленный на впускном коллекторе 44. В случае с турбонагнетателем, компрессор 162 может приводиться в действие, по крайней мере частично, турбиной 164 (например, посредством, вала), установленного вдоль выпускного канала 48. В случае с турбокомпрессором, компрессор 162 может, по крайней мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электроприводом и может исключать турбину. Таким образом уровень наддува воздуха, подаваемого к одному или более цилиндрам двигателя посредством нагнетателя или турбокомпрессора, может регулироваться контроллером 12.
Датчик 126 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 48 выше по потоку от турбины 164. Датчиком 126 может являться любой подходящий датчик, обеспечивающий показания воздушно-топливного отношения, например, линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный датчик кислорода в отработавших газах), датчик кислорода с двумя состояниями или ДКОГ (датчик кислорода в отработавших газах), НДКОГ (нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах), датчик NOx, НС или СО.
Устройства 71 и 72 регулирования выхлопа показаны установленными вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройствами 71 и 72 может быть система выборочной каталитической редукции (СВКР (SCR)), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН (TWC)), уловитель NOx, различные устройства контроля выбросов или их сочетания. Например, устройством 71 может быть ТКН, а устройством 72 может быть сажевый фильтр (СФ (PF)). В некоторых вариантах осуществления, СФ 72 может быть расположен ниже по потоку от ТКН 71 (как изображено на ФИГ. 1), при этом в других вариантах осуществления СФ 72 может быть размещен выше по потоку от ТКН 72 (не показано на ФИГ. 1). Дополнительно, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, во время работы двигателя 10 устройства контроля токсичности 71 и 72 могут периодически восстанавливаться, например, путем приведения в действие, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода-вывода, электронный носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве чипа постоянного запоминающего устройства 106 в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ (MAF)) от датчика 120 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД (ЕСТ)) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ (PIP)) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; положения дросселя (ПД (TP)) от датчика положения дросселя; и сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК (MAP)) от датчика 122. На основе сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД (RPM). Сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК (MAP)) от датчика давления в коллекторе может использоваться для предоставления указания на вакуум или давление во впускном коллекторе. Следует обратить внимание на возможность использования указанных выше датчиков в различных комбинациях, таких как датчик МРВ без датчика ДВК или наоборот. Во время работы на стехиометрической смеси датчик ДВК может выдавать показания крутящего момента двигателя. Дополнительно, этот датчик, вместе с измеренной частотой вращения двигателя, может предоставлять расчет подачи смеси (включая воздух) в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может генерировать заранее заданное количество равноудаленных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Постоянное запоминающее устройство 106 электронного носителя данных может быть запрограммирован с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые микропроцессором 102, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде.
В соответствии с вышеуказанным описанием, ФИГ. 1 иллюстрирует один цилиндр двигателя с несколькими цилиндрами, каждый цилиндр может схожим образом содержать собственный набор впускных / выпускных клапанов, топливных форсунок, свечей зажигания и т.д. На ФИГ. 1 показан охладитель РОГ, соединенный с баком с водой, в двигателе с турбонаддувом с системами РОГ GTDI НД и ВД, однако, охладитель РОГ может использоваться в различных конфигурациях (например, с атмосферными двигателями).
В соответствии с вышеуказанным раскрытием бак 161 с водой подает воду на форсунку 157 непосредственного впрыска и охладитель 158 РОГ. Способ может использоваться для обеспечения соответствия требованиям разбавления в двигателе или для уменьшения количества твердых частиц в охладителе РОГ. Функции системы определяются контроллером 12 и подробно описываются на ФИГ. 2.
ФИГ. 2 представляет собой функциональную схему, иллюстрирующую примерный способ 200 для впрыска воды в охладитель РОГ во время цикла очистки охладителя РОГ. При выбранных условиях способ может включать в себя непосредственный впрыск жидкости из бака в охладитель РОГ, когда выбранные условия включают в себя нагрузку, вызванную твердыми частицами, в охладителе РОГ, превышающую пороговое значение нагрузки, вызванной твердыми частицами. В соответствии с вышеуказанным раскрытием непосредственный впрыск в охладитель РОГ может осуществляться с использованием воды. Подогреватель (например, подогреватель 163) может быть выполнен с возможностью соединения с баков с водой (например, бак 161 с водой) для предотвращения образования льда. В некоторых примерах непосредственный впрыск может также осуществляться с использованием смеси жидкостей (например, вода и метанол/этанол/гликоль). Подача из подогревателя возможна, если используется смесь жидкостей, благодаря более низкой температуре замерзания смеси в сравнении с температурой замерзания воды. Дополнительно, если бак содержит смесь жидкостей, то контроллер может регулировать параметры впрыска топлива для учета содержания спирта во впрыске для поддержания воздушно-топливного отношения на уровне или близко к стехиометрическому уровню.
Способ 200 будет раскрыт в данном документе со ссылками на системы и компоненты, изображенные на ФИГ. 1, в частности, относительно подогревателя 163, бака 161 с водой, канала 159, форсунки 157 непосредственного впрыска и охладителя 158 РОГ НД. Способ 200 может быть осуществлен при помощи контролера (например, контроллера 12) в соответствии с данными, хранящимися на машиночитаемых носителях. Следует понимать, что способ 200 может применяться для других систем с другой конфигурацией в пределах объема данного раскрытия.
Способ 200 может начинаться на шаге 202, где могут оцениваться и/или измеряться условия работы двигателя. Рабочие условия двигателя могут включать в себя, без ограничений, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, температуру двигателя, давление отработавших газов, температуру отработавших газов, частоту вращения компрессора и задаваемое воздушно-топливное отношение. На шаге 204 способ 200 включает в себя определение потребности в очистке охладителя РОГ. Потребность в очистке охладителя РОГ может определяться с помощью измерения или моделирования. В одном из примеров измерение может включать в себя определение нагрузки, вызванной твердыми частицами, в охладителе РОГ, которая превышает пороговое значение нагрузки, вызванной твердыми частицами. Нагрузка, вызванная твердыми частицами, может определяться путем измерения изменения давления РОГ выше по потоку и ниже по потоку от охладителя РОГ. Нагрузка, вызванная твердыми частицами, выше порогового значения нагрузки, вызванной твердыми частицами, может создать затруднение для потока, приводящее к изменению давления в охладителе РОГ в большую сторону. Поэтому, если изменение давления в охладителе РОГ превышает пороговое значение давления охладителя РОГ, то, возможно, охладитель РОГ загрязнен. В другом примере нагрузка, вызванная твердыми частицами, может определяться путем измерения температуры РОГ выше по потоку и ниже по потоку от охладителя РОГ. Нагрузка, вызванная твердыми частицами, выше порогового значения нагрузки, вызванной твердыми частицами, в охладителе РОГ может привести к ухудшению свойств теплопередачи между РОГ и охладителем РОГ. Твердые частицы могут уменьшить площадь поверхности контакта между охладителем РОГ и РОГ. В результате температура РОГ ниже по потоку от охладителя РОГ может оказаться выше, чем пороговая температура охлажденных РОГ.
Модель для определения потребности в очистке РОГ может включать в себя запланированное периодическое техническое обслуживание, такое как техническое обслуживание после заранее заданного пробега в милях (например, 5000) или количество часов эксплуатации (например, 100). Если контроллер (например, контроллер 12) определяет потребность в очистке охладителя РОГ, то способ переходит к шагу 208. Способ переходит к шагу 206, если не определяется потребность в очистке охладителя РОГ. На шаге 206 контроллер поддерживает текущие рабочие параметры двигателя и не происходит непосредственный впрыск. Затем возможен выход из способа.
На шаге 208 способ включает в себя определение соблюдения условий непосредственного впрыска. Условия непосредственного впрыска могут включать в себя регулировку количества непосредственно впрыскиваемой воды на основе температуры охладителя РОГ, превышающей пороговое значение температуры охладителя РОГ, частоты вращения компрессора на уровне ниже порогового значения частоты вращения и наличия в баке жидкости (например, в баке 161) для непосредственного впрыска. Если температура охладителя РОГ ниже пороговой температуры охладителя РОГ, то возможно не полное испарение жидкости при непосредственном впрыске. Неполное испарение приводит к плохому смешиванию с водными отложениями в охладителе РОГ. Если частота вращения компрессора превышает пороговое значение частоты вращения компрессора, то удаляемые твердые частицы из непосредственного впрыска в охладитель РОГ могут уносится в турбонагнетатель и повреждать лопасти компрессора. Наличие жидкости может измеряться подходящим измерителем уровня жидкости. Жидкая фаза жидкости может определяться путем измерения температуры двигателя, когда температура двигателя превышает пороговое значение температуры двигателя (например, 5°C). В других вариантах осуществления наличие воды в баке с водой, соединенном с подогревателем, может определяться по измеренной температуре подогревателя, превышающей пороговое значение температуры подогревателя (например, 3°C). Способ переходит к шагу 210, если соблюдены условия впрыска воды. Однако переход к шагу 206 способа происходит, если условия впрыска воды не соблюдены, и контроллер поддерживает текущие рабочие параметры двигателя, в соответствии с вышеуказанным раскрытием.
На шаге 210 контроллер рассчитывает максимальный впрыск. Факторы, которые могут оказывать воздействие на максимальный впрыск, включают в себя, без ограничения, уровни конденсата в одном или более сегментах впускной системы и/или порог стабильности сгорания в двигателе. Уровень впрыска может быть задан, как масса в единицу времени (например, 5 кг/ч). Впускная система может включать в себя компрессор, охладитель наддувочного воздуха и впускной коллектор, а также впускной канал с жидкостным соединением с компрессором, охладитель наддувочного воздуха и впускной коллектор. Уровни конденсата во впускной системе могут рассчитываться путем измерения температуры точки росы в подходящем месте во впускной системе. В одном из примеров в системе РОГ низкого давления (РОГ НД) уровни конденсата во впускном канале до компрессора, впускном канале после охладителя наддувочного воздуха и впускном коллекторе могут влиять на максимальный впрыск воды. В другом примере для системы РОГ высокого давления (РОГ ВД) или системы РОГ без наддува (РОГ БН) уровни конденсата во впускном коллекторе могут влиять на максимальный впрыск воды.
Порог стабильности сгорания в двигателе может включать в себя максимальный допуск разбавления в двигателе с превышением которого могут возникать проблемы со стабильностью сгорания (например, детонация, пропуск зажигания и т.д.). Общее разбавление, обеспечиваемое для двигателя, может контролироваться так, чтобы находится на уровне ниже максимального допуска разбавления в двигателе для того чтобы избежать проблем, связанных с нестабильностью сгорания. Общее разбавление равняется сумме расхода РОГ и количеству впрыскиваемой жидкости. Количество впрыскиваемой жидкости регулируется в соответствии с расходом РОГ и порогом стабильности сгорания в двигателе, таким образом, чтобы общее разбавление оставалось ниже максимального допуска разбавления в двигателе.
На шаге 212 способ включает в себя регулировку расхода потока РОГ в ответ на непосредственный впрыск. Расход потока РОГ может уменьшаться по мере увеличения уровня непосредственного впрыска. Регулировка дополнительно может включать в себя уменьшение расхода потока РОГ до минимального расхода при увеличении уровня непосредственного впрыска до максимального. В одном из примеров минимальный расход РОГ может быть заранее заданным минимальным расходом, который способен уносить жидкость из охладителя РОГ в двигатель.
На шаге 214 способ включает в себя непосредственный впрыск воды во впуск охладителя РОГ. В соответствии с вышеуказанным раскрытием уровень непосредственного впрыска основывается на расходе потока РОГ и уровнях конденсата во впускной системе. На шаге 216 контроллер определяет, завершена ли очистка. Очищенный охладитель РОГ может определяться путем впрыска заранее заданного количества жидкости (например, 100 мл) или путем впрыска жидкости в течение заранее заданного периода времени (например, 30 секунд). Очищенный охладитель РОГ также может определяться путем измерения давления отработавших газов выше по потоку и ниже по потоку от охладителя РОГ. Если значения давления, в сущности, равны, то может определяться, что охладитель РОГ очищен. Если охладитель РОГ не очищен, то способ возвращается к шагу 210. Если охладитель РОГ очищен, возможен выход из способа.
На ФИГ. 2 продемонстрирован примерный способ очистки охладителя РОГ с использованием впрыска жидкости. Впрыск жидкости также может использоваться для дополнения потока РОГ в двигатель во время ситуаций уменьшенного потока РОГ.
ФИГ. 3 представляет собой функциональную схему, иллюстрирующую примерный способ 300 для впрыска жидкости, дополняющего поток РОГ.
Способ 300 будет раскрыт в данном документе со ссылками на системы и компоненты, изображенные на ФИГ. 1, в частности, бак 161 с водой, канал 159, форсунка 157 непосредственного впрыска и охладителя 158 РОГ НД. Способ 200 может быть осуществлен при помощи контролера (например, контроллера 12) в соответствии с данными, хранящимися на машиночитаемых носителях. Следует понимать, что способ 200 может применяться для других систем с другой конфигурацией в пределах объема данного раскрытия.
Способ 300 может начинаться с шага 302, который включает в себя расчет текущих рабочих параметров двигателя. Рабочие условия двигателя могут включать в себя, без ограничений, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, температуру двигателя и задаваемое воздушно-топливное отношение. На шаге 304 способ включает в себя определение требуемой потребности в разбавлении на основе текущих рабочих параметров двигателя (например, частота вращения и нагрузка двигателя). Потребность в разбавлении в двигателе может определяться на основе различных факторов, включая, без ограничения, образование NOx, температуру двигателя и воздушно-топливное отношение. Требуемое разбавление может также определяться оптимальной экономией топлива для двигателя.
На шаге 306 способ может включать в себя определение максимально допустимого расхода РОГ для соблюдения требуемого разбавления. Максимально допустимый расход РОГ может основываться на тепловых ограничениях. Тепловые ограничения могут включать в себя один или более из следующих параметров: температура радиатора, температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ и температура РОГ. Максимально допустимый расход РОГ может уменьшаться, если температура радиатора превышает пороговое значение температуры радиатора, температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ превышает пороговое значение температуры охлаждающей жидкости и температура РОГ превышает пороговую температуру РОГ. Например, в системе РОГ НД температура РОГ, превышающая пороговую температуру РОГ, может привести к коксованию масла лопаток компрессора или повреждению пластиковых воздушных труб на выпуске компрессора турбонагнетателя. В другом примере температура охлаждающей жидкости РОГ, превышающая пороговое значение температуры охлаждающей жидкости РОГ, может привести к повреждению охладителя РОГ. В другом примере чрезмерная передача тепла от газа РОГ к охлаждающей жидкости охладителя РОГ может привести к увеличению температуры радиатора до уровня, превышающего пороговое значение температуры радиатора, причем возможен перегрев транспортного средства из-за высокой температуры радиатора. Таким образом, даже если двигатель способен получать больший расход РОГ, из-за тепловых ограничений в системе РОГ, расход РОГ может ограничиваться до максимальной допустимого расхода РОГ, чтобы избежать повреждения компонентов двигателя.
На шаге 308 способ включает в себя регулировку клапана РОГ для обеспечения потребности в разбавлении, определенной выше на основе тепловых ограничений. Другими словами, клапан РОГ регулируется для обеспечения максимально допустимого расхода РОГ, определенного тепловыми ограничениями, для соблюдения соответствия потребности в разбавлении. Способ переходит к шагу 310, на котором способ включает в себя определение, соответствует ли максимально допустимый расход потока РОГ потребности в разбавлении. Если максимально допустимый расход РОГ не соответствует потребности в разбавлении из-за тепловых ограничений (например, поток РОГ ограничен), то способ переходит к шагу 314, описание которого приведено ниже. Если максимально допустимый расход РОГ соответствует потребностям разбавления в двигателе, то способ переходит к шагу 312. На шаге 312 способ может включать в себя поддержание текущих рабочих параметров двигателя и не выполнять впрыск воды для соблюдения потребности в разбавлении. Выполнение способа может завершиться.
На шаге 314 способ включает в себя определение, соблюдаются ли входные условия впрыска жидкости. Условия впрыска жидкости могут включать в себя температуру РОГ, превышающую пороговое значение температуры, наличие жидкости в баке, соединенном с форсункой непосредственного впрыска (например, уровень жидкости, превышающий пороговый уровень, и наличие жидкой фазы), и частоту вращения компрессора, превышающую пороговое значение частоты, в соответствии с вышеуказанным раскрытием со ссылкой на ФИГ. 2. Однако, когда выполняется непосредственный впрыск для дополнения потока РОГ, чтобы обеспечить соответствие потребности разбавления, пороговая частота вращения компрессора может быть проигнорирована, если нагрузка, вызванная твердыми частицами, в охладителе РОГ ниже порогового значения нагрузки, вызванной твердыми частицами. Определение нагрузки, вызываемой твердыми частицами, в охладителе РОГ раскрывается выше со ссылкой на ФИГ. 2. Если соблюдаются условия впрыска жидкости, то способ переходит к шагу 316. Однако, если условия впрыска жидкости не соблюдаются в связи с любыми причинами, указанными выше, то способ возвращается обратно к шагу 312 для поддержания текущих рабочих параметров двигателя, как указано выше. Выполнение способа может завершиться.
На шаге 316 способ может включать в себя расчет количества впрыскиваемой жидкости для соответствия требуемому разбавлению. Количество впрыскиваемой жидкости может рассчитываться путем сравнения потребности в разбавлении с максимально допустимой РОГ. Этот процесс рассматривается более подробно со ссылкой на ФИГ. 4. Выполнение способа может завершиться.
На ФИГ. 3 показана высокоуровневая функциональная схема с раскрытием условий для впрыска воды, дополняющего максимально допустимый поток РОГ. На ФИГ. 4 дополнительно раскрывается впрыск воды и иллюстрируется расчет массы впрыскиваемой воды на основе тепловых ограничений и уровней конденсата в системе впуска.
ФИГ. 4 представляет собой функциональную схему, иллюстрирующую способ 400. Способ 400 представляет собой примерный способ для определения количества впрыскиваемой воды на основе расхода РОГ и уровней конденсата. Способ 400 может затем перейти к способу 300.
Способ 400 будет раскрыт в данном документе со ссылками на системы и компоненты, изображенные на ФИГ. 1, в частности, бак 161 с водой, канал 159, форсунка 157 непосредственного впрыска и охладителя 158 РОГ НД. Способ 400 может быть осуществлен при помощи контролера 12 в соответствии с данными, хранящимися на машиночитаемых носителях. Следует понимать, что способ 400 может применяться для других систем с другой конфигурацией в пределах объема данного раскрытия.
mix
Способ 400 может начинаться с шага 402, который включает в себя определение количества впрыскиваемой воды на основе теплового ограничения или тепловых ограничений. Тепловые ограничения включают в себя, без ограничения, температуру охлаждающей жидкости охладителя РОГ на впуске 404 охладителя РОГ и температуру 406 (T) воздушной смеси РОГ. Температура охладителя РОГ, превышающая пороговое значение температуры охлаждающей жидкости, может привести к перегреву радиатора. Перегретый радиатор не способен обеспечивать требуемое охлаждение двигателя и, в результате, возможно повреждение компонентов двигателя. Превышение температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ свыше порогового значения температуры охлаждающей жидкости может привести к закипанию и, в результате, к повреждению охладителя РОГ.
mix
mix
Поскольку газы РОГ поступают на впуск двигателя, они смешиваются с атмосферным воздухом выше по потоку от компрессора. Когда эта газовая смесь проходит через компрессор, ее давление и температура увеличиваются. Поэтому, если температура выше по потоку от компрессора, где смесь атмосферного воздуха и газов РОГ (T), больше порогового значения, то температура ниже по потоку от компрессора может оказаться слишком высокой и привести к повреждению компонентов двигателя. В результате температура T рассчитывается на основе температуры газов РОГ и температуры на впуске воздуха, и включается в определение количества впрыскиваемой воды.
aegr
f
f
aegr
f
aegr
В соответствии с определением в способе 300 максимально допустимый расход РОГ не способен обеспечить текущую потребность разбавления в двигателе из-за тепловых ограничений, а впрыск воды может дополнить эту нехватку разбавления. Нехватка разбавления может рассчитываться путем нахождения разности между потребностью разбавления в двигателе (например, требуемый расход РОГ) и максимально допустимого расхода РОГ. Нехватка разбавления равна сумме массы дополнительных газов РОГ (M) и массы впрыскиваемой воды (M). M равно 1,7 M, потому что вода - это более эффективный разбавитель, чем РОГ (например, 1 г воды разбавляет горючую смесь в двигателе так же, как и 1,7 г газов РОГ). Поэтому возможен расчет как M, так и M, и их использование в Уравнении 1. В случаях, когда впрыскивается другая жидкость, а не вода, и используется смесь, коэффициент 1,7 изменится на заранее заданное значение, в зависимости от используемой смеси. Изменение температуры РОГ может определяться следующим уравнением, которое применяется к обоим тепловым ограничением, указанным выше:
Уравнение 1
f
aegr
egr
egr
vap
M представляет собой массу впрыскиваемой жидкости, M представляет собой массу дополнительных газов РОГ, C представляет собой удельную теплоту РОГ, ΔT представляет собой изменение температуры РОГ в охладителе РОГ, и ΔH представляет собой удельную теплоту парообразования впрыскиваемой жидкости. Масса дополнительных газов РОГ определяет увеличение РОГ из-за впрыска воды. Впрыск воды передает тепло (охлаждает) как охлаждающую жидкость охладителя РОГ, так и температуру РОГ. В результате тепловые ограничения уменьшаются, а максимально допустимая рециркуляция увеличивается. Способ может включать в себя расчет изменения температуры РОГ для каждого теплового ограничения, раскрытого выше. Например, если потребность разбавления в двигателе приводит к запрашиваемой РОГ 100 кг/ч, но максимально допустимая РОГ может обеспечить только 75 кг/ч из-за тепловых ограничений, то впрыск воды может осуществляться для обеспечения дополнительной потребности в разбавлении на уровне 25 кг/ч. Однако, поскольку вода впрыскивается в охладитель РОГ, вода охлаждает охладитель РОГ и/или РОГ, таким образом, позволяя увеличивать максимально допустимую РОГ. Кроме того, вода является более эффективным разбавителем, чем РОГ, поэтому, что касается пропорции, масса воды будет меньше. Поэтому количество впрыскиваемой воды рассчитывается с использованием вышеуказанных уравнений, и количество впрыскиваемой воды учитывается для оставшихся 25 кг/ч. Например, расчетное количество впрыскиваемой воды может равняться 4 кг/ч от общей потребности в разбавлении, позволяя дополнительному потоку РОГ покрыть оставшуюся потребность в разбавлении 18 кг/ч. В этом примере впрыск воды и дополнительный расход РОГ меньше 25, потому что вода является более эффективным разбавителем (например, .
На шаге 408 способ включает расчет прогнозируемого уровня конденсации во впускной системе на основе расчет точки росы в одном или более подходящих местах во впускной системе. В системе РОГ низкого давления одно или более мест могут включать в себя впускной канал выше по потоку от компрессора (например, перед компрессором), впускной канал ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха (например, после охладителя наддувочного воздуха) и впускной коллектор. В системе РОГ высокого давления или в системе РОГ без наддува место может включать в себя впускной коллектор. Если прогнозируемый уровень конденсации находится выше порогового значения, количество впрыскиваемой воды можно уменьшить, чтобы предотвратить дополнительную конденсацию.
На шаге 410 способ включает в себя впрыск наибольшего определенного количества воды. Контроллер может анализировать тепловые ограничения, влияющие на максимально допустимый расход РОГ, и определять наибольшее количество воды на основе расчета теплового ограничения с наибольшим воздействием на поток РОГ. Наибольшее определенное количество воды для впрыска регулируется на основе расчета уровня конденсации.
На шаге 412 способ включает в себя регулировку расхода потока РОГ с учетом увеличенного уровня, определяемого количеством впрыскиваемой воды. Выполнение способа может завершиться.
На ФИГ. 2-4 представлены различные сценарии для впрыска воды. Однако впрыск воды во любом из сценариев зависит от ряда условий. Эти условия и их последствия проиллюстрированы далее со ссылкой на ФИГ. 5-6.
На ФИГ. 5 проиллюстрирован график 500 с различными условиями двигателя, влияющими на непосредственный впрыск охладителя РОГ и расход РОГ. Необходимо понимать, что примеры, представленные на ФИГ. 5, носят справочный характер, и возможны другие результаты. Например, дополнительные или альтернативные параметры двигателя могут повлиять на количество воды, впрыскиваемой в охладитель РОГ. Дополнительно, количество впрыскиваемой воды на проиллюстрированных примерах может отличаться в других примерах.
Графики на ФИГ. 5 представляют собой различные рабочие параметры и получаемые данные управления двигателя для очистки охладителя РОГ. На оси x показано время, а на оси у показаны соответствующие состояния двигателя. На графике 500 график 502 представляет собой впрыск воды, график 504 представляет собой потребность очистки охладителя РОГ, график 506 представляет собой расход потока РОГ, график 508 представляет собой частоту вращения компрессора с линией 510, представляющей собой заранее заданный порог для частоты вращения компрессора, график 512 представляет собой температуру охладителя РОГ.
График 500 будет раскрыт в данном документе со ссылками на системы и компоненты, изображенные на ФИГ. 1, в частности, бак 161 с водой, канал 159, форсунка 157 непосредственного впрыска и охладителя 158 РОГ НД. График 500 может измеряться при помощи контролера (например, контроллер 12) в соответствии с данными, хранящимися на машиночитаемых носителях.
Перед Т1 впрыск 502 воды отключается, потому что потребность очистки РОГ не обнаружена (как показано на графике 504), а также отсутствуют какие-либо тепловые ограничения, уменьшающие расход РОГ. Расход 506 потока РОГ достаточно высокий, чтобы обеспечить соответствие потребности разбавления в двигателе, и в результате, он увеличивает температуру 512 охладителя РОГ. В Т1 контроллер определяет потребность очистки охладителя РОГ. В результате, поток РОГ начинает уменьшаться до минимально допустимого расхода потока РОГ, который способен уносить испаренную жидкость в двигатель. Частота вращения компрессора начинает уменьшаться в ответ на уменьшение нагрузки двигателя (как показано на графике 508). Температура охладителя РОГ остается высокой из-за большого расхода РОГ и отсутствия непосредственного впрыска воды. Впрыск воды приостановлен ранее из-за того, что частота вращения компрессора превысила пороговое значение.
После Т1 и до Т2 частота вращения компрессора падает до уровня ниже порогового значения, и в Ti начинается впрыск жидкости, увеличиваясь до максимального впрыска жидкости, при этом, в то же время расход потока РОГ уменьшается до минимально допустимого расхода потока РОГ. Минимально допустимый расход потока РОГ основывается на нижнем пороговом значении расхода потока РОГ, причем РОГ все еще может переносить жидкость из охладителя РОГ в двигатель. Температура охладителя РОГ остается высокой. В Т2 впрыск жидкости достиг максимума, а расход потока РОГ достиг минимально допустимого значения. Частота вращения компрессора - низкая. Температура охладителя РОГ начинается уменьшаться из-за непосредственного впрыска жидкости в охладитель РОГ. В соответствии с этим примером нагрузка двигателя низкая во время очистки охладителя РОГ. Однако специалисты в данной области техники понимают, что очистка охладителя РОГ может начинаться и в других случаях, лишь бы соблюдались условия непосредственного впрыска, как указано выше со ссылкой на ФИГ. 2.
После Т2 и до Т3 продолжается максимальный впрыск жидкости в ответ на потребность очистки охладителя РОГ, определенной контроллером. Например, операция очистки может завершаться после истечения заранее заданного периода времени или после впрыска заранее заданного объема жидкости. Поток РОГ продолжается с минимальным расходом потока, частота вращения компрессора остается низкой, а температура охладителя РОГ продолжает уменьшаться из-за впрыска жидкости. В Т3 контроллер более не определяет потребность очистки, и впрыск воды начинает уменьшаться. Расход потока РОГ начинает увеличиваться, чтобы обеспечивать потребность разбавления в двигателе и, в результате, температура РОГ начинает увеличиваться. Частота вращения компрессора остается ниже порогового значения.
После Т3 и до Т4 впрыск жидкости уменьшается, расход потока РОГ увеличивается. В частности, впрыск жидкости уменьшается пропорционально увеличению расхода потока РОГ, чтобы обеспечивать потребность в разбавлении в двигателе. Например, непосредственный впрыск может медленно уменьшаться на основе увеличивающегося расхода потока РОГ. Дополнительно или альтернативно, непосредственный впрыск может уменьшаться быстро, в ответ на быстрое увеличение расхода потока РОГ. Температура охладителя РОГ продолжает увеличиваться, а частота вращения компрессора остается низкой. В Т4 впрыск жидкости прекращается, а расход потока РОГ находится на уровне максимально допустимого значения для обеспечения потребности разбавления в двигателе. Для охладителя РОГ не требуется операция очистки, частота вращения компрессора остается низкой, а температура охладителя РОГ увеличивается в связи с увеличенным потоком РОГ, проходящих через теплообменник.
На ФИГ. 6 проиллюстрирован график 600 примеров и результатов впрыска жидкости в охладитель РОГ для дополнения потока РОГ с целью обеспечения потребности растворения в двигателе. Необходимо понимать, что примеры, представленные на ФИГ. 6, носят справочный характер, и возможны другие конфигурации. Например, дополнительные или альтернативные параметры двигателя могут повлиять на количество воды, впрыскиваемой в охладитель РОГ. Дополнительно, количество впрыскиваемой воды на проиллюстрированных примерах может отличаться в других примерах.
Графики на ФИГ. 6 представляют собой различные рабочие параметры и получаемые данные управления двигателя для обеспечения потребности разбавления в двигателе на основе максимально допустимого потока РОГ и впрыска жидкости. На оси x показано время, а на оси у показано соответствующее измеряемое состояние двигателя. На графике 602 показана нагрузка двигателя, на графике 604 показан расход РОГ, на графике 606 показан требуемый расход потока РОГ, на графике 610 показана температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ с линией 612, обозначающей пороговое значение температуры охлаждающей жидкости. Температура охладителя РОГ не показана на ФИГ. 6. Однако предполагается, что температура охладителя РОГ, в сущности равна температуре охлаждающей жидкости. Дополнительно, на этом примере также не показана частота вращения компрессора. В результате, можно предположить, что нагрузка, вызываемая твердыми частицами, в охладителе РОГ находится ниже порогового уровня нагрузки, вызываемой твердыми частицами, причем впрыск воды не способен повреждать лопасти компрессора при частоте вращения, превышающей пороговое значение частоты вращения. Однако, если нагрузка, вызванная твердыми частицами, была выше порогового значения, то частоту вращения компрессора можно принимать во внимание для впрыска жидкости.
График 600 будет раскрыт в данном документе со ссылками на системы и компоненты, изображенные на ФИГ. 1, в частности, бак 161 с водой, канал 159, форсунка 157 непосредственного впрыска и охладителя 158 РОГ НД. График 600 может измеряться при помощи контролера (например, контроллер 12) в соответствии с данными, хранящимися на машиночитаемых носителях.
Перед Т1 впрыск воды отключается (показано на графике 608). Впрыск воды может отключаться в связи с тем, что разбавление в двигателе соответствует текущему расходу потока РОГ (показано на графиках 604 и 606). Как показано на графиках 602 и 606, требуемый расход РОГ (например, потребность в разбавлении) зависит от нагрузки двигателя. То есть, по мере увеличения нагрузки двигателя увеличивается РОГ. Температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ ниже порогового значения температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ (как показано на графике 610 и линией 612). Температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ идет вслед за РОГ, причем по мере увеличения расхода РОГ увеличивается температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ. В Т1 нагрузка двигателя начинает увеличиваться. В результате, увеличивается требуемый расход РОГ. Температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ остается ниже порогового значения и, следовательно, расход РОГ может соответствовать требуемого расхода РОГ.
После Т1 и перед Т2 нагрузка двигателя увеличивается, увеличивается требуемый расход РОГ, расход потока РОГ увеличивается и идет вслед за требуемым расходом РОГ, и температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ увеличивается, при этом оставаясь ниже пороговой температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ.
В Т2 температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ увеличивается до температуры, превышающей верхнее пороговое значение температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ. В результате расход потока РОГ - это максимально допустимый расход потока РОГ, не соответствующий требуемому расходу потока РОГ. Максимально допустимый расход потока РОГ определяется тепловыми ограничениями (например, температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ выше порогового значения температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ), в соответствии с вышеуказанным раскрытием со ссылкой на ФИГ. 3. Впрыск воды инициируется, потому что расход РОГ ниже, чем требуемый расход потока РОГ. Регулировка количества впрыскиваемой воды может основываться на температуре охлаждающей жидкости охладителя РОГ, превышающей пороговое значение температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ.
После Т2 и до Т3 впрыск воды соответствует нагрузке двигателя. Другими словами, в ситуации, когда максимальный расход потока РОГ не соответствует требуемому расходу потока РОГ, впрыск воды увеличивается по мере уменьшения нагрузки двигателя. Максимально допустимый расход потока РОГ увеличивается в связи с тем, что впрыск воды устраняет эффекты теплового ограничения (например, температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ выше порогового значения температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ). Хотя увеличенный максимально допустимый расход потока РОГ все еще не соответствует в полной мере требуемой РОГ, он, однако, соответствует большей части требуемому расходу потока РОГ. Впрыск воды обеспечивает соответствие для остатка от этой разности (например, нехватка разбавления), как указано выше, со ссылкой на ФИГ. 3 и 4. Температура охлаждающей жидкости на уровне выше и/или равном пороговому, но без дальнейшего увеличения с увеличением максимально допустимого потока РОГ.
В Т3 нагрузка двигателя начинает уменьшаться и, в результате, требуемый расход РОГ уменьшается до уровня, при котором возможно соответствие максимально допустимого расхода РОГ. Поэтому впрыск воды отключается в связи с обеспечением потребности разбавления в двигателе (например, требуемая РОГ). Температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ уменьшается до температуры ниже порогового значения температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ. После Т3 и перед Т4 нагрузка двигателя продолжает уменьшаться, поэтому требуемый расход РОГ также уменьшается. Расход потока РОГ может соответствовать требуемому расходу РОГ. Температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ остается ниже порогового значения и идет вслед за расходом потока РОГ. Впрыск воды остается отключенным.
ФИГ. 7 включает в себя график 700, иллюстрирующий расход РОГ на графике 702, и график 708 впрыска воды. График 702, на котором показан расход РОГ, включает в себя потребность 704 разбавления в двигателе и минимально допустимый расход 706 РОГ. График 708 впрыска воды включает в себя максимальный впрыск 710 воды.
Перед Т1 расход потока РОГ уменьшается до уровня ниже потребности разбавления в двигателе. Это может происходить из-за тепловых ограничений. Контроллер (например, контроллер 12) может обнаруживать тепловые ограничения выше оптимальной температуры и направлять сигнал клапану РОГ для регулировки расхода потока РОГ до максимально допустимого расхода, чтобы предотвратить повреждение двигателя. В результате, максимальный расход потока РОГ не способен соответствовать потребности разбавления в двигателе, и начинается непосредственный впрыск воды для дополнения потока РОГ. Впрыск воды определяется разностью между потребностью разбавления и максимально допустимым расходом РОГ (например, потребность разбавления). Впрыск воды увеличивается по мере увеличения потребности разбавления.
После Т1 контроллер определяет потребность очистки охладителя РОГ. Впрыск воды начинает увеличиваться до максимального впрыска воды по мере уменьшения расхода потока РОГ до минимально допустимого расхода потока РОГ. Минимально допустимый расход потока РОГ основывается на заранее заданном минимальном расходе потока РОГ, при котором возможен перенос жидкости в потоке РОГ в двигатель.
Как только удовлетворена потребность очистки охладителя РОГ, впрыск воды может уменьшаться и/или прекращаться. На графике 708 впрыск воды уменьшается быстро, а РОГ может регулироваться в соответствии с потребностью разбавления в двигателе.
Таким образом, непосредственный впрыск в охладитель РОГ обеспечивает механизм для дополнения разбавления в двигателе при условиях, когда, например, поток РОГ может ограничиваться в связи с высокой температурой в системе РОГ. Путем непосредственного впрыска в охладитель РОГ, температура охладителя РОГ и/или РОГ может уменьшаться, таким образом, позволяя использовать увеличенную РОГ в ответ на впрыск воды для обеспечения потребностей разбавления в двигателе. Дополнительно, путем непосредственного впрыска в охладитель РОГ возможно устранение загрязнения охладителя РОГ твердыми частицами, таким образом, устраняя или уменьшая необходимость выполнения регенерации охладителя РОГ. Поскольку, как правило, регенерация охладителя РОГ включает в себя впрыск дополнительного топлива для увеличения температуры РОГ, удаление твердых частиц путем непосредственного впрыска может улучшить экономию топлива.
Технический результат от осуществления впрыска воды в охладитель РОГ состоит как в уменьшении нагрузки, создаваемой твердыми частицами, в охладителе РОГ до уровня ниже порогового значения нагрузки, создаваемой твердыми частицами, так и в дополнении потока РОГ с целью обеспечения потребности разбавления в двигателе. Это обеспечивает большую экономичность двигателя и снижение выбросов.
В одном из вариантов осуществления способ для двигателя содержит, при выбранных условиях, непосредственный впрыск жидкости из бака в охладитель РОГ. Выбранные условия включают в себя непосредственный впрыск жидкости в ответ на нагрузку, вызываемую твердыми частицами, в охладителе РОГ, превышающую пороговое значение нагрузки, вызываемой твердыми частицами. Способ, дополнительно или альтернативно, может включать в себя регулировку расхода потока РОГ в ответ на непосредственный впрыск жидкости. Регулировка может включать в себя уменьшение расхода потока РОГ по мере увеличения непосредственного впрыска жидкости, и дополнительно может содержать регулировку расхода потока РОГ со снижением до минимального расхода и регулировку расхода непосредственного впрыска с увеличением до максимального в ответ на нагрузку, вызываемую твердыми частицами, превышающую пороговое значение нагрузки, вызываемой твердыми частицами.
Непосредственный впрыск жидкости в охладитель РОГ основывается на одном или более таких параметров как частота вращения компрессора или температура охладителя РОГ. Выбранные условия, дополнительно или альтернативно, дополнительно включают в себя максимально допустимый расход потока РОГ меньше требуемого расхода потока РОГ для начала непосредственного впрыска. Непосредственный впрыск может включать в себя непосредственный впрыск жидкости в охладитель РОГ на основе одного или более таких параметров как частота вращения компрессора и нагрузка, вызываемая твердыми частицами, в охладителе РОГ на уровне ниже порогового значения нагрузки, вызываемой твердыми частицами. Максимально допустимый расход потока РОГ основывается на одном или более параметрах: температура радиатора, превышающая пороговое значение температуры радиатора, температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ, превышающая пороговое значение температуры охлаждающей жидкости и температура РОГ, превышающая пороговое значение температуры РОГ. Дополнительно или альтернативно, способ может включать в себя увеличение непосредственного впрыска жидкости по мере увеличения максимально допустимого расхода потока РОГ.
Другой способ для двигателя содержит, во время режима очистки охладителя РОГ, регулировку расхода с уменьшением до минимально допустимого расхода и непосредственный впрыск воды в охладитель РОГ. Непосредственный впрыск, дополнительно содержащий, когда максимально допустимый расход потока РОГ меньше потребности разбавления, подачу РОГ при максимально допустимом расходе РОГ и непосредственный впрыск воды в охладитель РОГ для обеспечения соответствия потребности разбавления.
Максимально допустимый расход РОГ основывается на одном или более таких параметров как температура радиатора, превышающая пороговое значение температуры радиатора, температура охлаждающей жидкости охладителя РОГ, превышающая пороговое значение температуры охлаждающей жидкости и температура РОГ, превышающая пороговое значение температуры РОГ. Дополнительно или альтернативно, способ может включать в себя поток РОГ с максимально допустимым расходом потока РОГ и непосредственный впрыск воды в охладитель РОГ для обеспечения потребности разбавления, дополнительно содержащий расчет массы жидкости и определение количества впрыскиваемой воды на основе массы жидкости и максимально допустимого расхода РОГ. Впрыск может включать в себя непосредственный впрыск воды, основанный на частоте вращения компрессора ниже порогового значения частоты вращения. Способ, дополнительно или альтернативно, может включать в себя увеличение максимально допустимого расхода потока РОГ и увеличение непосредственного впрыска.
Другой способ для двигателя содержит регулировку количества воды, впрыскиваемой непосредственно в охладитель РОГ, в ответ на расход потока РОГ и потребность разбавления в двигателе. Регулировка, дополнительно или альтернативно, может включать в себя регулировку количества воды, впрыскиваемой непосредственно в охладитель РОГ, в ответ на расход потока РОГ, уменьшаемый температурой РОГ на выпуске компрессора, или температурой охлаждающей жидкости охладителя РОГ в охладителе РОГ. Регулировка количества воды для непосредственного впрыска, дополнительно или альтернативно, содержит температуру РОГ на выпуске компрессора, определяемую температурой смеси впускного воздуха и газов РОГ.
Регулировка может включать в себя регулировку количества воды для непосредственного впрыска на впуске охладителя РОГ. Способ, дополнительно или альтернативно, может включать в себя регулировку количества воды для непосредственного впрыска на основе температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ, превышающей пороговое значение температуры охлаждающей жидкости охладителя РОГ.
Следует отметить, что включенные в настоящий документ примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или автомобилей. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти и могут выполняться посредством системы управления, включающей в себя контроллер в комбинации с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими аппаратными средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, управляемые прерыванием, многозадачные, многопоточные и тому подобное. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут пропускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память накопителя машиночитаемых данных компьютера, где раскрываемые действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрываемые конфигурации и последовательности в сущности являются лишь примерами, и эти конкретные варианты осуществления не рассматривают в ограничивающем смысле, потому что возможно множество вариантов. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новые и неочевидные сочетания и под-сочетания различных систем и конфигураций, и другие характеристики, функции, и/или свойства, раскрываемые в настоящем документе.
Следующая формула конкретно определяет сочетания и под-сочетания, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных. Формула может относиться к элементу или первому элементу, или их эквивалентам. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такая формула, более широкая, более узкая, равная или отличная относительно объема первоначальной формулы считается включенной в предмет раскрытия настоящего изобретения.